Teori och tillämpningar

Transkript

1 Barkhausenbrus Teori och tillämpningar STRESSTECH OY Finland AMERICAN STRESS TECHNOLOGIES, INC. USA STRESSTECH GmbH Germany Per Lundin, Stresstech t Oy, Sverige

2 Innehåll Restspänningsmätningar Barkhausenbrus Tillämpningar Standardiseringsarbete

3 Restspänningar Interna spänningar som finns inne i en komponent utan några externt t pålagda belastningar Negativt Dragspänningar i ytan Positivt Tryckspänningar i ytan

4 Definition Makro-restspänningar (Typ I - σ I ) inom ett större område Mikro-restspänningar (Typ II - σ II och Typ III - σ III ) inom ett korn i materialet inom en del av ett korn eller mellan korngränserna Seyed B. Hosseini, Sandvik Coromant 4

5 Ursprung Process Mekanisk påverkan Termisk påverkan Gjutning - Temperaturgradient under kylningen Struktur Fastransformering Slipning, svarvning, Plastisk deformation pga Temperaturgradient pga Fastransformering fräsning etc. materialavverkningsprocessen friktionsväme samt materialavverkning under avverkningsprocessen om tillräckligt hög temperatur Värmebehandling - Temperaturgradient under kylning (även under uppvärmning vid induktionshärdning) Fogning (svetsning) Krympning Temperaturgradient under både värmning och kylning Fastransformering volymsändring Fastransformering (HAZ) 5

6 Mätning av restspänningar Egentligen inte möjligt att direkt mäta spänningarna på samma sätt som vi mäter vikt, längd etc. Alla mätmetoder är indirekta Spänningarna är beräknade efter andra mätta storheter

7 Barkhausenbrus Teori. Mätning av restspänningar och hårdhet STRESSTECH OY Finland AMERICAN STRESS TECHNOLOGIES, INC. USA STRESSTECH GmbH Germany

8 Vad är Barkhausenbrus? Elektromagnetisk signal, som genereras i ett ferromagnetiskt material på grund av ett externt magnetiskt fält. - BN amplituden ökar när dragspänningarna ökar - BN amplituden ökar när hårdheten minskar

9 Vad är Barkhausenbrus? Professor Heinrich Barkhausen ( )

10 Vad är Barkhausenbrus? U [V] t [s] Växlande magnetiskt fält Växelströmsmagnetisering g Mätspole B [T] H[A/m] Ferromagnetiskt material = stål

11 Hur bildas Barkhausenbruset? Domänstruktur i ett polykristallint material

12 Hur bildas Barkhausenbruset? Barkhausenbruset bildas när det växlande externa magnetfältet påverkar de magnetiska domänväggarna. Koerciviteten ökar och domänväggarnas rörelser påverkas av förändringar i mikrostrukturen: icke-magnetiska inneslutningar och utskiljningar 2 Plate specimens dislokationer Hardened Unhardened 1 B(H) in simulations Hardened korngräser Unhardened 0 restspänningar B (T) H (A/m)

13 Hur domänväggarna rör sig under det växlande magnetiska fältet

14 Hur ser signalen ut? Magnetiserande fält, inducerat fält och Barkhausenbrussignal för en halv magnetiseringscykel

15 Sensorns uppbyggnad Sensor Magnetiseringspoler Pick-up Slitskydd Potentiometer för kalibrering Pick-up Magnetiserings- i poler Volfram- karbid

16 Barkhausenbrus system Barkhausenbrus instrument, Rollscan Barkhausenbrus sensor Mätbänk eller fixtur Datainsamlingprogram, ViewScan

17 Restspänningar Dragspänningar ökar Barkhausenbrus-signalen s signalen Dragspänningar Amplitud Hög amplitud A 2 Tryckspänningar Låg amplitud A 1 σ 1 Spänning σ 2 + Amplitud Spänning

18 Hårdhet Låg hårdhet ökar Barkhausenbrus-signalen s signalen Låg hårdhet, mjukt mtrl Amplitud Hög Amplitud A 2 Låg Amplitud Hög hårdhet, hårt mtrl R c Hårdhet Amplitud Hårdhet

19 Fel i slipprocessen: Anlöpt slipbränning Anlöpt slipbränning ökar amplituden hos BN Amplitud Amplitud Hårdhet Restspänning + Anlöpning Mjukare Tryck Drag Amplituden ökar Amplituden ökar

20 Barkhausenbrus, sammanfattning Genom att Barkhausenbruset påverkas av både mikrostrukturen kt och retspänningarna, så kan tillämpningarna för Barkhausenbrus delas in i tre olika kategorier: Utvärdering av förändringar i mikrostruktur, hårdhet; förutsatt att restspänningarna kan hållas konstanta Utvärdering av restspänningar; förutsatt att mikrostrukturen, hårdheten, kan hållas konstant Utvärdering och detektering av ytdefekter, processer och värmebehandling som involverar förändringar i både mikrostruktur och restspänningar Snabb metod, vid dynamisk mätning upp till 50 mm/s

21 Typiska tillämpningar Detektering av slipbränningar Kontroll och utvärdering av slipprocesser Kontroll och utvärdering av värmebehandling Andra tillämpningar Mätning av förändringar i restspänningstillståndet Haverianalyser Inspektion genom kromskikt Forskning och utveckling Hårdsvarvning, kulpening, tryckrullning

22 Barkhausenbrus, tillämpningar - Manuell mätning med Rollscan 300 och sensorer

23 Barkhausenbrus, tillämpningar - Vevaxlar Crankscan 200 Manuell iläggning av provobjekt, manuell mätning Mätning av bricksida, radie och lageryta CrankScan 500 Manuell iläggning av provobjekt, automatiserad mätning

24 Barkhausenbrus, tillämpningar - Kamaxlar, kugghjul Camscan 1000 Mätning av kamaxlar online. Automatiserad iläggning, mätning och utvärdering RoboScan 600 Manuell iläggning av provobjekt, automatiserad mätning Mätning av kuggrot, flanker, ID, OD, remanens, ytjämnhet yj

25 Typiska mätresultat, kamaxlar Godkänd kamaxel, inga slipbränningar Ej godkänd d axel, lätta slipbränningar i Ej godkänd axel, kraftiga slipbränningar

26 Standardisering av Barkhausenbrusmetoden Tysk branschstandardisering via FVA STRESSTECH OY Finland AMERICAN STRESS TECHNOLOGIES, INC. USA STRESSTECH GmbH Germany 26

27 Standardisering di i av Barkhausenbrus metoden ISO-standard arbete påbörjat men ej speciellt aktivt. Intressenter; Agusta-Westland, Avio, Daimler, DNV, Errebi, IFW Hannover, Liebherr-Aerospace, Messier-Dowty, Renault, Scania, SKF-SNFA, SNFA mfl FVA Forschungsvereinigung Antriebstechnik: Tysk branschförening för drivteknik. Intressenter: Bosch Rexroth, Eickhoff, Flender, Gleason-Pfauter, Hansen Transmission, Höfler, Klingelnberg, Liebherr, Niles, Reishauer, Renk, Schaeffler, SEW, SKF, ZF, Zollern, m.fl. 27

28 Bakgrund: Situationen 2004: Många FVA-medlemmar använder Barkhausenbrus som en kontrollmetod i sin produktion Varje företag har sin egen interna användarinstruktion och specifikation 28

29 Ett första försök: Under 2005 bad industrin FVA att samordna en standardisering av Barkhausenbrusmetoden Projekt FVA 239 III som presenterades 2006 uppfyllde inte förväntningarna och accepterades aldrig av industrin. i Industrin insisterade på en omstart av processen Vilket ledde till ett strategimöte på Universitetet i Aachen 30 april

30 Andra försöket: Sedan juni 2008 bedrivs arbetet i arbetsgruppen Barkhausen, FVA Project 594 I. Mål: En gemensam procedur för tillämpningar av Barkhausenbrusteknologi. Arbetsgrupp Barkhausen är en del av området för produktionsteknologi inom FVA (Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.v.) 30

31 Arbetet bedrivs huvudsakligen inom två områden: 1) Procedur för tillämpning av Barkhausenbrus. Klart i okt ) Utbildningsprogram för operatörer och personal 98% klart, färdigt förslag presenteras dec Ett av huvudmålen var att plocka fram en branschstandard som skulle kunna ansluta till EN

32 FVA Projekt 594 I Barkhausenbrus Key supporting industry partners: 32

33