Barkhausenbrus, teori och tillämpningar
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
© Copyright 2024