Συσχέτιση Μαγνητικών Και Μηχανικών Ιδιοτήτων Με Μικροδομή Σε Συγκολλήσεις Φερρομαγνητικών Χαλύβων

Abstract

Ο όρος «μη-καταστροφικές δοκιμές» (non-destructive testing, NDT) χρησιμοποιείται για να περιγράψει μεθόδους δοκιμών, που μπορούν να εφαρμοστούν σε μια κατασκευή ή ένα υπό εξέταση δοκίμιο, χωρίς να διακυβεύεται η χρησιμότητα του υλικού. Οι περισσότερες μη-καταστροφικές μέθοδοι είναι έμμεσες, καθώς μετρούν μια εγγενή ιδιότητα του υλικού. Οι όλο και αυξανόμενες απαιτήσεις εφαρμογής των μη καταστροφικών ελέγχων σε βιομηχανική κλίμακα, εντείνει την προσπάθεια συμμόρφωσης των υπαρχουσών μεθόδων σε δεδομένες προδιαγραφές ποιότητας. Αυτό σημαίνει, ότι οι αισθητήρες μη καταστροφικού ελέγχου απαιτείται να έχουν τη δυνατότητα να προσδιορίσουν εκείνες τις παραμέτρους, που θα τους καταστήσουν ικανούς να εντοπίσουν τυχόν αστοχίες ή ατέλειες. Σε σχέση με τις υπόλοιπες μη καταστροφικές μεθόδους ελέγχου, ο έλεγχος μέσω μαγνητικών αισθητήρων έχει ένα διακριτό πλεονέκτημα, το οποίο απαντά μόνο σε καταστροφικές δοκιμές: οι εγγενείς μαγνητικές ιδιότητες επηρεάζονται από τις ίδιες μικροδομικές παραμέτρους και μάλιστα, είναι το ίδιο ευαίσθητες με τις μηχανικές ιδιότητες στην παρουσία παραμενουσών τάσεων στο υλικό. Ωστόσο, οι μαγνητικές τεχνικές εφαρμόζονται μόνο σε σιδηρομαγνητικά υλικά.Αν και υπάρχει πλήθος δημοσιευμένων άρθρων που περιγράφει τη συσχέτιση των μαγνητικών και των μηχανικών ιδιοτήτων, υπάρχουν ελάχιστες αναφορές που να περιγράφουν τον προσδιορισμό των παραμενουσών τάσεων με τις μαγνητικές τεχνικές. Μάλιστα, η πρόβλεψη της χωρικής κατανομής των παραμενουσών τάσεων σε συγκολλημένα δείγματα σιδηρομαγνητικών χαλύβων είναι περιορισμένη. Η διατριβή αυτή στοχεύει στη συσχέτιση των μικροδομικών χαρακτηριστικών με τις μηχανικές και μαγνητικές ιδιότητες σε συγκολλημένους χάλυβες με σιδηρομαγνητική συμπεριφορά, καθώς επίσης και στη διερεύνηση της επιλογής της κατάλληλης μεθοδολογίας για την πρόβλεψη του τασικού πεδίου που αναπτύσσονταν στα συγκολλημένα μέρη. Ο μαγνητικός μη καταστροφικός έλεγχος πραγματοποιήθηκε μέσω της χρήσης δύο μαγνητικών μη-καταστροφικών τεχνικών: της μέτρησης του μαγνητικού θορύβου Barkhausen και της μέτρησης των μαγνητικών παραμέτρων του βρόχου υστέρησης. Λαμβάνοντας όλες τις μαγνητικές παραμέτρους πραγματοποιήθηκε η συσχέτισή τους με μικροδομικά χαρακτηριστικά όπως, το κλάσμα όγκου συμμετοχής των κυρίαρχων φάσεων και των μικροδομικών συστατικών, η μορφολογία των κόκκων, η κατανομή του μέσου μεγέθους των κόκκων, η γωνία αναντιστοιχίας, η πυκνότητα των διαταραχών. Στη συνέχεια, τα παραπάνω συμπεράσματα σχολιάστηκαν με βάση την απόκριση των μηχανικών ιδιοτήτων, όπως η σκληρότητα, το όριο διαρροής, η μέγιστη εφελκυστική τάση θραύσης και η επιμήκυνση. Η συλλογή όλων αυτών των πληροφοριών έχει καταλυτική σημασία στον αποτελεσματικό και επαρκή χαρακτηρισμό των συγκολλημένων δειγμάτων, με μη καταστροφικό τρόπο.Τέλος, προσδιορίστηκε η χωρική κατανομή των παραμενουσών τάσεων στα συγκολλημένα μεταλλικά μέρη, με τη χρήση των δύο μαγνητικών μη καταστροφικών μεθόδων και δύο μεθόδων περίθλασης. Για την πραγματοποίηση των μαγνητικών μετρήσεων απαιτούνταν πρώτα η κατάλληλη βαθμονόμηση των σιδηρομαγνητικών χαλύβων. Οι συνολικά τέσσερις μέθοδοι που επιλέχθηκαν, ομαδοποιούνταν σε δύο κατηγορίες, με βάση των όγκο της δειγματοληψίας: η πρώτη αναφέρεται στον επιφανειακών προσδιορισμό των τάσεων, ενώ η δεύτερη στον μονολιθικό. Οι μετρήσεις στην πρώτη κατηγορία πραγματοποιήθηκαν με τη μαγνητική μέθοδο του θορύβου Barkhausen και της περιθλασιμετρίας ακτίνων X, ενώ στη δεύτερη με τη μέθοδο της διαφορικής μαγνητικής διαπερατότητας και της περίθλασης νετρονίων.