MTDII 1

DefektoskopieMikroskopie

Email: mhorakova@pf.jcu.czTel: 387 77 3057

DefektoskopieDEFEKTOSKOPIE = nedestruktivní

zkoušky ke zjišťování vad materiálu.Podle fyzikálních principu na: Vizuální Kapilární Magnetoinduktivní Ultrazvukové Prozařovací

MTDII 2

Defektoskopie

Lze zjišťovat: Kontrola výroby důležitých vysoce

namáhaných výrobku (tlakové nádoby, části turbín…)

Vytřídění vadných kusů při sériové výrobě (automatizovaná kontrola)

Pravidelná kontrola důležitých strojů a zařízení v průběhu jejich životnosti

MTDII 3

Vizuální metody Přímé – vady zjišťujeme pečlivou

prohlídkou zrakem, příp. lupou (3 až 6x zvětšení)

Nepřímé – pomocí endoskopu, k prohlídce nepřístupných povrchu (vady na vnitrním povrchu trubek, velké nádrže, kotle, tlakové nádoby – usazeniny, koroze). Dokonalejší endoskopy spojeny s televizní kamerou – obraz lze pozorovat na obrazovce.

MTDII 4

Povrchové vady Povrchovými vadami se rozumí takové,

které vycházejí z povrchu materiálu. Nejčastěji to jsou pouhým okem neviditelné trhliny, vzniklé při tepelném zpracování nebo tváření.

1. Kapilární zkoušky2. Magnetoinduktivní zkoušky

MTDII 5

Kapilární zkoušky Založeny na vzlínavosti kapalin do úzkých štěrbin,

kapilár. Indikační (zjišťovací) kapalina = barevné nebo fluorescenční PRINCIP: Menší součásti se do indikační kapaliny ponoří,

větší se kapalinou potírají nebo polévají. Když kapalina pronikne do trhlin, odstraní se její přebytek z povrchu zkoušeného předmětu otřením nebo omytím. Povrch je také možno osušit, nejčastěji proudem horkého vzduchu. Po očistění a osušení povrchu začne indikační kapalina svou vzlínavostí opět vystupovat z trhlin na povrch předmětu. U větších vad jsou tato místa zřetelná pouhým okem.

MTDII 6

Magnetoinduktivní metody Pro vady povrchové nebo těsně podpovrchové

Využívají změny magnetické vodivosti ve feromagnetických materiálech (vady silně zvyšují magn.odpor a dochází ke zhuštění siločar). K indikaci se používá suchého feromagn. prášku nebo detekční kapaliny, ve které je rozptýlen.

Podmínkou je, aby celý předmět byl zmagnetován.

MTDII 7

siločáry

povrch

předmětu

povrch předmětusiločárydutina

povrch předmětu

Magnetoinduktivní metody Magnetizace se provádí různými způsoby. Vždy tak, aby tok

siločar byl kolmý nebo šikmý vůči směru vady. Úzké trhliny ležící ve směru toku siločar jejich vychýlení nezpůsobí.

MTDII 8

Nejjednodušším způsobem aplikace této metody je vložení zkoušeného předmětu mezi póly permanentního magnetu. Oproti zde uvedenému schematickému náčrtu je ovšem nutno konstruovat magnet tak, aby bylo možno vzdálenost pólů uzpůsobovat rozměrům zkoušeného předmětu. Pro zjištění vad s různou orientací je nutno předmět vkládat v několika vhodných polohách.

zkoušený

předmět

magnet

Magnetoinduktivní metody

U předmětů rotačních tvarů se používá také kruhová (cirkulární, příčná) magnetizace, při které je zkoušený předmět zapojen přímo do elektrického obvodu jako jeho součást. Kruhové magnetické siločáry leží v rovinách kolmých na osu předmětu. V místě podélné trhliny nebo trhliny šikmo položené vůči ose předmětu kruhové siločáry vystoupí nad povrch předmětu. Trhliny ležící v rovinách kolmých na osu předmětu není možno touto metodou zjistit.

MTDII 9

transformátor

zkoušený

předmět

trhlinasiločáry

http://www.def-liberec.cz/nedestruktivni-zkouseni/magneticka-kontrola-mt

Zjišťování vnitřních vad

Nejčastějšími způsoby zjišťování vnitřních vad materiálu je prozařování elektromagnetickým vlněním s velmi krátkými vlnovými délkami a průchod ultrazvukového vlnění.

Zkoušky prozařováním Zkoušky ultrazvukem

MTDII 10

Zkoušky prozařováním Založeno na rozdílné průchodnosti

elektromagnetického záření s velmi malou vlnovou délkou (10-9 až 10-12 m) = Rentgnenova záření a záření gama, materiály různé hustoty.

ZDROJE ZÁŘENÍ: rentgenova záření je zvláštní elektronka (rentgenka) nebo kruhový urychlovač – betatron. Záření gama jsou přirozené radioaktivní prvky (radium, radon) nebo umělé radioaktivní zářiče, radioizotopy (kobalt Co 60, cesium Cs 137, iridium Ir 192, thulium Tm 170).

MTDII 11

Intenzita záření se při průchodu materiálem zeslabuje v závislosti na hustotě materiálu - materiály s vyšší hustotou záření zeslabují více než materiály s hustotou menší. Intenzita záření, které prošlo zkoušeným materiálem, se zjišťuje vizuálně na fluorescenčním štítu nebo fotochemicky, to jest působením záření na citlivou vrstvu fotografického filmu (existují i složitější způsoby zjišťování intenzity procházejícího záření).

Zkoušky prozařováním Princip zkoušky s použitím fotografického

záznamu (radiogramu): Jestliže hustota látky tvořící vadu materiálu je menší než hustota vlastního zkoušeného materiálu, budou paprsky procházející vadou méně zeslabeny než paprsky procházející jejím okolím. To se projeví tmavším obrazem vady na citlivé vrstvě filmu. Rozdíl ztmavnutí filmu pod vadou a mimo ni ukazuje na rozměr vady ve směru průchodu záření.

MTDII 12

zdroj záření zkoušený předmět

vadafilm

kazeta

Čím menší je vlnová délka záření, tím snáze prochází záření materiálem.

Pozn. prozařováním není možno zjišťovat vady, jejichž rozměr ve směru průchodu záření je malý – rozdíl ztmavnutí citlivé vrstvy filmu pod vadou a mimo ni je nezjistitelný. Vada bývá rozeznatelná, jestliže její rozměr ve směru průchodu záření činí alespoň 3 %, v nejpříznivějších případech 1 %, celkové tloušťky zkoušeného předmětu.

Zkoušky ultrazvukem Ultrazvuk = akustické vlnění s frekvencí vyšší

než je kmitočet slyšitelný lidským uchem, to jest nad 20 kHz. V defektoskopii se však užívá ultrazvukového vlnění o kmitočtu od 1 do 15 MHz.

Zkouška je založena na skutečnosti, že ultrazvukové vlnění se při dopadu na rozhraní dvou látek zčásti odráží, zčásti lomí a zčásti rozhraním prochází. Poměr těchto složek závisí na druhu stýkajících se látek. Čím více se liší jejich hustoty, tím větší část vlnění se odráží.

MTDII 13

Zkoušky ultrazvukem Zdrojem ultrazvukového vlnění je zpravidla

destička zhotovená z piezoelektrického krystalu. Při zapojení do elektrického obvodu se destička

rozkmitá jeho kmitočtem a předává (vysílá) vlnění do okolního prostředí. Naopak při dopadu ultrazvukových vln na piezoelektrickou destičku vzniká na jejích stěnách střídavé napětí. Proto mohou destičky sloužit jako vysílač i jako přijímač vlnění.METODY:

Odrazová Průchodová

MTDII 14

Zkoušky ultrazvukem Princip odrazové metody prováděné

přístrojem se dvěma sondami. Generátor kmitání vyšle krátký impuls do vysílače. Současně je impuls vyslán přes zesilovač do osciloskopu, na jehož stínítku se objeví výkmit – tak zvané základní echo. Z vysílače vystoupí svazek ultrazvukového vlnění do vnějšího prostředí.

Není-li v cestě vlnění žádná vada, projdou vlny celou tloušťkou materiálu, od rozhraní kovu a vzduchu na spodní straně předmětu se odrazí a projdou kovem do přijímací sondy. Dopadem vlnění na piezoelektrickou destičku vznikne střídavý proud, který po zesílení vytvoří na stínítku výkmit nazývaný koncové echo.

MTDII 15

základní echo

generátorzesilovač

přijímač vysílač

vada

zkoušený

předmět

impuls ze sítě 50 Hz

koncové echoporuchové echo

oscilograf

Je-li v cestě vlnění vada (dutina, částice strusky, trhlina a pod.), dojde na jejím povrchu k  odrazu části vlnového svazku k přijímači. Tím vznikne na stínítku osciloskopu mezi základním echem a koncovým echem další vý kmit, tak zvané poruchové echo. Podle vzdálenosti poruchového echa od echa základního je možno posoudit hloubku, ve které se vada nachází.

Zkoušky ultrazvukem

Obdobou popsaného způsobu je odrazová metoda s užitím jedné sondy, která střídavě funguje jako vysílač a jako přijímač.

Při průchodové metodě jsou obě sondy umístěny na opačných stranách zkoušeného předmětu. Intenzita ultrazvukového toku, který prochází materiálem, může být na straně přijímače měřena ručičkovým indikátorem

MTDII 16

sonda

vada

zkoušený

předmět

od generátoru

k zesilovači

vysílač

přijímač

Zkoušky ultrazvukem Z principu zkoušky ultrazvukem je zřejmé, že jsou takto

zjistitelné všechny vady, které přetínají svazek ultrazvukových vln. Protože ultrazvuk je materiálem jen málo tlumen, je jím možno kontrolovat i předměty o velké tloušťce (u oceli asi do 5 m). Odrazovou metodu je možno použít i tam, kde je přístupný pouze jeden povrch zkoušeného předmětu. Zařízení je poměrně malé, a proto je přenosné.

Zkouška není vhodná pro hrubozrné heterogenní struktury kovů. Například v odlitcích ze šedé litiny s hrubšími částicemi grafitu pronikne ultrazvuk jen do hloubky několika desítek milimetrů.

Nevýhodou této zkoušky je skutečnost, že neexistuje záznam jejího výsledku, jakým je u zkoušek prozařováním radiogram.

MTDII 17

Mikroskopie OPTICKÁ MIKROSKOPIE: slouží zejména

k získání poznatků o druhu a povaze mikrostruktury, tzn. o velikosti a tvaru zrn, druhu fází a strukturních součástí, způsobu jejich vyloučení...

ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE: umožňuje také zkoumání submikrostruktury, tzn. počáteční stádium vzniku fází, hustota a rozložení poruch krystalové mřížky...

Obě metody se využívají rovněž k posouzení vzhledu lomových ploch vzorků nebo výrobků (fraktografie), vad materiálu.MTDII 18

Optická mikroskopie• 1590-1610 otec a syn

Janssenové, první mikroskop• 1847 průmyslová výroba

mikroskopů firmou Zeiss• 1911 C. Reichert,

fluorescenční mikroskop s UV excit.

• 1932 F. Zernick, fázový kontrast

• 1955 Nomarski, diferenciální interferenční kontrast

• 1968 rastrovací tandemový konfokální mikroskop

• 1978 laserový konfokální rastrovací mikroskop

MTDII 19

Hookův mikroskop cca 1678

Optická mikroskopie METALOGRAFICKÝ MIKROSKOP: je založen na pozorování v odraženém světle: světlo

vysílané zdrojem (1) se odráží od planparalelního skla, prochází objektivem a dopadá na vzorek. Plošky kolmé k optické ose, na niž se světelné paprsky odrážejí zpět do objektivu, jeví se světlé, prohlubně a rýhy, které odrážejí světlo mimo objektiv, jsou tmavé → pozorování ve světlém poli (používá se nejčastěji)

můžeme pozorovat pouze povrch vzorků užitečné zvětšení až 1 500 : 1 (dalším zvětšováním se

ve struktuře neobjeví nové detaily = prázdné zvětšení)

MTDII 20

Okuláry

Objektivy

Hlavní vypínač

Makro a mikrošroub

Regulace osvětlení

Křížový posun

Zdroj světla

Stolek

Kondenzor

Optická mikroskopieHlavní části: zdroj světla, objektiv, okulárPožadavky na zdroj: měl by být bodový, monochromaticky, dostatečně

intenzivní. Žárovky – nízkovoltové – používají se pro vizuální pozorování Výbojka – větší intenzita záření než žárovka - používají se pro

fotografování Obloukové lampyObjektiv: čočkový objektiv - je tvořen soustavou čoček zobrazování je založeno na lomu světelného paprsku reflexní objektiv (zrcadlový) - zobrazování je založeno na jeho odrazuOkulár: je soustava optických čoček, kterými pozorujeme obraz

vytvořený objektivem. Druhý stupeň zvětšení metalografického mikroskopu, zvětšuje obraz vytvořený objektivem až na hodnotu rozlišovací schopnosti lidského okaMTDII 22

Elektronová mikroskopie Při interakci elektronového paprsku s

materiálem dochází k mnoha fyzikálním jevům – odrazu, rozptylu, absorpci, transmisi.

MTDII 23

Elektronová mikroskopie TEM – Transmisní elektronová mikroskopie

Svazek elektronů urychlený v potenciálovém poli mezi katodou a anodou prochází kondenzorem, pozorovaným vzorkem, objektivem a projektorem, konečný obraz se pozoruje na fluorescenčním stínítku nebo se zachytí na fotografickou desku.

REM - Řádkovací (rastrovací) elektronová mikroskopie

 Svazek primárních elektronů prochází elektronovou optickou soustavou a cívkami řádkovacího systému je vychylován tak, že řádek po řádku přejíždí vymezenou plochou povrchu vzorku. V každém bodě povrchu dochází k zmíněným fyzikálním jevům. Z detektoru se zachycený signál přenáší na pozorovací obrazovku.

MTDII 24

Elektronová mikroskopie

• zdroj elektronů (elektronové dělo)• elektromagnetické čočky• preparátový stolek (držák, goniometr)• vakuový systém• (vychylovací cívky u REM)

MTDII 25

Tvorba obrazu v REMOBRAZ VZNIKÁ BOD PO BODU, RASTROVÁNÍM POVRCHU

Elektronová mikroskopieTransmisní elektronová mikroskopie

Rastrovací (skenovací) elektronová mikroskopie

Na obr. příklad TiO2 vrstev dopovaných nanokrystalickým Ag.

Použitá literaturaDefektoskopie – Podklady Ing. J. Hladkýelektronová mikroskopie –[1] http://www.isibrno.cz/lem/jeol.html[2]http://apfyz.upol.cz/ucebnice/down/elmikro.pdf

optická mikroskopie – [3]http://web.natur.cuni.cz/~parazit/parpages/mikroskopickatechnika/svetelnamikroskopie.htm

MTDII 29

Děkuji za pozornost