www.stresstechgroup.com
Barkhausenbrus
Teori och tillämpningar
STRESSTECH OY
Finland
AMERICAN STRESS
TECHNOLOGIES, INC.
USA
STRESSTECH GmbH
Germany
Per Lundin,
St
Stresstech
t h Oy,
O Sverige
S i
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Innehåll
Restspänningsmätningar
Barkhausenbrus
Tillämpningar
p g
Standardiseringsarbete
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Restspänningar
Interna spänningar som finns inne i en
kkomponentt utan
t några
å
externt
t t pålagda
ål d
belastningar
Negativt
Dragspänningar i ytan
Positivt
Tryckspänningar
y
p
g i yytan
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Definition
Makro-restspänningar (Typ
I - σI)…
)
… inom ett större område
Mikro-restspänningar (Typ
II - σII och
hT
Typ III - σIII) …
… inom ett korn i materialet
… inom en del av ett korn eller
mellan korngränserna
2010-10-08
Seyed B. Hosseini, Sandvik Coromant
4
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Ursprung
Process
Mekanisk
påverkan
Termisk
påverkan
Struktur
Gjutning
-
Temperaturgradient
under kylningen
Fastransformering
Slipning, svarvning,
Slipning
svarvning
fräsning etc.
Plastisk deformation pga
materialavverkningsprocessen
Temperaturgradient pga
friktionsväme samt
materialavverkning
Fastransformering
under avverkningsprocessen om
tillräckligt hög
temperatur
Värmebehandling
-
Temperaturgradient
under kylning (även
under uppvärmning vid
induktionshärdning)
Fastransformering
Æ volymsändring
Fogning (svetsning)
Krympning
Temperaturgradient
under både värmning
och kylning
Fastransformering
(HAZ)
5
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Mätning av restspänningar
Egentligen inte möjligt att direkt mäta
spänningarna
ä i
på
å samma sätt
ätt som vii mäter
ät
vikt, längd etc.
Alla mätmetoder är indirekta
Spänningarna
p
g
är beräknade efter andra
mätta storheter
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Barkhausenbrus
Teori. Mätning av restspänningar och hårdhet
STRESSTECH OY
Finland
AMERICAN STRESS
TECHNOLOGIES, INC.
USA
STRESSTECH GmbH
Germany
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
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
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Vad är Barkhausenbrus?
Professor Heinrich Barkhausen (1881–1956)
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Vad är Barkhausenbrus?
Växelströmsg
g
magnetisering
U [V]
t [s]
Växlande
magnetiskt fält
Mätspole
B [T]
H [A/m]
Ferromagnetiskt material
= stål
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Hur bildas Barkhausenbruset?
Domänstruktur i
ett polykristallint
material
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Hur bildas Barkhausenbruset?
Barkhausenbruset bildas när det växlande externa
magnetfältet påverkar de magnetiska domän
domänväggarna.
Koerciviteten ökar och domänväggarnas rörelser
påverkas av förändringar i mikrostrukturen:
icke
icke-magnetiska
magnetiska inneslutningar och utskiljningar
dislokationer
korngräser
restspänningar
2
B (T)
1
Plate specimens
Hardened
Unhardened
B(H) in simulations
Hardened
Unhardened
0
-1
-2
-20000
-10000
0
H (A/m)
10000
20000
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Hur domänväggarna rör sig under det
växlande magnetiska fältet
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Hur ser signalen ut?
Magnetiserande fält,
inducerat fält och
B kh
Barkhausenbrusb
signal för en halv
magnetiseringscykel
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Sensorns uppbyggnad
Sensor
Magnetiseringspoler
Pick-up
Slitskydd
Potentiometer
för kalibrering
MagnetiseringsM
ti i
poler
Pick-up
Volframkarbid
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Barkhausenbrus system
Barkhausenbrus
instrument, Rollscan
instrument
Barkhausenbrus
sensor
Mätbänk eller fixtur
Datainsamlingprogram, ViewScan
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Restspänningar
Dragspänningar ökar Barkha
Barkhausenbrus-signalen
senbr s signalen
Amplitud
Dragspänningar
A2
Hög
amplitud
A1
Låg
amplitud
Tryckspänningar
−
σ1 Spänning σ2
+
Amplitud
p
Spänning
p
g
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Hårdhet
Låg hårdhet ökar Barkha
Barkhausenbrus-signalen
senbr s signalen
Låg hårdhet, mjukt mtrl
Amplitud
Hög
Amplitud
A2
Låg
Amplitud
Hög hårdhet, hårt mtrl
Rc
A lit d
Amplitud
Hårdhet
Hå
Hårdhet
dh t
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Fel i slipprocessen:
Anlöpt
p slipbränning
p
g
Anlöpt slipbränning ökar amplituden hos BN
Amplitud
Anlöpning
Amplitud
Hårdhet
Mjukare
Amplituden ökar
− Restspänning +
Tryck
Drag
Amplituden ökar
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Barkhausenbrus, sammanfattning
Genom att Barkhausenbruset påverkas av både
mikrostrukturen
ik t kt
och
h retspänningarna,
t ä i
så
å kkan
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,
ytdefekter processer och
värmebehandling som involverar förändringar i både
mikrostruktur och restspänningar
Snabb metod, vid dynamisk mätning upp till 50 mm/s
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
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,
Hårdsvarvning kulpening,
kulpening tryckrullning
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Barkhausenbrus, tillämpningar
- Manuell mätning med Rollscan 300 och sensorer
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Barkhausenbrus, tillämpningar
- Vevaxlar
Crankscan 200
Manuell iläggning av
provobjekt, manuell
mätning
Mätning av bricksida,
radie och lageryta
CrankScan 500
Manuell iläggning av
provobjekt,
j
automatiserad
mätning
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
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,
ytjämnhet
j
remanens, y
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Typiska mätresultat, kamaxlar
Godkänd kamaxel, inga slipbränningar
Ej godkänd
dkä d axel,
l lätt
lätta slipbränningar
li b ä i
Ej godkänd axel, kraftiga slipbränningar
PLu/2010-10-06
www.stresstechgroup.com
Standardisering av
B kh
Barkhausenbrusmetoden
b
t d
Tysk branschstandardisering
via FVA
STRESSTECH OY
Finland
AMERICAN STRESS
TECHNOLOGIES, INC.
USA
STRESSTECH GmbH
Germany
PLu/2010-10-06
26
www.stresstechgroup.com
Standardisering
St
d di i av B
Barkhausenbrus
kh
b
metoden
ISO-standard arbete påbörjat men ej speciellt
aktivt.
Intressenter; Agusta-Westland, Avio, Daimler, DNV,
Errebi, IFW Hannover, Liebherr-Aerospace,
M
Messier-Dowty,
i D t Renault,
R
lt S
Scania,
i SKF
SKF-SNFA,
SNFA mfl
fl
FVA – Forschungsvereinigung Antriebstechnik:
Tysk branschförening för drivteknik
drivteknik.
Intressenter: Bosch Rexroth, Eickhoff, Flender,
Gleason-Pfauter Hansen Transmission
Gleason-Pfauter,
Transmission, Höfler
Höfler,
Klingelnberg, Liebherr, Niles, Reishauer, Renk,
Schaeffler, SEW, SKF, ZF, Zollern, m.fl.
PLu/2010-10-06
27
www.stresstechgroup.com
Bakgrund:
Situationen 2004:
Många
Må
FVA
FVA-medlemmar
dl
använder
ä d B
Barkhausenbrus
kh
b
som en kontrollmetod i sin produktion
Varje företag har sin egen
interna användarinstruktion
och specifikation
PLu/2010-10-06
28
www.stresstechgroup.com
Ett första försök:
Under 2005 bad industrin FVA att samordna en
standardisering
g av Barkhausenbrusmetoden
Projekt FVA 239 III som presenterades 2006
uppfyllde inte förväntningarna och accepterades
aldrig
ld i av iindustrin.
d ti
Industrin insisterade på en omstart av processen…
⇒ Vilket ledde till ett strategimöte på
Universitetet i Aachen 30 april 2008
PLu/2010-10-06
29
www.stresstechgroup.com
Andra försöket:
Sedan juni 2008 bedrivs arbetet i arbetsgruppen
„Barkhausen“, FVA Project 594 I.
Mål: En gemensam procedur för
tillämpningar av BarkhausenbrusBarkhausenbrus
teknologi.
Arbetsgrupp Barkhausen är en del av området för
produktionsteknologi inom FVA
(Forschungsvereinigung Antriebstechnik e
e.V.)
V)
PLu/2010-10-06
30
www.stresstechgroup.com
Arbetet bedrivs huvudsakligen inom två
områden:
åd
1) Procedur för tillämpning av Barkhausenbrus
Barkhausenbrus.
Klart i okt 2009.
2) Utbildningsprogram för operatörer och personal
98% klart,
klart färdigt förslag presenteras dec 2010
2010.
Ett av huvudmålen var att plocka
fram en branschstandard som
skulle kunna ansluta till EN473
EN473.
PLu/2010-10-06
31
www.stresstechgroup.com
FVA Projekt 594 I Barkhausenbrus
Key supporting industry partners:
PLu/2010-10-06
32
www.stresstechgroup.com
PLu/2010-10-06