UNIVERZITET U BIHAUTEHNIKI FAKULTET BIHA

ISPITIVANJE KONSTRUKCIJA

Ispitivanje eline cijevi magnetnom metodomLjubijanki AmelPredmetni nastavnik: prof. dr. Milan Jurkovi

Biha, juni, 2015.1. Uvod, svrha i cilj

Izbjegavanja sluajeva oteenja cijevi vri se prije svega otkrivanjem mjesta zavara na avnoj cijevi i orijentiranjem cijevi u povoljan poloaj odnosno u podruje gdje je naprezanje zavara manje. Postoje razliite nerazorne metode ispitivanja, kao to su: radiografska, ultrazvuna, elektromagnetska i dr.

Svaka od navedenih metoda zasniva se na drugaijim principima to omoguava da se iskoriste razliite osobine zavara. Iz nekoliko odabranih metoda potrebno je izdvojiti naprikladniju, i zato za odabir prikladnog postupka za detekciju mjesta zavara uzeti su u razmatranje sljedei kriteriji : pouzdanost (misli se na tanost detekcije zavara), cijenu (trokove izvoenja pojedinog postupka), kompleksnost izvedbe (potrebna oprema, vanjski utjecaji i zahtjevi na opremu), operacijsko vrijeme ( priblino vrijeme potrebno za detekciju zavara ) mjere sigurnosti (opasnost metode po okolinu - kao to je radijacija ili buka) ponovljivost procesa

U ovom sluaju cijevi su ispitane magnetnom metodom.

2. Teorijska obrada problema ( opis, shema)

Magnetnim ispitivanjima utvruju se greke na povrini ili neposredno ispod povrine predmeta. Metode za lociranje povrinskih i unutranjih diskontinuiteta u feromagnetnim materijalima (pore,pukotine, strana tijela i dr.). Mogu se ispitivati samo magnetini (feromagnetni) materijali, kao to su: gvoe, nikl, kobalt,ugljenini, niskolegirani i neki legirani elici. Pri magnetnim ispitivanjima, predmeti se prvo namagnetiu (a kod predmeta jedne dimenzije samo jedan dio).Namagnetisavanje predmeta moe se izvoditi prije ili u toku ispitivanja.Prije ispitivanja magnetiu se oni predmeti kod kojih je zaostali magnetizam dovoljan da omogui ispitivanje. U toku ispitivanja magnetiu se predmeti kod kojih je zaostali magnetizam nedovoljan da se izvede ispitivanje i predmeti velikih dimenzija i sloenog oblika.Ako u predmetu postoji pukotina, zarez ili otar prelaz, a kroz predmet prolazi magnetski tok, u zavisnosti od veliine i poloaja greke u presjeku, ispod nje doi e do skretanja i koncentracije magnetskih tokova.Razliita koncentracija magnetskih tokova utie na promjene magnetskog polja na povrinipredmeta.

Slika1. Principi prostiranja magnetskog polja

Kad se objekat ispitivanja izloi dejstvu magnetnog polja, na mjestima magnetnih diskontinuiteta se formiraju defekti polja.Magnetna ispitivanja zasnovana su na rasipanju magnetnog polja iznad defektnog mjesta upredmetu.U homogenom predmetu magnetni tokovi su prave linije. Kad tokovi naiu na neki defekt savijaju se oko njega i obrazuju magnetno polje rasipanja.Veliina rasipanja i skretanja tokova zavisi od dimenzija i dubine defekta, kao i od pravca prostiranja defekta u odnosu na magnetne tokove.Najvee odstupanje nastaje kad greka stoji normalno na pravac magnetnih tokova.Da bi se pravilno odredila veliina greke, u praksi se ispitivanje izvodi u dva meusobno normalna pravca.

Slika 2. Prostiranje magnetskog polja

Magnetne estice se nanose na ispitivanu povrinu u suhom stanju, ili u suspenziji (voda ili ulje).Indikator defekta je nakupljanje feromagnetnih estica koje su nanesene na ispitivanu povrinu.S obzirom da su magnetni tokovi nevidljivi, a da bi greka bila uoljiva, povrina predmeta seposipa feromagnetnim prahom pomjeanim sa transformatorskim uljem ili petrolejem.Magnetni prah je crni magnetit Fe2O3 (1 m).U izvjesnim sluajevima uzimaju se obojene suspenzije i fluoroscentne magnetne suspenzije, ije svijetlee estice olakavaju kontrolu na teko pristupanim mjestima.Metoda se moe upotrebiti za mjerenje: debljine slojeva, varijacija u strukturi, veliine zrna, tvrdoe i dr. Princip metode sastoji se u tome da kroz predmet ispitivanja moraju proi magnetski tokovi,koje e se deformisati oko greke u materijalu. To se pokazuje na nekoliko naina:

- Pomou razlike u naponu koji se alje u pojaiva i signal se prikazuje na galvanometru.Ovaj princip se primenjuje kod ispitivanja varova, elinih uadi, cijevi i sl.

- Predmet ispitivanja se premazuje rijetkim uljem s gvozdenim prahom (ili uranjanjem ukupku s takvim uljem) te se magnetizuje. Gvozdena praina jae se skuplja na mjestimagdje se nalazi greka.

Slika 3. Princip stvaranja magnetskog polja

Aparati kojima se vre magnetna ispitivanja nazivaju se ferofluks ili magnetofluks aparati.Poslije zavrenog ispitivanja namagnetisani dijelovi se moraju razmagnetisati.Razmagnetisanje predmeta vri se u posebnim aparatima ili je u ferofluks aparatu ugraen poseban ureaj za demagnetizaciju.

Slika 4. Princip rada ferofluksa

Prednosti i ogranienja metode

Glavno podruje primjene ove metode je kod ispitivanja poluproizvoda: metalne ipke i gredice,limovi, otkivci i liveni komadi. Ova metoda se koristi i kod preventivnog odravanja: vratila,ramova, nosaa, zamajaca, kuka, lopatica turbina i sl.Dobro otkriva male i plitke povrinske pukotine, ali i greke ispod povrine koje nisu na velikoj dubini. Ako je greka fina, otra i blizu povrine (npr. nemetalni ukljuak), ova metoda e je otkriti.Ako je greka na veoj dubini, indikacija e biti manje uoljiva.Indikacije se javljaju direktno na ispitivanoj povrini i reflektuju se kao slike stvarnog oblikagreke. Praktino nema ogranienja u veliini ili obliku ispitivanih objekata. Nije potrebnoprethodno ienje. Mogue je otkriti ak i pukotine koje su ispunjene drugim materijalom.

Ogranienja metode

- Moe se koristiti samo na feromagnetnim materijalima.- Magnetno polje mora biti u smjeru koji sijee glavnu ravan greke.- esto je potrebna naknadna demagnetizacija.- Potrebno je ienje radi uklanjanja magnetnih estica.- Za velike proizvode su potrebne jake struje.- Treba voditi rauna o lokalnom zagrijavanju ili spaljivanju gotovih proizvoda ili povrina natakama elektrinog kontakta.- Potrebno je iskustvo za interpretaciju indikacija.- Glavni nedostatak metode: nemogunost odreivanja dimenzija pogreaka.

Uticajni faktori

Kod uspostavljanja procedure za ispitivanje magnetnim esticama treba uzeti u obzir:- Vrstu struje (AC ili DC),- Vrstu magnetnih estica,- Metod magnetiziranja (rezidualni ili kontinuirani),- Smjer magnetiziranja,- Jainu struje (zavisno od tvrdoe materijala i veliine defekta),- Opremu.

Slika 5. Princip skupljanja magnetskih estica

3. Prikaz elementa konstrukcije

Slika 6. Ispitivana cijev

4. Ispitivanje konstrukcije ( opis, shema, metoda)Pri otkrivanju greaka magnetnom metodom vaan je uslov pravac magnetnog strujanja, koji mora biti upravan na greku, jer se greke ne opaaju ako je tok magnetnih linija paralelan pravcu greke. Kako je raspored i oblik greaka nepoznat u praksi se stoga kontrola vri u dva medjusobno upravna pravca

Slika 7. Rasipanje silnica oko pukotinaIspitivanje cijeviCijevi odnosno cjevovodi i tankovi ovim postupkom se obino ispituju na unutranjukoroziju ili eroziju materijala, jer u korodiranom podruju cijevi dolazi do stanjenjenamaterijala. U tom sluaju imamo dvije vrste ispitivanja : ispitivanje cijevi malih promjera (do~80mm) (eng. Pipescan) i ispitivanje stijenki tankova i cijevi veih promjera (eng. Wallscan).

Slika 8. Ispitivanje cijevi magnetnom metodomSa slike 8. se vidi da MFL ureaji za ispitivanje cijevi sadre sistem magnetiziranja elektromagnet ili permanentni magnet koji magnetizira odreenu duinu cijevi.Sistem sa elektromagnetom radi na nain da se prolaskom struje kroz zavojnicuelektromagneta inducira magnetsko polje. Elektromagnetom se upravlja jednostavno -ukljuivanjem ili iskljuivanjem napajanja elektromagnet prestaje sa svojim djelovanjem. Istotako, jakost magnetskog polja se poveava ili smanjuje promjenom iznosa struje.U MFL ureajima za ispitivanje koriste se dvije vrste senzora. To su zavojnica naprincipu elektromagnetske indukcije i Hallova sonda. Razlika izmeu ove dvije vrste senzoraje u injenici da zavojnica mjeri iznos promjene magnetskog polja, dok Hallova sonda mjeritrenutnu vrijednost magnetskog polja. Senzor se smjeta izmeu dva pola magneta i mjerimagnetsko polje rasutog toka.Senzor kojim se detektira polje najee je Hallova sonda, koji ujedno i generiraelektrini signal proporcionalan jakosti polja. Ovisno o orijentaciji sonde, sonda moe mjeritiaksijalnu, radijalnu ili obodnu komponentu signala. Dobiveni elektrinisignal sa sonde najee se preko pojaala dovodi na ureaj za grafiki prikaz signala ili naakvizicijski sistem mjernog sistema.

SSlika 9. Primjeri oblika MFL signala

Opis mjerenja

Mjerenje je izvedeno na nain prikazan na slici 10. Mjerila se jaina magnetskog poljana vanjskom obodu cijevi. Cijev je bila postavljena i centrirana na spravu prikazanu na slici10., tako da je metalna ipka (vodi kroz koji protjee struja, i stvara magnetsko polje usvojoj okolini) bila uvijek u centru radijusa cijevi, to naravno nije uvjet. Cijev se zakretala zaodreneni ugao pri svakom oitanju sa Gaussmetra.

Oprema i parametri mjerenja

- Gaussmetar Hirst gm04- Gaussmetar Tiede- izvor struje, elektrode- sprava za mjerenje krunosti- Hallova sonda

Rezultati mjerenja

Slika 10. Slike postava i mjerenja MFL metodom

Rezultati mjerenja:Cijev br. 1- mala cijev ( 900A)Cijev br.2- srednja cijev (900A)Pozicija broj Jaina magnetskog polja HPozicija brojJaina magnetskog polja H[A/cm], peak mode[A/cm], peak mode1 28.0118.32 26.2218.33 27.3317.44 28.4417.25 26.8519.06 28.4618.27 29.2718.38 27.9819.29 29.592010 30.01018.8ZUT1 29.2ZUT118.3ZUT2 28.2ZUT219Cijev br. 2 srednja cijev (500 A)

Pozicija brojJaina magnetskog polja H[A/cm], peak mode13.823.232.643.853.663.573.083.493.7103.0ZUT13.2ZUT23.8

Mjerenje je izvedeno na cijevi br. 1 (manja cijev) i br. 2 (srednja cijev), pri jaini struje od 500 A i 900 A, a nakon toga mjerenje je prekinuto iz razloga navedenih u daljnjemizlaganju.Kako se vidi iz rezultata mjerenja, oitanja fluktuiraju i na mjestu zavara nema naglogskoka ili pada u vrijednosti H. Rezultati su stoga neupotrebljivi i iz njih se ne moe dobitiinformacija o mjestu zavara.Pri mjerenju detektirani su slijedei problemi : krunost cijevi nije idealna i cijev ima udubina. Sonda treba biti kontinuiranoprislonjena na cijev i uvijek na istoj udaljenosti od vodia protjecanog strujom. senzor sonde (Hallova poluvodika sonda) izraen je od poluvodikog materijala, pazbog utjecaja topline, koja je bila znatno prisutna, deava se tzv. drift odnosno pomak radnetoke sonde.utjecaj elektromagnetskog zraenja od ureaja u blizini sonde takoer utjeu namjerenje tj. pridonose greci pri mjerenju.

5. Zakljuak

Mjerenje je izvedeno improviziranom opremom koja nije bila prikladna za ovu vrstuispitivanja, to je glavni razlog izostanka povoljnih rezultata.Ipak, metoda je primjenjiva u detekciji zavara iz injenice da postoje ureaji koji rade naMFL principu. Velika prednost ovakve metode je cijena kao i jednostavnost izvedbe sonde.

6. Literatura1. http://www.pomacom.unze.ba/pdf/TPC/04%20Magnetic.pdf2. Vukoti R.,Ispitivanje konstrukcija,Beograd,1998

Sadraj1. Uvod, svrha i cilj........................................................................................22. Teorijska obrada problema (opis,shema)...................................................33. Prikaz elementa konstrukcije.....................................................................84. Ispitivanje konstrukcije (opis, ema, metoda)............................................85. Zakljuak..................................................................................................126. Literatura..................................................................................................13

9