VBC medlemsdagar Projekt inom oförstörande. Jonas Holmberg,

Transkript

1 VBC medlemsdagar Projekt inom oförstörande provning på Swerea Jonas Holmberg,

2 Outline: OFP aktiviteter på Swerea IVF OFP-Tekniken: Barkhausen brus OFP-Tekniken: 3MA (MikroMach) Projektresultat SK-MikroMach Projekt FFI: NDT in-line applications

3 Magnetisk OFP tekniker Ferromagnetiska material Magnetisk domänstruktur Studerar hur materialen svarar på externa magnetiskt fält, H. Domänväggars rörelse skapar Barkhausen brus

4 Magnetisk Barkhausen Noise (MBN) mätning

5 Ferromagnetiska materials egenskaper B [T] M S Remanens Permeabilitet H [ka/m] Coercivitet Permaebilitet: µ [H/m] Remanens: B R [T] Coercivitet: [Oe] or [A/m]

6 Hårdhetens inverkan B [T] M S M S M S H[kA/m] Härdat stål Mjukt stål Hårt material: Hög coercivitet, hög remanens och låg permeabilitet Mjukt material: Hög permeabilitet och låg coercivitet

7 OFP tekniken 3MA (MikroMach)

8 Barkhausen Bruset som uppstår är domänväggarnas rörelser när ett ferromagnetiskt material magnetiseras av ett externt växlande magnetfält. Mäts med en enkel pic-up spole, signalen förstärks och filtreras

9 Incrementell permeabilitet Den inkrementella permeabilitetsprofilen µδ(ht) är en väldefinierad materialegenskap. µδ(ht) mäts som eddy current impedans parallell med hysteresisen ommagnetisering. Per definition är µδ(ht) proportionell mot lutningen i loopen, bild 10 visar profilen för ett prov utsatt för alternerade mekanisk yttre last

10 Harmonisk analys Mäter distorsionen i faktorn K vilken beräknas genom Fast Fourier analys av en period av tid-signalen för det magnetiska tangentiella fältstyrkan Ht. Faktorn K är det geometriska medel (RMS) av effekten från den övre hamonics och analysen av skillnaden från den magnetiserade sinusformade magnetiseringen. Mäter den magnetiska hårdheten vilken korrelerar väl med materialets hårdhet

11 Eddy current 3MA utrustningen använder sig av en teknik kallat multi-frequency eddy current analys. Mäter och åskådliggör det komplexa impedansplanet, med denna presentation kan man åskådliggöra styrkan av eddy current samt permeabiliteten för materialet. Tekniken bygger vidare på att data samlas in vid olika frekvenser för att minska variationer i mätningarna

12 Projekt: SK-MikroMach Projekt för att testa och utvärdera mätutrustningen för materialkarakterisering. Utfört mätningar på Induktionshärdat SS2244 Sätthärdat SS2511 Nitrerat SS2244 Jämförande RA mätning mellan XRD samt EBSD Utvärderade metodik för att göra mikroprover av nitrerade prov för att bestämma andel ε och γ

13 Utrustning

14 Arbetsmetodik Kalibrerings -iterering Mätning kalibrerings objekt Val av objekt regressions analys Regressions analys kalibrerings ekvation Prediktering Mätning med ekvation

15 Provmatris

16 Kalibreringsekvation: Hårdhet Induktionshärdade prover. Induktionshärdade d d prover, r 2 = 0,9838. anpassning enbart härddjup 2,5 mm, r 2 = 0,

17 Prediktion: Hårdhet Induktionshärdade prover. r 2 = 0,9838. Prediktering: Prov M: 52,2 HRC Prov H: 60 HRC

18 Prediktion: Axiell restspänning Kalibreringsekvation Prediktering Induktionshärdade prover r 2 = 0,9602 Okända prover Prov H: -785 MPa Prov M: -475,2 MPa Prov N: -626,5 MPa

19 Summering Modell r 2 r 2 (adj prediktering) MSE Sätthärdade provstavar SS2511 Härddjup 0,995 0,994 0,001 Axiell RS 0,984 0, ,313 Hårdhet 0,964 0,957 0,334 Induktionshärdade provstavar SS2244 Hårdhet 0,984 0,983 0,192 Hårdhet HD 2,5 mm 0,992 0,991 0,122 Härddjup 0,937 0,935 0,034 Axiel RS 0,960 0, ,676 Axiel RS HD 2,5 mm 0,994 0, , Nitrokarburerade provstavar SS2244 Föreningszon 0,999 0,999 0,033 Diffusionszon 0,995 0,995 19,833 Axiell RS 0,914 0, ,964 Sammanslagning av datamängd för induktionshärdade och sätthärdade data Härddjup 0,989 0,988 0,010 Hårdhet 0,926 0,923 0,844 Axiell RS 0,982 0, ,980 r 2 Regressionskoefficienten MSE Minsta kvadratfelet

20 Förslag gpå fortsatt aktivitet Utrustningen behöver tests för ett större underlag. Ny provmatris fram med lämpliga prover som spänner över ett större område Fler okända prover tas fram som ligger i intervallet som man önskar mäta för att studera hur väl predikteringen är men även mätningarnas repeterbarhet och noggrannhet Genomför provning på komponenter och tar fram statistik på mätningarnas repeterbarhet och noggrannhet

21 FFI: Non Destructive Testing methods: development of innovative solutions for in-line applications Projekt med tre olika arbetspaket: WP2: Oförstörande mäta defekter i gjutgods WP3: Oförstörande tekniker för att mäta härddjup i induktionshärdade komponenter WP4: Oförstörande detektera white layer i hårdbearbetade komponenter Företagspartner: Volvo Powertrain, Scania, SKF, LEAX Institut/universitet t/ i t KTH, Chalmers, Swerea KIMAB, Swerea IVF Leverantörer Stresstech OY

22 Stresstech Rollscan

23 MVA av Barkhausenparametrar Indata_v.M1 (PC), Untitled, Work set Loadings: p[1]/p[2] 0,40 Coerciti 0,30 Peak pos Peak pos 0,20 p[2] 0,10 0,00 Integral Remanenc Permeabi Peak + RMS avg - [[ Spectrum avg Struktur Hårdhet -0,10 Härddjup -0,20-0,30-0,40 FWHM - FWHM FWHM + avg -0,20-0,10 0,00 0,10 0,20 p[1] Simca-P 8.0 by Umetrics AB :28 Studerar en 21-dimensionell rymd projicerad i 2 dimensioner

24 Konferens i Tjeckiska Hejnice Konferens dedikerad att utveckla tekniken och medvetandet om Barkhausen tekniken Detta är den nionde konferensen som hållits Ett femtiotal deltagare och föredragshållare från Universitet och industrin

25 The use of Barkhausen noise to detect the case-depth of induction hardened samples, S. Santa-aho, TUT Projekt med utrustningen Case-master, mäta stora härddjup. Power Spectral Density (PSD), proportionell mot härddjupet. Man tittar vidare på möjligheten att använda Magnetiserings svep med frekvens och spännings som möjliga tekniker för att mäta ytans hårdhet

26 Stresstech Dominic Dapprich Tyskt FVA projekt som Stresstech är involverad i. Forskningsprojekt för kugghjulsutveckling g som framförallt initierades för att standardisera bearbetningsprocessen och få en processkontroll mellan olika användare som ingår i FVA. Man tar fram rutiner och en standard för hur man ska mäta med Barkhausen. Tar fram specifikationer för hur systemet ska justeras, magnetiserings- spänning och -frekvens. Tar fram direktiv för systemkrav vid testingen, lämpliga sensorer. Tar fram gränsvärden som ska användas Utbildningsmaterial i t i l och utför operatörsutbildning tbild i för certifiering. i Tydligt intresse för alla deltagarna och en stor efterfrågan men man såg samtidigt att det skulle tar minst fem år innan man hade en ISO standard framtagen

27 Quanititativ Non-Destructive indication of decarburized surface layers on steel products, Ivan Tomáš, Tekniska universitetet i Prag Oförstörande detektera det avkolade skikt från sätthärdning. 54SiCr6 anlöpta olika tider analyserades m a p hysteresis kurvan. Resultatet visar på ferriten (låg anlöpningstid) ger en låg amplitud i hysteresis kurvan

28 Predicting residual stress based on Barkhausen noise measuremntens: a neural network approch, A. Sorsa, K. Leiviskä, University of Oulu Projekt att hitta metod att välja ut lämpliga li parametrar för prediktering i av materialkarakteristika så som t ex restspänning. Använder neural network. Resultat: Peak width samt peak position (ökar med ökande tryckspänning) Coercivitet (minskar med ökande tryckspänning) Bredden på Gauss distributionen tionen i peak bredden (avtagande med ökande tryckspänning). Värt att notera var att man inte valde att studera RMS värdet vilket är den vanligaste parametern som används vid Barkhausen brus mätning. Samma modell kan användas för att förutse t ex hårdhet

29 In situ fatigue testing by BN, L. Suominen, Stresstech Projekt kring att utföra BN mätningar In-situ på utmattningsprovning. Testar på kuggtänder av 34CrNiMo6. Testar att endast mäta med pic-up spolen utan att magnetisera på proverna och mäta den deformation som mekaniska utmattningen orsaker i provet. Tydlig inverkan av lastfrekvens på RMS signalen