STUDIE AKUSTICKÉ DIAGNOSTIKY
HOMOGENITY VÝROBKŮ Z LITÝCH HORNIN
Bakalářská práce
Studijní program: B2301 – Strojní inženýrství Studijní obor: 2301R000 – Strojní inženýrství Autor práce: Jan Slezák
Vedoucí práce: doc. Ing. Břetislav Skrbek, CSc.
Liberec 2014
Bachelor thesis
Study programme: B2301 – Mechanical Engineering Study branch: 2301R000 – Mechanical Engineering
Author: Jan Slezák
Supervisor: doc. Ing. Břetislav Skrbek, CSc.
Liberec 2014
Tento list nahraďte
originálem zadání.
Prohlášení
Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří- padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna- ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Studie akustické diagnostiky homogenity výrobků z litých hornin
The study of acoustic diagnostics of cast rock products´
homogeneity Anotace
Tato bakalářská práce pojednává o nedestruktivní diagnostice litých hornin převážně ultrazvukovou metodou. Teoretická část je rozdělena na dvě části. První se týká ultrazvukové metodiky. Druhá část se věnuje měřeným materiálům, jejich výrobou a produkty firmy EUTIT s.r.o.. V praktické části jsou výsledky měření ultrazvukovým přístrojem DIO 562 při použití 1 MHz a 4 MHz sondy. Kromě výsledků jednotlivých měření jsou formulovány závěry a doporučení pro další postupy spolupráce.
Annotation
This Bachelor thesis deals with the non-destructive diagnosis of cast rocks using the ultrasound method predominantly. The theoretical part splits into other two sections.
The first section describes the ultrasound methodology. The second one focuses on the materials that we measure including their production and products made by the EUTIT s.r.o. company. In practical part of this thesis we examine the results of the ultrasonic flaw detector DIO 562 using 1 MHz and 4 MHz probes. Moreover, except the results of individual measurements, the practical part formulates conclusions and suggests recommendations for further cooperation procedures.
Klíčová slova: lité horniny, ultrazvuk, defektoskopie Key words: cast rocks, ultrasound, defectoscopy
Počet stranμ 50
Počet obrázkůμ 38
Počet grafůμ 8
Počet tabulekμ 18
Počet přílohμ 1
Poděkování
Rád bych tímto poděkoval doc. Ing. Břetislavu Skrbkovi, CSc. za jeho spolupráci při měření, hodnocení výsledků, také za jeho ochotu a nadšení, s kterým mě doprovázel na každém měření. Děkuji firmě EUTIT za poskytnuté vzorky. Také děkuji katedře materiálů TUL za možnost vypracování tohoto tématu, za využití jejich prostor a přístrojů k uskutečnění této práce.
6
OBSAH
1. Úvod ... 9
2. Teoretická část ... 10
2.1. Zjišťování vnitřních vad materiálu ultrazvukem ... 10
2.1.1. Ultrazvuk ... 10
2.1.1.1. Ultrazvukové vlny ... 10
2.1.1.2. Rychlost šíření ultrazvuku ... 11
2.1.1.3. Útlum ultrazvuku ... 12
2.1.2. Ultrazvuk v defektoskopii ... 12
2.2. Metody ultrazvukové defektoskopie ... 12
2.1.2.1. Činitelé ovlivňující zkoušku ultrazvukem ... 13
2.1.2.2. Měření chyby s určitými vlastnostmi ... 15
2.1.2.3. Měření rychlosti a útlumu ultrazvuku ... 16
2.1.2.4. Hodnocení velkých chyb ... 17
2.1.2.5. Kvantifikace vnitřních vad ultrazvukem ... 17
2.1.3. Jiné metody zjišťování skrytých vad v materiálu ... 18
2.3. Lité horniny a jejich vnitřní vady ... 19
2.2.1. Tavený čedič ... 19
2.2.1.1. Technologie petrurgické výroby taveného čediče ... 20
2.2.1.2. Rekrystalizace taveného čediče ... 20
2.2.1.3. Výrobky z taveného čediče ... 20
2.2.2. Eucor ... 21
2.2.2.1. Výrobky z eucoru ... 21
2.2.3. Požadavky na suroviny v petrurgickém průmyslu ... 21
2.2.4. Vnitřní vady při odlévání ... 22
2.2.5. Geopolymer ... 22
7
3. PRAKTICKÁ ČÁST ... 23
3.1. Použité pomůcky ... 23
3.1.1. Defektoskop DIO-562 ... 23
3.1.2. Strukturoskop DOMENA B3 ... 24
3.2. Použité vzorky ... 24
3.2.1. Čedičové kostky ... 24
3.2.2. Čedičová trubka ... 26
3.2.3. Čedičová cihla ... 27
3.2.4. Přírodní čedič ... 28
3.2.5. Eucor ... 29
3.2.6. Geopolymer ... 31
3.3. Kalibrace ... 31
3.4. Použité vzorce při měření ... 32
3.5. Měření ... 32
3.4.1. Měření 1 MHz sondou ... 32
3.4.2. Měření 4 MHz sondou ... 35
3.4.3. Příklad zobrazení A ... 36
3.4.4. Měření poměru pórovitosti ... 38
3.4.5. Měření strukturoskopem ... 39
3.6. Hodnocení výsledků ... 40
3.7. Závěr ... 46
Seznam použité literatury ... 48
Seznam příloh ... 49
8
Seznam zkratek a symbolů
Symbol Název Jednotky
Vlnová délka m
CL Rychlost šíření ultrazvukových vln m · s-1
f frekvence Hz
Lu Délka změřená ultrazvukem m
Ra Hodnota drsnosti µm
L Skutečná délka m
α Poměrný útlum dB · m-1
KE Koncové echo dB
VE Vadové echo dB
CLO Rychlost ocelové matrice litiny m · s-1
M Intenzita zbytkového magnetického pole magnetické skvrny A · m-1
9
1. ÚVOD
Firmy, které se věnují výrobě z litých hornin, musí pro výrobu vysoce kvalitních výrobků klát důraz na kontrolu kvality a zároveň zlepšování výrobního procesu.
Výrobky z litých hornin, jako například trubky, objímky mohou mít vady typu trhlin, štěrbin, staženin. Detekce skrytých vad konvenčními způsoby může být nedostatečná, či neefektivní. Proto je potřeba použít výhodnějších metod zjišťování vad.
Ultrazvuková analýza se ve velkém měřítku používá pro hodnocení kvality ocelových výrobků, ale také v např. ve stavebnictví při kontrole kvality betonu, či cihel.
Pro naši potřebu jsme zvolili kontrolní metodu zabývající se zjišťováním poměrného útlumu a rychlosti šíření ultrazvukové vlny.
Vzorky litých hornin poskytnuté firmou EUTIT s.r.o. mají být měřeny ultrazvukovou zkouškou. Jedná se o tři vzorky čediče ve tvaru kostky, čedičová cihla, čedičová trubka a vzorky eucoru. Kromě nich jsme si zajistili čediče nalezené v přírodě, či v čedičovém dole a katedrou byl poskytnut geopolymer u kterého jsme také chtěli zjistit jeho vlastnosti pomocí ultrazvukové defektoskopie. Kromě měření ultrazvukovým přístrojem jsme použili také strukturoskop pro další zjišťování fyzikálních vlastností měřených vzorků.
Cílem práce je, kromě seznámení se s problémem akustické defektoskopie konstrukčních a stavebních materiálů, zjistit optimální pracovní nastavení přístroje pro dodané vzorky a podle výsledků měření formulovat závěry a doporučení pro další postupy.
10
2. TEORETICKÁ ČÁST
Teoretická část je rozdělena na dvě části. První se týká ultrazvuku a druhá pojednává o definicích některých technických hornin.
2.1. Zjišťování vnitřních vad materiálu ultrazvukem
Tato část se věnuje popisu ultrazvuku, fyzikálním vlastnostem a samotnému využití ultrazvukových vln v defektoskopii.
2.1.1. Ultrazvuk
Ultrazvuk se dá jednoduše popsat jako zvuk o vysoké frekvenci, vyšší než 20 kHz, neslyšitelný pro člověka. Zvuk, při svém šíření, rozkmitává částice prostředí ze své rovnovážné polohy s určitou vlnovou délkou. Se zvyšující se frekvencí se tato vlnová délka snižuje, což má za následek rychlejší kmitání částic prostředí.[1] Viz. (1):
, (1) kde je vlnová délka v m, CLje rychlost šíření ultrazvukových vln v mm · s-1 a f
je frekvence v Hz. Tento vztah nám určuje, že rychlost šíření ultrazvukových vln je závislá na vlnové délce a frekvenci částic. Tyto dvě veličiny mají mezi sebou nepřímou úměrnost.[1]
2.1.1.1. Ultrazvukové vlny
Zvuk se prostředím šíří vlnami, které jsou způsobeny kmitáním částic kolem své rovnovážné polohy. Tyto vlny mohou nabývat různých tvarů a druhů dle faktorů, které jsou spojeny se zdrojem zvuku, či složením prostředí, kterým se zvuková vlna šíří. Viz.
obr.1. Důsledkem tohoto způsobu šíření zvukové vlny je vznik akustického tlaku, který nabývá vyšších hodnot při nahuštění částic a menších při oddalování částic.[1]
11 Druhy ultrazvukových vln:
a) Podélné vlny
Částice prostředí podélných vln se posunují ve směru šíření vlny. Při průběhu této vlny se sousední částice prostředí k sobě přibližují a oddalují. Tyto vlny mohou vznikat v pevném, kapalném i plynném prostředí.[1]
b) Příčné vlny
Příčné vlny, na rozdíl od podélných, kmitají s částicemi kolmo na směr šíření vlny.
Tyto vlny vznikají v pevném prostředí, neboť je to prostředí, které nepřenáší smykové síly. V kapalném a plynném prostředí tyto vlny nevznikají.[1]
c) Povrchové vlny
Vlny, které se šíří na pomezí prostředí pevného a jiného se chovají kombinací těchto dvou prostředí. Vzniká kombinace podélné i příčné vlny, která má za následek, že částice na povrchu pevném obíhají elipsu. Elipsa je více ovlivněna příčnými silami, proto jsou ohniska elipsy na příčných osách. Postupným procházením vlny pevným prostředím se podélná složka, v délce příčné vlnové délky, vytratí úplně.[1]
Obr. 1 Zleva podélné vlny, příčné vlny a povrchové vlny
2.1.1.2. Rychlost šíření ultrazvuku
Rychlost šíření ultrazvukových vln se mění podle prostředí, přes které je přenášena. V prostředí s velkou hustotou částic, které šíří zvuk, je rychlost ultrazvuku větší, naopak v prostředí s menší hustotou částic se rychlost zmenšuje. Platí, že pro určité prostředí je konstantní rychlost šíření ultrazvuku. Pro pevnou látku je rychlost šíření ultrazvukových vln závislá na hustotě prostředí, Poissonově čísle a modulu pružnosti.[1]
12 2.1.1.3. Útlum ultrazvuku
Šíření ultrazvukové vlny je ovlivněno vlastnostmi a vnitřní stavbou prostředí, přes které je přenášeno. U pevných látek jsou vlny ovlivněny nehomogenitou materiálu a vnitřním třením, které způsobují rozptyl a pohlcovaní ultrazvukových vln. Pevné látky s většími nehomogenitami způsobují větší útlum příčných vln v závislosti na délce vlny a velikosti nestejnorodostí. U nehomogenních látek se tímto zhoršuje čtecí schopnost, čemuž lze zabránit snížením frekvence.[1]
Závislost poměru délky vlny a velikosti nehomogenity ovlivňuje velikost rozptylu.
Dle tohoto poměru můžeme určit tři rozptylyμ a) Rayleighův rozptyl
Pokud je vlnová délka větší, než délka nehomogenity. Při takto nízkých frekvencích se útlum rozptylem neuvažuje.[1]
b) Stochastický rozptyl
Kdy délka nehomogenity je srovnatelná s vlnovou délkou. Při tomto rozptylu se vlna odráží od náhodně natočených nehomogenit, která způsobují náhodný rozptyl.[1]
c) Difúzní rozptyl
Při vyšších frekvencích, kdy délka nehomogenity je větší, než vlnová délka. Při tomto rozptylu nastává větší útlum, způsobený rozptylem, v každé nehomogenitě.[1]
2.1.2. Ultrazvuk v defektoskopii
V defektoskopii se využívá ultrazvuk ke zjištění vad v materiálech, které bychom zjistili až po znehodnocení zkoušeného vzorku. Je to metoda nedestruktivní.
2.2. Metody ultrazvukové defektoskopie
Základní metody pro zjišťování vad v materiálech jsou průchodová a odrazová. Viz.
obr.2.
a) Průchodová metoda
Tato metoda funguje na principu vysílání ultrazvukových vln vysílačem do zkoušeného materiálu a jejich přijímání na opačné straně přijímačem. Při střetnutí vln
13 s chybou vzniká akustický stín a snížení akustického tlaku, což má za následek detekci této chyby na přijímači. Tím pádem je důležité, aby při této metodě byly vhodně dány protilehlé strany. Další problém u této metody nastává, pokud je chyba ve větších vzdálenostech od přijímače, neboť se nám akustický stín, díky kterému zjišťujeme chybu, uzavírá a naměříme stejné hodnoty jako v materiálu bez chyby. Kvůli tomuto není tato metoda vhodná pro tlusté materiály. Za výhodu by se dalo považovat, že nám ultrazvukové vlny proudí pouze v jednom směru a překonávají pouze poloviční dráhu, než je tomu například u metody odrazové.[2]
b) Odrazová metoda
Mnohem používanější a více všestranně použitelná je metoda odrazová. Princip této metody spočívá ve vysílání ultrazvukových vln vysílačem, který funguje i jako přijímač, do zkoušeného materiálu a jejich následným odrazem buď od chyby, nebo od povrchu materiálu, který znovu přijímáme tou samou sondou. Časovou odezvu ultrazvukové vlny díky zesilovači můžeme vidět na obrazovce přístroje a určit tak, zda se v materiálu nachází chyba a můžeme dokonce zjistit i její velikost. Mezi nevýhody patří procházení ultrazvukových vln materiálem dvakrát.[2]
Obr. 2 Zleva průchodová metoda a odrazová metoda
2.1.2.1. Činitelé ovlivňující zkoušku ultrazvukem
Zkoušku a její výsledek může ovlivnit vícero činitelů. Kromě mechanických chyb v přístroji a sondě jsou další, na které musíme být obezřetní a můžeme se jich vyvarovat, nebo je nějakým způsobem redukovat.[2]
Za jednoho z prvních činitelů by se dal považovat materiál, který zkoušíme.
Materiál s polykrystalickou strukturou nám může na obrazovce přístroje ukazovat šum, který vzniká odrazem od každé hranice zrna. Této nedokonalosti se můžeme zbavit snížením použité frekvence, je však důležité najít kompromis, aby nebyl ovlivněn výsledek zkoušky.[2]
14
„Zkušební povrchy musí být dostatečně velké, aby umožňovaly vyzkoušení celého zkoušeného objemu. Šířka zkušebních povrchů může být menší, jestliže se úplné vyzkoušení zkoušeného objemu dosáhne zkoušením z horního a spodního povrchu spoje. Zkušební povrchy musí být rovné a zbaveny cizích látek, které zhoršují akustickou vazbu (například rez, volné okuje, rozstřik svarového kovu, vruby a drážky).
Nerovinnost zkušebního povrchu nesmí způsobovat mezeru mezi sondou a povrchem větší 0,5 mm.“[λ]
Ultrazvuková vlna se šíří v prostoru ve tvaru rozpínající se koule. Tento jev může mít za následek, zvláště u zkoušení materiálů tyčového, či hranolovitého tvaru, vznik falešných ech. Falešná echa vznikají odrazem ultrazvukových vln od stěn a konají delší dráhu, než ultrazvuková vlna, která se šíří přímo. Tím se vracejí později do přijímače a na obrazovce se objevují až za konečným echem. Proto je potřeba mít na paměti také tvar zkoušeného předmětu, který ovlivňuje výsledek zkoušky.[1]
Volená frekvence by měla být od 2 MHz do 5 MHz. Volená frekvence by měla odpovídat uvedeným stupňům přípustnosti. Počáteční zkoušení by mělo používat nižší frekvence, pokud je zjišťování stupňů přípustnosti indikováno z délky a výšky echa. Pro zlepšení rozlišitelnosti lze použít vyšších frekvencí.[λ] „Při dlouhých drahách ultrazvukových vln a při vyšším útlumu materiálu, mohou být pro zkoušení použity frekvence přibližně 1 MHz.“[9]
Dalším kritériem pro úspěšnou zkoušku je akustická vazba mezi materiálem a sondou. Pokud by mezi sondou a materiálem byl pouze vzduch, tak bychom dosáhli pouze slabého akustického tlaku, nedostačujícího pro zkoušku. Pokud však použijeme vhodné médium, tak můžeme docílit lepších výsledků. Jako médium se nejčastěji používá voda, ale také např. olej, či vazelína. Při ručním zkoušení se ale sonda pouze přitiskuje k materiálu, takže je zapotřebí dosáhnout dobré kvality povrchu. I zde je však důležité dosáhnout kompromisu, neboť se může stát, že se nám sonda bude přisávat.[2]
Kromě samotného použitého vazbového média záleží také na množství média a tím tloušťky vrstvy média. Podle poměru vlnové délky a tloušťky vrstvy se dají tyto poměry rozdělit do tříμ
15 a) Kontaktní vazba
Pokud je tato vrstva menší, než vlnová délka, tak vnikání ultrazvukových vln do materiálu závisí na přítlaku vysílače.[2]
b) Mezerová vazba
Je-li tato vrstva stejné tloušťky jako vlnová délka, tak je nazývána mezerová. Tato vazba je závislá na změnách velikosti vrstvy, proto je důležitá stálá geometrii povrchu.[2]
c) Imerzní vazba
Máme-li vlnovou délku mnohem kratší, než použitou vrstvu, tak se jedná o imerzní vazbu. Tato vazba je použitá většinou u automatického zkoušení. Výrobek většinou bývá ponořen do vody, kdy je potřeba, aby se na zkoušeném výrobku neusazovali bublinky, které by mohli způsobit nepřesnosti v měření.[2]
2.1.2.2. Měření chyby s určitými vlastnostmi
Vlastnosti chyb, jako třeba jejich velikost a tvar, mohou mít vliv na výsledky měření. Tyto vlastnosti různě ovlivňují výsledek měření. Je potřeba s nimi počítat a brát je v potaz.
Pokud bychom chtěli zjistit jednoduchou odrazovou metodou velikost chyby, tak bychom se mohli střetnout s problémem, který je spojený s přijímanými odraženými ultrazvukovými vlnami. Mohli bychom se domnívat, že malé zpětné echo způsobuje malá chyba. Tomu tak však není. Záleží na orientaci chyby ve zkoušeném materiálu a tím pádem na dopadu a odrazu ultrazvukových vln. Proto by byl nejvhodnější dopad ultrazvukových vln kolmo na chybu, v tom případě však musíme počítat s předběžným výskytem chyb.[2]
Samotný tvar chyby může zkreslit měření. Pokud kupříkladu máme kulovou chybu, tak se odrazí pouze malá část echa zpět do přijímače. Tím pádem bychom se mohli domnívat, že se ve zkoušeném materiálu nachází pouze malá chyba. Proto jsou nejvýhodnější plošné chyby s ultrazvukovými vlnami dopadajícími kolmo. Ovšem i u této chyby se můžeme setkat s problémem, který nastane tehdy, kdy je plošná chyba
16 mírně natočená vůči ultrazvukovým vlnám. Tím nám rychle klesá velikost přijímaného echa.[2]
I taková věc jako drsnost povrchu chyby může ovlivnit výsledky měření. Tato vlastnost chyby však může být pozitivní. Díky těmto nedokonalostem se totiž některé ultrazvukové vlny mohou odrazit zpět do přijímače, čímž je detekujeme, i když je chyba naklopena vůči ultrazvukovým vlnám.[2] „Zkušební povrchy a povrchy, na kterých se odráží svazek se považují za vyhovující, jestliže drsnost povrchu, Ra, není větší než 6,3
m při mechanickém opracování nebo větší než 12,5 m u otřískaného povrchu.“[9]
Důležitá je i vzdálenost chyb od vysílače ultrazvukových vln. Pokud je tato vzdálenost malá, tak může nastat, že nám chyba na obrazovce splyne s vysílacím impulzem a nebude rozpoznatelná. Viz.obr.3. Velikost mrtvého pásma na obrazovce lze do určité míry měnit například pomocí změny frekvence. Pokud víme z technologie, že se chyby budou nalézat pod povrchem je možnost použít dvě sondy pod úhlem, které budou schopné tyto defekty lépe identifikovat.[2]
Obr. 3 Mrtvé pásmo
2.1.2.3. Měření rychlosti a útlumu ultrazvuku
Díky hodnotě rychlosti ultrazvuku a rozsahu útlumu, přes zkoušený materiál, se dá také určit homogenita materiálu. Toho lze docílit porovnáním změny hodnoty koncového echa homogenního materiálu a materiálu zkoušeného. Se stoupající nehomogenností klesá rychlost pronikání ultrazvukových vln a stoupá jejich útlum. Této
17 metody využíváme, když nelze zachytit poruchová echa, která by nám odhalila nehomogennosti v materiálu, jako například pórovitost. Kromě zjištění chyb jsou jejich hodnoty závislé i na zjišťování vnitřní morfologie materiálu.[8]
Další možností zjišťování homogenity materiálu je pomocí koncového echa.
Pokud nehomogenity v materiálu nevyvolávají viditelná poruchová echa, jako například pórovitost a řediny, lze jejich množství určit z poklesu koncového echa. Dle normy o 6 dB, 12 dB, či 18 dB.
2.1.2.4. Hodnocení velkých chyb
Velká chyba je charakterizována svými rozměry, které jsou větší než průřez ultrazvukového paprsku. Ultrazvukový paprsek za tuto chybu neproniká a je možné zjistit její rozměry pomocí odražených ech. Toho lze docílit s poznatkem, že echo uprostřed chyby a na kraji chyby má rozdíl 6 dB. Můžeme tedy sondou pohybovat po povrchu a zjišťovat pokles echa, kde je okraj chyby, až budeme mít celý přibližný průmět chyby. Viz. obr.4. [2]
Obr. 4 Zjišťování okraje chyby poklesem echa o 6 dB
2.1.2.5. Kvantifikace vnitřních vad ultrazvukem
Při hodnocení malých chyb se používá metoda, kterou stanovujeme náhradní velikost chyby. Tato metoda funguje na principu nahrazení reálné chyby v materiálu náhradní chybou tvaru kruhového dna vývrtu orientovaného kolmo na osu ultrazvukového svazku. Tato náhradní chyba je ve stejné vzdálenosti od vysílače, jako chyba reálná a musí také způsobovat stejné echo, což ovlivňuje její průměr. Pokud
18 náhradní chyba má všechny tyto podmínky stejné, jako chyba reálná, můžeme používat hodnotu průměru této náhradní chyby, tzv. náhradní velikost vady Dn.[1][2]
Další metodou určování velikosti náhradní chyby je pomocí diagramu AVG.
Viz. obr. 5. Na tomto diagramu jsou vyobrazeny křivky poměru velikosti náhradní chyby a velikosti sondy s křivkou znázorňující koncové echo. Díky porovnání výšky koncového echa s echem od skutečné chyby lze určit velikost náhradní chyby. V tomto diagramu není zahrnut útlum materiálu, proto musíme provádět korekci.[2]
Další diagram používaný v zahraničí, zejména v USA, je DAC. Viz. obr.5.
Tento způsob je založený na křivkách, které vyvolávají odrazy od bočních válcových vývrtů. Při této metodě se udává délka, ve které echo chyby překračuje křivku DAC.[2]
Obr. 5 Zleva AVG a DAC křivky na obrazovce ultrazvukového přístroje
2.1.3. Jiné metody zjišťování skrytých vad v materiálu
Kromě metody ultrazvukem jsou ještě známy jiné metody, mezi které patří i zkouška prozařováním.
Zkouška prozařováním funguje na principu záření, jež je promítáno přes požadovaný materiál na vrstvu citlivého fotografického filmu, na kterém můžeme pozorovat výsledek. Viz. obr. 6. Výsledek je ovlivněn tloušťkou použitého materiálu a jeho hustotou. Případné chyby v materiálu se projeví na fotografickém filmu tmavšími odstíny, než bude mít zbytek výsledku. Nejčastěji jsou používány dva druhy záření.
Rentgenové záření, při němž se používá rentgenových přístrojů, nebo záření gama, kdy se používá radioaktivních zdrojů.[3]
19 Obr. 6 Zkouška prozařováním
2.3. Lité horniny a jejich vnitřní vady
Tato kapitola popisuje některé lité horniny, konkrétně tavený čedič a eucor, a jejich vlastnosti. Poté popis vnitřních vad, které mohou u těchto materiálů vznikat.
Horniny používané v technických aplikacích nemají své normy. Jejich vlastnosti se dají nejlépe vyjádřit na pomezí definicí skla a keramiky.
2.2.1. Tavený čedič
Tavený čedič je hornina v šedé, až černé barvě, která vzniká tuhnutím lávy na zemském povrchu. V dolech se uskupuje do sloupcových tvarů. Viz. obr. 7. Je těžena a následně zpracovávána litím, lisováním, či válcováním. Vyznačuje se skvělými fyzikálně-mechanickými vlastnostmi. Má tvrdost stupně 8 dle Mohse, má dobrou chemickou odolnost a odolnost proti otěru. Taje při přibližně 1200 °C a jeho pracovní teploty mohou dosahovat až 400 °C. [3][4]
Obr. 7 Uspořádání čediče v čedičovém dole
20 2.2.1.1. Technologie petrurgické výroby taveného čediče
Čedič se těží v čedičových lomech, odtud je odvážen a následně zpracován v šachtových pecích. V těchto šachtových pecích je vystaven teplotě 1250 °C. „Problémy při tavbě způsobují zejména větší vyrostlice, případně kumuláty olivínu, který má ze všech hlavních horninotvorných minerálů přítomných v čediči nejvyšší teplotu tání.
Olivín je důležitý pro krystalizaci výrobku, ale při velikosti do asi 1mm. Větší, neprotavené olivíny naopak způsobují praskání výrobku při chlazení v tunelové peci.“[5] Při této teplotě je materiál vléván do pískových, či kovových forem, kdy nastává prudké ochlazení povrchové vrstvy odlitku. Poté se výrobky, bez forem, chladí v chladících tunelových pecích, při čemž dochází k rekrystalizaci odlitku.[5]
2.2.1.2. Rekrystalizace taveného čediče
Správná rekrystalizace je při výrobě taveného čediče velmi důležitá. Je potřeba mít na pozoru, aby nepřevládala skelná fáze, která zhoršuje kvalitu výsledného odlitku.
Skelná fáze obsahuje reliktivní olivíny, které mohou způsobit problémy, související s jejich teplotou tání. Proto samotné složení původního čediče může být překážkou k jeho použití.[6]
Rekrystalizace probíhá ve dvou fázích, kdy nejdřív krystalizuje magnetit, který je činitelem pro vznik druhé fáze, ve které krystalizuje pyroxen. Pyroxen je důležitý na vlastnosti výsledného materiálu, neboť obsahuje 70 - 85 % objemu výsledného taveného čediče. Proces pomalého chlazení, který trvá přibližně 4 hodiny, by měl zaručit absenci pórů. Výsledný tavený čedič by měl mít přibližně 85 % krystalické a 15 % skelné fáze.[5]
2.2.1.3. Výrobky z taveného čediče
Tavený čedič se používá v mnohostranném využití. Kromě využití v průmyslu, kvůli jeho vlastnostem, se také využívá dekoračně v interiérech budov. Výrobce odlitků z taveného čediče Eutit vyrábí konkrétně potrubí, kanalizační žlaby, dlaždice, či vložky potrubí, chránící před opotřebením.[4]
21
2.2.2. Eucor
„Eucor je obchodní označení korundo-baddeleyitového materiálu, vyráběného tavením vhodných surovin v elektrické obloukové peci, odléváním vzniklé taveniny do forem, vychlazením a případným dodatečným opracováním.“[4] Je světlé barvy (viz.obr.8) a vyznačuje se značnou tvrdostí, až λ dle Mohse, vysokou chemickou odolností a vysokou tepelnou odolností, ve které ho lze používat, až 1000 °C.[4]
Obr. 8 Eucor
2.2.2.1. Výrobky z eucoru
Firma Eutit, zabývající se výrobou produktů z eucoru, nabízí ve svém sortimentu velké využití tohoto materiálu. Největší odběr mají potrubní díly vyložené eucorem.
Také se z něj vyrábějí dlaždice a díky vysoké tepelné odolnosti se využívá ve sklenářském průmyslu jako vyzdívky sklenářských pecí. Jeho vysoká otěruvzdornost je využita u výrobků pro metalurgický průmysl, pro dopravu okují a strusky.[4]
2.2.3. Požadavky na suroviny v petrurgickém průmyslu
Aby byl materiál možný zpracovávat a dále průmyslově používat, je důležité, aby měl určité vlastnosti. Pokud tyto vlastnosti nemá, tak je důležité zjistit, zda tyto chybějící vlastnosti jsme schopni opomenout, či jich dosáhnout jinými způsoby.
Hornina by měla být co nejvíce homogenní a snadno tavitelná ze přijatelných teplot. To souvisí s jinými prvky v hornině, které nám mohou požadovanou horninu znehodnocovat. Při lití horniny potřebujeme, aby měla nízkou viskozitu. Ta nám způsobí lepší lití, odmíšení fází a ovlivňuje i krystalizaci. Při tuhnutí tudíž musí mít
22 dobrou rekrystalizační schopnost a vytvoření jemné struktury. Po vychlazení výrobek nesmí praskat.[6]
2.2.4. Vnitřní vady při odlévání
Vnitřní vady při odlévání mohou vznikat z několika různých důvodů. Je to otázka jak technologie odlévání, odlévaného materiálu tak samotné formy. Je důležité o těchto vadách vědět, neboť nám snižují kvalitu odlitku a jeho vlastnosti.
Jedna z vad při odlévání materiálu je tvorba bublin. Bubliny se vytvářejí v materiálu, kdy plyn, vznikající reakcí, zůstane uvnitř materiálu zachycen a vytvoří dutinu. Tyto plyny mohou vznikat různým způsobem, například vlhkou formou. Tyto bubliny mohou nabývat různých tvarů a velikostí s ohledem na jejich vznik. Mohou tvořit seskupení menších bublin, či se může jednat o jednu velkou bublinu. Bubliny vznikají také při tavení, kdy tavený materiál obsahuje velké množství rozpuštěných plynů, které nedokáže rozpustit v tuhé fázi. V tuhnoucí fázi se tyto plyny soustřeďují do bublin.[7]
Další vadou vznikající při odlévání je staženina. Staženina vzniká následkem smršťování objemu kovu při tuhnutí. Staženiny mohou také vznikat u více prohřátých jader, či v jiných částech odlitku, kde vznikají tepelné uzly. Vzniku staženiny se dá předcházet zrychlením tuhnutí odlitku a lepším chlazením v místech, kde se může předpokládat vznik staženiny, například chladícími žebry. Také se dá snížit licí teplota a při použití jader mít stejnou teplotu formy i jádra.[7]
2.2.5. Geopolymer
Geopolymer je amorfní semikrystalická látka vyráběná alkalickou aktivací elektrárenského popílku, či různých strusek. Předností geopolymerů je odolnost vůči ohni a vodě, výrazně se nesmršťuje ani neroztahuje a při výrobě vypouští o 80% méně CO2 než portlandský cement. Používá se v různých směsích s plnivy, jako kámen, s cílem najít kombinaci s nejlepšími výsledky.
23
3. PRAKTICKÁ ČÁST
3.1. Použité pomůcky
3.1.1. Defektoskop DIO-562
Přístroj od firmy STARMANS Praha (viz.obr.9) používaný pro ultrazvukovou diagnostiku vnitřních vad. Umožňuje plošné zobrazení vad ve výrobku.
Použité byli 1 MHz 4 MHz sondy průchodovou metodou. Při měření 12 MHz sondou docházelo k difrakci, kdy vlnová délka měla velikost překážek, a výsledky nebyly dosaženy. Jako kontaktní médium byl použit gel.
Při měření jsme přístroj nastavili na následující hodnoty nastavení uvedené v tabulce 1.
Vysílač NP+S Vs FP 2M2 POCET 10 Tlumení 300 ohm
Filtr fiv 1 MHz Detekce dvoucestna Provoz 0,6 ms Kanal prvni
Tab. 1 Hodnoty nastavení defektoskopu DIO-562
Obr. 9 Defektoskop DIO-562
24
3.1.2. Strukturoskop DOMENA B3
Přístroj od firmy ELKOSO s.r.o. Brno (viz.obr.10) sloužící pro magnetické měření tvrdosti a struktury feromagnetických materiálů bez nutnosti porušení vzorku.
Funguje na principu magnetické skvrny a měří intenzitu zbytkového magnetického pole magnetické skvrny. Poučení o strukturoskopu viz. [11].
Přístroj jsme nastavili na 4. stupeň magnetizace a kalibrace proběhla na etalonu.
Obr. 10 Strukturoskop DOMENA B3
3.2. Použité vzorky
Byly měřeny vzorky z čediče a eucoru a pro srovnání také pár kusů přírodního čediče z různých lokalit.
3.2.1. Čedičové kostky
Vzorky poskytnuté firmou EUTIT. Viz. obr.11. První vzorek označen ●, na obrázku 12, pocházející z dlažební kostky, má funkční plochy pokryté pískem. To způsobuje nepřesnosti v měření. Druhý vzorek označen ●●, na obrázku 13, vybraný z trubky, má funkční plochy lepší kvality, stejně tak svou strukturu s malou pórovitostí.
Třetí vzorek označen ●●●, na obrázku 14, pocházející z trubky, má největší pórovitost.
Na čedičové kostce ●●● je nejlépe vidět její vnitřní stavba s homogenními částmi na povrchu.
Budeme zjišťovat jejich poměrný útlum a rychlost šíření ultrazvukových vln.
25
Obr. 11 Čedičové kostky
Obr. 12 Čedičová kostka ●funkční plochy Obr. 13 Čedičová kostka ●● funkční plochy
Obr. 14 Čedičová kostka ●●●funkční plochy
26 Obr. 15 Čedičová kostka ●plochy řezu Obr. 16 Čedičová kostka ●●plochy řezu
Obr. 17 Čedičová kostka ●●●plochy řezu
3.2.2. Čedičová trubka
Čedičová trubka poskytnutá firmou EUTIT s.r.o. má na své vnější straně nerovnosti způsobené odléváním. Viz. obr.18. Ty ovšem nemají na výsledky měření vliv, protože byla měřena na místech mimo ně. Výsledkem měření bude rychlost šíření ultrazvukových vln na šesti místech se třemi na každé straně naproti sobě.
27 Obr. 18 Čedičová trubka
3.2.3. Čedičová cihla
Čedičová cihla se čtyřmi náhradními vadami, ve tvaru příčného vývrtu, kolmými na směr prozvučení. Viz. obr. 19. Náhradní vady jsou v různých vzdálenostech a různých hloubkách (viz.obr.20), díky kterým jsme mohli měřit vadová echa a vytvořit přibližnou DAC křivku pro tyto náhradní vady.
Obr. 19 Čedičová cihla
Obr. 20 Rozměry čedičové cihly
28
3.2.4. Přírodní čedič
Přírodní čediče (viz.obr. 21-25) nalezené v různých lokalitách nám poskytují představu o vlastnostech čediče před jeho průmyslovým zpracováním. V tabulce 2 je uveden rozpis nálezů jednotlivých kamenů. Pro účely měření rychlosti šíření ultrazvukových vln jsme použili pouze první tři.
Označení vzorku Místo nálezu
I Buková hora
II Proseč
III Krásný les
IV Proseč
V Proseč
Tab. 2 Místa nálezů přírodních čedičů
Obr. 21 Přírodní čedič I Obr. 22 Přírodní čedič II
Obr. 23 Přírodní čedič III
29 Obr. 24 Přírodní čedič IV Obr. 25 Přírodní čedič V
3.2.5. Eucor
Vzorky eucoru byly poskytnuty firmou EUTIT (viz.obr.26-27). První je označen EV1 a má více vnitřních vad (viz.obr.28). Byl měřen na dvou místech označené ZM a B. Druhý vzorek označen EV2 (viz.obr.29) má lepší vnitřní stavbu a byl měřen na jednom místě označeném X.
První vzorek označen EV1 má jednoznačně uvnitř spoustu bublin a nepravidelností. Proto byl naměřen na dvou místech pro lepší představu o jeho vnitřním stavu. K jeho měření bylo potřeba jako kontaktní médium použít vodu pro zlepšení výsledků. Druhý vzorek označen EV2 by měl být v lepším stavu ohledně vnitřních chyb. Proto byl naměřen pouze na jednom místě a při jeho měření nebyli žádné problémy.
Obr. 26 Eucor EV1 br. 27 Eucor EV2
30 Obr. 28 Detail vnitřní struktury eucoru EV1 u místa B
Obr. 29 Detail vnitřní struktury eucoru EV2
31
3.2.6. Geopolymer
Vzorky geopolymeru jsou poskytnuté katedrou materiálu. Jsou označeny 4.5. a 5.7. (viz.obr.30). Geopolymer obsahuje pryž.
Obr. 30 Geopolymery
3.3. Kalibrace
Cejchování přístroje pro měření ultrazvukem DIO-562 probíhalo na ocelové kalibrační měrce K1 (viz.obr.31).
Obr. 31 Kalibrační měrka K1
32
3.4. Použité vzorce při měření
„Prochází-li ultrazvuková vlna prostředím, klesá její akustický tlak a tím i její energie. Příčinou tohoto poklesu je útlum vznikající v důsledku pohlcování a rozptylu ultrazvuku.“[1] Vzorec pro koeficient útlumu dle (2).
, (2) kde je koeficient útlumu v dB · mm-1, KE je koncové echo v dB a L je skutečná délka v mm.
Vzorec pro rychlost šíření ultrazvukových vln dle (3).
, (3) kde CLje rychlost šíření ultrazvuku v m · s-1, L je skutečná délka v mm, Lu je délka změřená přístrojem v mm a CLOje rychlost ocelové matrice litiny v m · s-1.
3.5. Měření
3.4.1. Měření 1 MHz sondou
Čedičové kostky měřené přes funkční plochy
Označení vzorku
● ●● ●●●
Lu [mm] 24,9 20,53 26,8
L [mm] 25,6 21,3 28,6
KE1 [dB] 53 36,5 49,6
KE2 [dB] 57 40 44,5
α [dB · mm-1] 0,08 0,08 0,09 CL [m · s-1] 6086,43 6142,04 6317,61
Tab. 3 Výsledky měření čedičových kostek 1 MHz sondou přes funkční plochy
33 Čedičové kostky měřené přes plochy řezu
Označení vzorku
● ●● ●●●
Lu [mm] 20,35 23,13 18,28
L [mm] 22,5 25,6 19,8
KE1 [dB] 38 39 45
KE2 [dB] 47,5 41 50,5
α [dB · mm-1] 0,21 0,04 0,14 CL [m · s-1] 6545,45 6552,18 6412,25
Tab. 4 Výsledky měření čedičových kostek 1 MHz sondou přes plochy řezu
Čedičová trubka
Čedičová trubka byla měřena na prozvučitelnost. Vady v měřených místech nebyly nalezeny.
Označení měřeného místa
A1 A2 B1 B2 C1 C2
Lu [mm] 17,75 17,76 17,5 17,45 17,2 16,3 L [mm] 20,45 20,44 20,45 20,45 20,45 20,45 CL [m · s-1] 6820,51 6813,33 6917,94 6937,77 7038,60 7427,24
Tab. 5 Výsledky měření trubky 1 MHz sondou
Čedičová cihla
Označení měřeného místa
1 2 3 4 5 6
VE [dB] 60 58 45,5 44 38 35
Vzdálenost L [mm] 14,95 15,2 39 42,8 69 72,8 Tab. 6 Výsledky měření čedičové cihly 1 MHz sondou
34 Přírodní čedič
Označení vzorku
ǀ ǀǀ ǀǀǀ
Lu [mm] 16,5 23,4 37,5
L [mm] 15,7 21,4 34,7
CL[m · s-1] 5632,97 5414,02 5477,97 Tab. 7 Výsledky měření přírodních čedičů 1 MHz sondou Eucor
Označení vzorku EV1 - B EV1 - ZM EV2
Lu [mm] 25,9 24,5 25,27
L [mm] 27,5 27,2 27,6
KE1 [dB] 46,7 49,5 40,5
KE2 [dB] 50,5 55,5 45
α [dB · mm-1] 0,07 0,11 0,08 CL [m · s-1] 6285,71 6572,41 6465,85 Tab. 8 Výsledky měření eucoru 1 MHz sondou
Geopolymer
Označení vzorku 4.5. 5.7.
Lu [mm] 36,81 36,23
L [mm] 28,8 29
KE1 [dB] 53 56,5
KE2 [dB] 66,5 72 α [dB · mm-1] 0,23 0,27
CL [m · s-1] 4631,78 4738,61
Tab. 9 Výsledky měření geopolymerů 1 MHz sondou
35
3.4.2. Měření 4 MHz sondou
Čedičové kostky měřené přes funkční ploch
Označení vzorku
● ●● ●●●
Lu [mm] 21,4 19,06 26,56
L [mm] 25,6 21,3 29,6
KE1 [dB] 31,5 21,5 28
KE2 [dB] 52 32,5 45
α [dB · mm-1] 0,40 0,26 0,29 CL [m · s-1] 7081,87 6615,74 6597,59
Tab. 10 Výsledky měření čedičových kostek 4 MHz sondou přes funkční plochy
Čedičové kostky měřené přes plochy řezu
Označení vzorku
● ●● ●●●
Lu [mm] 20,17 22,95 17,9
L [mm] 22,5 25,6 19,8
KE1 [dB] 14,5 17 26,5
KE2 [dB] 37,5 21,5 38
α [dB · mm-1] 0,51 0,09 0,29 CL [mm · s-1] 6603,87 6603,57 6548,38
Tab. 11 Výsledky měření čedičových kostek 4 MHz sondou přes plochy řezu
Eucor
Eucor v místě B se nedal prozvučit.
Oz ače í vzorku EV1 - ZM EV2
Lu [mm] 24,98 25
L [mm] 27,2 27,6
KE1 [dB] 52,5 38,5
KE2 [dB] 66 57
α [dB · mm-1] 0,25 0,34 CL[m · s-1] 6446,12 6535,68 Tab. 12 Výsledky měření eucoru 4 MHz sondou
36
3.4.3. Příklad zobrazení A
Výsledky byly dosaženy 2 MHz sondou. Slouží jako ukázka jak bylo výsledků dosaženo.
Eucor EV2
Měřeno bylo koncové echo pro výpočet útlumu s nastavením na 80% rastru.
Viz.obr.32.
Obr. 32 Měření koncového echa eucoru EV2
Eucor EV2
Měřeno bylo Lu pro výpočet rychlosti ultrazvuku, kdy se zesílil vysílaný signál pro lepší umístnění měřící úsečky na místo, kde začíná impulz. Viz.obr.33.
Obr. 33 Měření vzdálenosti Lu eucoru EV2
37 Čedičová kostka ●●●
Čedičová kostka ●●● měřená přes vnitřní pórovitou strukturu. Tato kostka má větší pórovitost, než čedičová kostka označena ●●, což je patrné větším množstvím poruchových ech. Viz. obr.34.
Obr. 34 Měření koncového echa čedičové kostky ●●●
Čedičová kostka ●●
Čedičová kostka ●● byla měřena přes vnitřní pórovitou strukturu. Obě čedičové kostky byly měřeny přes zhruba stejně dlouhé strany. Proto můžeme porovnat jejich koncová echa. Viz. obr. 35.
Obr. 35 Měření koncového echa čedičové kostky ●●
38
3.4.4. Měření poměru pórovitosti
Měření poměru pórovitosti proběhlo mikroskopem a softwarem pro zjištění procentuální pórovitosti od firmy Keyence. Měřeny byly čedičové kostky označené ●●
a ●●●. Viz. obr. 36-37.
Obr. 36 Povrch čedičové kostky ●● vyfocený mikroskopem od firmy Keyence
Obr. 37 Povrch čedičové kostky ●●● vyfocený mikroskopem od firmy Keyence
Použitý vyhodnocující software od firmy Keyence nám zjistil hodnoty sepsané v tabulce 13.
Poměr pórovitosti Čedičová kostka ●● 0,29%
Čedičová kostka ●●● 1,14%
Tab. 13 Výsledky měření poměru pórovitosti pro čedičové kostky ●● a ●●●
39
3.4.5. Měření strukturoskopem
Čedičové kostky měřené přes funkční plochy
Označení vzorku
● ●● ●●●
1. měření M [A· m-1] 5,8 6,5 16,1 2. měření M [A· m-1] 8 7,3 16,8
Tab. 14 Výsledky měření čediče přes funkční plochy strukturoskopem Čedičové kostky měřené přes plochy řezu
Oz ače í vzorku
● ●● ●●●
. ěře í M [A· m-1] 27,7 62,2 136 . ěře í M [A· m-1] 26,3 61,5 131
Tab. 15 Výsledky měření čediče přes plochy řezu strukturoskopem Čedičová trubka
Označení měřeného místa
A1 A2 B1 B2 C1 C2
1. měření M [A· m-1] 5,8 6,5 16,1 27,7 62,2 136 2. měření M [A· m-1] 8 7,3 16,8 26,3 61,5 131
Tab. 16 Výsledky měření trubky strukturoskopem
Přírodní čedič
Označení vzorku
I II III IV V
1. měření M [A· m-1] 93,4 130 197 141 186 2. měření M [A· m-1] 92,3 128 201 141 182 Tab. 17 Výsledky měření přírodního čediče strukturoskopem Eucor
Označení vzorku
EV1 EV2
1. měření M [A· m-1] 0,7 0,7 2. měření M [A· m-1] 0 1,4 Tab. 18 Výsledky měření eucoru strukturoskopem
40
3.6. Hodnocení výsledků
Porovnání poměrného útlumu α mezi litými horninami měřením 1 MHz sondou Výsledky čedičů měřených na vnitřní plochy a eucoru nabývají podobných hodnot.
Graf 1 Výsledky útlumů 1 MHz sondou 0,08 0,08 0,09
0,21
0,04
0,14
0,07
0,11
0,08
0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24
čedič kostka ●
funkční plochy
čedič kostka funkční ●●
plochy
čedič kostka funkční ●●●
plochy
čedič kostka ●
vnitřní plochy
čedič kostka
vnitřní ●●
plochy
čedič kostka vnitřní ●●●
plochy
Eucor EV1 - B
Eucor EV1 - ZM
Eucor EV2
α [dB . Mm-1]
41 Porovnání rychlosti šíření ultrazvukových vln CL přes vzorky měřením 1 MHz sondou
Výsledky rychlosti šíření ultrazvukových vln čediče a eucoru vycházejí podobných hodnot. Přírodní čediče ovšem nabývají hodnot menších. Viz. graf 2.
Graf 2 Výsledky rychlostí šíření ultrazvukových vln 1 MHz sondou
42 Porovnání poměrného útlumu α mezi litými horninami měřením 4 MHz sondou Eucor EV1 v místě B se nedal prozvučit. V místě B je velká plošná vada (viz.obr.28). Výsledky se nedaly číst. Všechny výsledky poměrného útlumu, až na jednu vyjímku, nabývají vyšších hodnot, než bylo naměřeno 1 MHz sondou (viz. graf 1).
Graf 3 Výsledky útlumů 4 MHz sondou
43 Porovnání rychlosti šíření ultrazvukových vln CL přes vzorky měřením 4 MHz sondou
Eucor EV1 v místě B se nám nepodařil prozvučit v místě B. Stejně tak ani přírodní čedič. Výsledky nabývají podobných hodnot jako při měření rychlostí ultrazvukových sond 1 MHz sondou(viz. graf 2). Až na čedičové kostky měřené přes funkční plochy, kdy jsme 4 MHz sondou naměřili hodnoty vyšší.
Graf 4 Výsledky rychlostí šíření ultrazvukových vln 4 MHz sondou Měření rychlosti šíření ultrazvukových vln CL trubky 1 MHz sondou
Graf 5 Výsledky rychlostí šíření ultrazvukových vln 1 MHz sondou na čedičové trubce 6 821 6 813
6 918 6 938
7 039
7 427
6000 6300 6600 6900 7200 7500
A1 A2 B1 B2 C1 C2
CL [m.s-1 ]
Označenímísta na trubce
44 DAC křivka čedičové cihly při měření 1MHz sondou pro příčné vývrty ⌀ 8 mm Graf byl vytvořen v programu MATLAB aproximací bodů. Při měření vývrtů vzdálenějších od cihly jsme začínali mít problém s prozvučením cihly. Zřejmě je to způsobeno chybami, které se v cihle nacházejí. Doporučuji opakovat zkoušení s menší tloušťkou cihly.
Graf 6 DAC křivka náhradní vady ve tvaru příčného vývrtu ⌀ 8 mm
Měření poměru pórovitosti
Rozdíl pórovitostí mezi vzorky čedičových kostek označených ●● a ●●● je 0,85%. Při 1 MHz se navýšil útlum o 0,1 dB a u 4 MHz se navýšil o 0,2 dB.
45 Výsledky měření vzorků strukturoskopem
Nejvyšších hodnot M dosahují přírodní čediče. Nejnižších, skoro až nulových hodnot M, dosahuje eucor. Přes funkční plochy čedičových kostek bylo naměřeno menší M, než přes plochy vnitřní. Strukturoskop DOMENA B3 dokáže měřit M do hloubky 5mm. Proto přes homogennější vrstvu, která se vytváří u funkčních ploch (viz.obr.17), je naměřená nižší hodnota, než u vnitřních pórovitých vrstev.
Graf 7 Výsledky intenzity zbytkového magnetického pole magnetické skvrny pro vzorky
Výsledky měření trubky strukturoskopem
Výsledky měření trubky strukturoskopem mají stoupající tendenci k jedné straně podobně jako měření rychlosti šíření ultrazvukových vln trubky 1 MHz sondou (viz.graf.5). Doporučuji zjistit skutečnou strukturu materiálu v těchto místech.
Graf 8 Výsledky intenzity zbytkového magnetického pole magnetické skvrny na trubce
6,9 6,9 16,45 27
61,85
133,5
0 20 40 60 80 100 120 140 160
A1 A2 B1 B2 C1 C2
M [A.m-1]
Označení místa na trubce
46
3.7. Závěr
Výrobky jsou prozvučitelné. Je ovšem důležité vyzkoušet více sond a najít kompromis a optimální pracovní nastavení pro tyto sondy. Měřili jsme polohy vad, rychlost šíření ultrazvukových vln, kterou lze měřit struktura a útlum, kterým lze určit pórovitost.
Porovnáním výsledků měření poměrných útlumů čedičových kostek dosažených 1 MHz sondou a 4 MHz sondou lze říci, že se stoupající použitou frekvencí se vlnová délka blíží velikostem vad. Proto byl 4 MHz sondou naměřen větší útlum a tím pádem by se dala pórovitost pomocí hodnoty útlumu lépe odhalit 4 MHz sondou.
Výsledky čedičové trubky - hodnoty rychlosti šíření ultrazvukových vln 1 MHz sondou měly stoupající tendenci k jedné straně. Patrně tato tendence souvisí s vnitřní stavbou, neboli krystalickou fází, či velikostí zrn. Zjištěné větší rychlosti šíření ultrazvukových vln pravděpodobně souvisí s rozdílnou rychlostí tuhnutí výrobku. Pro hodnocení vnitřních dutin a porezity je potřeba měřit celou trubku. Doporučoval bych kontrolu ve vodní lázni (viz. příloha 1). Trubka celá ponořená do vody se bude měřit přes vodní akustickou vazbu a bude se otáčet v rolnách. V držáku bude zachycena sonda, která se bude posouvat podél trubky do šroubovice po celé délce trubky.
Díky vzorku čedičové cihly jsme vytvořili tvar DAC křivky pro rutinní kontrolu čediče na vnitřní vady. DAC křivkou jsme měřili jednotlivé dutiny. Doporučuji u cihly vyzkoušet i jiné průměry příčných vývrtů pro vytvoření dalších křivek, např. 2 mm, 3 mm, 5 mm a 12 mm.
Přírodní čediče kvůli své stavbě byly těžké na prozvučení. Mohou obsahovat spoustu vnitřních vad a jiných složek, které bychom zjistili až po jejich zničení.
Dokázali jsme je prozvučit pouze 1 MHz sondou.
Geopolymer s obsahem pryže poskytnutý katedrou materiálu TUL lze prozvučit.
Proto doporučuji využít ultrazvukových metod při výzkumu geopolymerů na katedře materiálů. Výsledky rychlosti šíření ultrazvukových vln měřených vzorků geoplorymerů vychází podobným hodnotám rychlostí jako geopolymer s přísadou 50% lupku měřený v [10].
47 Výsledky pomocí strukturoskopu DOMENA B3 nám dokázali skutečnost, že přírodní čedič před průmyslovým zpracováním má větší feromagnetičnost, než po něm.
Z čedičových vzorků jsme zjistili větší feromagnetické vlastnosti uvnitř litého čediče, než na jeho povrchu. Dalo by se říci, že vnitřní pórovitá struktura se blíží těmito vlastnosti k přírodnímu čediči. Eucor měl nulové feromagnetické vlastnosti. Měření trubky strukturoskopem prokázalo zvětšení feromagnetičnosti k jedné straně. Tím se nám potvrdil výsledek měření trubky na rychlosti šíření ultrazvukových vln, který měl také stoupající tendenci k této straně.
Za finanční podpory firmy EUTIT s.r.o. bude možno vyvinout kontrolní úlohy k provozní kontrole výrobků EUTIT s.r.o.
48
Seznam použité literatury
[1] Ing. Jaroslav Obraz, CSc., Zkoušení materiálů ultrazvukem. Praha, 1989. ISBN 80- 03-00097-1.
[2] Bernard Kopec a spol., Nedestruktivní zkoušení materiálů a konstrukcí.Brno, 2008.
ISBN 978-80-7204-591-4.
[3] Miroslav Hluchý, Jan Kolouch, Strojírenská technologie 1.Praha, 2002. ISBN 80- 7183-262-6.
[4] www.eutit.cz
[5] www.geologie.vsb.cz
[6] RNDr. Miroslava Gregerová, CSc., Petrografie technických hmot. Brno, 2000. ISBN 80-214-1136-8.
[7] Vratislav Otáhal, Vady odlitků. Brno.
[8] Doc. Ing. Břetislav Skrbek, CSc., Martin Švec, Stanovení porezity kluzkých vrstev ultrazvukem. Liberec.
[9] ČSN EN 1714
[10] Ing. David Bílek, CSc., Nedestruktivní strukturoskopie intermetalik, produktů PM a kompozitů s využitím zejména metody phased array. Liberec 2012.
[11] Doc. Ing. Břetislav Skrbek, CSc., Metoda magnetické skvrny. Liberec, 2008. ISBN 978-80-7372-428-3.
49
Seznam příloh
Příloha 1 Fotografie imerzní vany
50 Příloha č.1
Fotografie imerzní vany
Obr. 38 Imerzní vana
