Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Metody nieniszczące w ocenie rozwoju uszkodzenia materiałów konstrukcyjnych w warunkach obciążeń eksploatacyjnych

Kukla Dominik

IPPT Reports on Fundamental Technological Research

|

2023

|

nr 1

1--168

PL

Praca dotyczy wykorzystania metody prądów wirowych oraz innych metod nieniszczących do identyfikacji lokalnych zmian w strukturze materiału związanych z rozwojem uszkodzenia w warunkach obciążenia zmęczeniowego. Dla wybranych, metalicznych materiałów konstrukcyjnych (stale, stopy niklu i aluminium) poddanych cyklicznym obciążeniom zmiennym opracowano ilościowe charakterystyki rozwoju uszkodzenia na podstawie wyznaczonych zmian składowych odkształcenia w kolejnych cyklach obciążenia. Równocześnie z próbami zmęczeniowymi przetestowano szereg diagnostycznych metod nieniszcząych w celu oceny możliwości lokalizacji procesu inicjowania uszkodzenia zmęczeniowego w materiale próbek. Opracowane procedury badawcze z zastosowaniem metody prądów wirowych, wspierane technikami optycznymi (lub innymi technikami NDT), umożliwiły nie tylko identyfikację obszarów uszkodzenia zmęczeniowego we wczesnym etapie rozwoju, związanego ze zmianami strukturalnymi, ale także na monitorowanie procesu degradacji próbek, aż do ich zerwania. Badania przeprowadzono na stopach konstrukcyjnych dobranych nie tylko z uwagi na właściwości elektromagnetyczne, ale przede wszystkim na mechanizmy rozwoju uszkodzenia zmęczeniowego. Badania próbek z żarowytrzymałej stali 1.4903 obejmowały testy zmęczeniowe wraz z wyznaczeniem odkształceniowego współczynnika uszkodzenia zmęczeniowego (φ) opisującego dynamikę zmian składowych odkształcenia w kolejnych cyklach obciążeń zmiennych. Wyniki tych obliczeń skorelowano z wynikami pomiarów parametru sygnału prądowirowego w postaci kąta fazowego krzywej impedancyjnej, realizowanych według opracowanej procedury. Pomiar ten wykonano w zdefiniowanych miejscach na próbce poddanej obciążeniom zmiennym, po ustalonej liczbie cykli zmęczeniowych. Przeprowadzono także badania mikrostrukturalne w zakresie metalografii (zgładów poprzecznych i podłużnych) oraz fraktografii (przełomów) próbek poddanych próbom zmęczeniowym. Badania mikrostrukturalne potwierdziły występowanie zjawisk związanych z degradacją zmęczeniową, które mogą uzasadniać zmiany charakterystyki sygnału prądowirowego w funkcji jej rozwoju. Zjawiska te to przede wszystkim lokalne odkształcenia plastyczne wokół twardych wtrąceń oraz mikropęknięcia. Badania zmęczeniowe dla stali 1.4903 przeprowadzono na próbkach w stanie dostawy oraz na próbkach eksploatowanych w warunkach pracy rurociągów pary świeżej w jednej z krajowych elektrowni. Na podstawie analizy uzyskanych wyników badań i ich obróbki opracowano metodykę oceny rozwoju degradacji wyrażonej ilościowo poprzez narastanie składowych odkształcenia niesprężystego w kolejnych cyklach obciążenia. Na podstawie opracowanych procedur pomiarowych uzyskano wyniki wskazujące zarówno na możliwość lokalizacji i identyfikacji defektów powstałych wskutek procesu zmęczeniowego we wczesnym etapie jego rozwoju, jak i na ilościową ocenę stopnia degradacji na podstawie analizy zmian parametrów wyznaczonych techniką prądów wirowych w kolejnych cyklach obciążeń zmęczeniowych. Kolejne wyniki uzyskano w badaniach stopu niklu MAR 247 stosowanego do budowy łopatek turbin silników lotniczych. Serię próbek z tego stopu poddano próbom zmęczeniowym, którym towarzyszyły badania nieniszczące z wykorzystaniem technik optycznych, takich jak cyfrowa korelacja obrazu (DIC - Digital Image Correlation) czy elektroniczna interferometria plamkowa (ESPI - Electronic Speckle Pattem Interferometry). Na próbkach poddawanych testom zmęczeniowym przeprowadzono także pomiary konduktywności z zastosowaniem metody prądów wirowych (według opracowanej procedury) oraz klasyczne badania defektoskopowe. Metody optyczne pozwoliły na wczesną identyfikację lokalnych koncentracji odkształcenia, wynikających z lokalnych koncentracji naprężenia. Obszary te stanowiły miejsce rozwoju propagacji pęknięcia dominującego, co potwierdziły prowadzone równolegle badania metodą prądów wirowych, które ujawniły także inne pęknięcia zmęczeniowe na etapie poprzedzającym rozwój uszkodzenia dominującego. Ponadto wykazano lokalne zmniejszenie konduktywności w obszarze inicjowania uszkodzenia, związanego z koncentracją odkształcenia. Podobne badania wykonano dla stopu Inconel 718 z zastosowaniem próbek o zmiennej powierzchni przekroju, co umożliwiało uzyskanie zmiennego pola deformacji. Opisano także wyniki badań dotyczących identyfikacji i oceny wad technologicznych oraz eksploatacyjnych związanych m.in z lokalnym przegrzaniem struktury materiału przez narzędzie szlifierskie, niewłaściwie przeprowadzoną obróbkę plastyczną na zimno oraz z oddziaływaniem atmosfery wodorowej. Opracowane procedury badawcze dają możliwość identyfikacji defektów związanych z przypaleniami szlifierskimi, a wykonując analizę parametrów rejestrowanego sygnału impedancji uzyskanego metodą prądów wirowych, można poznać ich właściwości. Dotyczy to ilościowej oceny głębokości strefy przegrzania oraz jakościowej oceny zmian twardości warstwy spowodowanej oddziaływaaniem wysokiej temperatury.

EN

The work concerns the application of eddy current and other non-destructive methods for identification of local changes in the structure of material due to the development of damage under fatigue conditions. For selected, metallic structural engineering materials (steels, nickel and aluminum alloys) subjected to cyclic alternating loads, the quantitative characteristics of damage development were presented and described on the basis of the evolution of deformation components in subsequent load cycles. Along with the fatigue tests, a number of nondestructive diagnostic methods were used to assess the possibility of locating the fatigue failure initiation process in various materials. The proposed research procedures of the eddy current method, supported by optical techniques, allowed not only for early-stage identification of fatigue damage development areas but also to monitor the degradation process of specimens, up to their failure. The eddy current measurements were carried out on alloys selected on the basis of their (magnetic) properties and mechanisms of fatigue damage development. The tests of the heat-resistant steel specimens (1.4903) included fatigue tests with the determination of the deformation fatigue damage factor describing the dynamics of changes in the deformation components in subsequent load cycles. The results of these calculations were correlated with the measurements of the eddy current signal phase angle, carried out according to the developed procedure. This measurement was performed in selected areas on a specimen subjected to variable loads and after a predetermined number of fatigue cycles. Microstructural observations of specimens subjected to fatigue tests were also carried out in the field of metallography (transverse and longitudinal sections) as well as fractography (fractures). Microstructural studies allowed to confirm the occurrence of processes and phenomena related to fatigue degradation, which may justify changes in the values of the eddy current signal parameters (phase angle) as a function of its development. These were mainly local plastic deformations around hard inclusions and microcracks. Fatigue tests for this steel were carried out on specimens in the as-received condition and on the live steam pipelines operated in the power plant. Based on the eddy current analysis, a fatigue life determination methodology was developed. Such methodology considers the development of degradation, expressed quantitatively, through the growth of the deformation components in subsequent cycles. Based on the established measurement procedures, the obtained results indicate the possibility of localization and identification of fatigue damage at an early stage of its development, as well as a quantitative assessment of the degree of degradation based on the eddy current technique. Further investigations were performed on the MAR 247 nickel alloy used in the construction of turbine blades of aircraft engines. A series of specimens were subjected to fatigue tests and simultaneously monitored by non-destructive, optical testing techniques such as Digital Image Correlation (DIC) and Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI). Subsequent conductivity measurements were performed on such specimens by using the eddy current method (according to the developed procedure), as well as classic defectoscopy tests. Optical techniques enabled an early identification of local strain concentrations resulting from local stress concentrations. In these areas, the development of the dominant crack propagation was observed. Such observations were further confirmed by the parallel eddy current tests, which also revealed other fatigue cracks at the stage preceding the development of the dominant damage. A local drop in the conductivity value in the area of damage initiation was also found in the form of strain concentration. Similar tests were also carried out for the Inconel 718 alloy by using specimens with a variable cross-sectional area enabling to obtain a variable deformation field. Additionally, an attempt to identify technological defects resulting from local overheating of the material structure by the grinding tool was made. The developed test procedures enabled the detection of defects related to grinding burns. The subsequent analysis of the parameters of the recorded impedance signal obtained by the eddy current method, allows the quantitative assessment of the depth of the overheating zone and the qualitative assessment of changes in the hardness of the layer, resulting from the effect of high temperature.

2

Nieniszcząca ocena grubości przypowierzchniowej warstwy azotków w technicznych stopach żelaza metodą prądów wirowych

Kondej Adam, Kukla Dominik

Badania Nieniszczące i Diagnostyka

|

2023

|

nr 1-4

12--16

PL

Celem pracy było zbadanie możliwości zastosowania metody prądów wirowych, techniki pomiaru amplitudy napięcia i częstotliwości rezonansowej, do nieniszczącej oceny grubości przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza w stali 42CrMo4 po azotowaniu gazowym. Zakres pracy obejmował wykonanie próbek badawczych, rozkłady twardości metodą Vickers’a oraz pomiary grubości warstw azotków na zgładach poprzecznych, badania warstw azotków metodą prądów wirowych, analizę korelacji wyników badań niszczących z nieniszczącymi. Główną aparaturę badawczą stanowił Wirotest M2 z zestawem głowic pomiarowych. Na podstawie wyników pomiarów wytypowano głowicę 100 kHz jako optymalną do oszacowania grubości warstwy azotków. Umożliwia ona także sortowanie próbek wg grubości strefy dyfuzyjnej na dwie grupy. Do oceny grubości warstwy azotków najdokładniejsza jest analiza amplitudy napięcia. W przypadku sortowania próbek pod względem grubości strefy dyfuzyjnej znajduje zastosowanie analiza amplitudowo-częstotliwościowa. Wirotest M2 może znaleźć zastosowanie w kontroli jakości stalowych części po azotowaniu do wykrywania przypowierzchniowej warstwy azotków żelaza oraz pomiaru jej grubości. Obszarem zastosowania może być przemysł narzędziowy, motoryzacyjny, lotniczy. Badania nieniszczące metodą prądów wirowych pozwalają na kontrolę wszystkich produkowanych części i mogą być uzupełnieniem dla badań niszczących, które są wykonywane dla wybranych elementów z danej partii produkcyjnej.

EN

The aim of the work was to investigate the possibility of using the eddy current method, a technique for measuring voltage amplitude and resonant frequency, for non-destructive assessment of the thickness of the near-surface layer of iron nitrides in 42CrMo4 steel after gas nitriding. The scope of work included the preparation of test samples, hardness distributions using the Vickers method and measurements of the thickness of nitride layers on cross-sections, testing of nitride layers using the eddy current method, analysis of the correlation of the results of destructive and nondestructive tests. The main research apparatus was the Wirotest M2 with a set of measuring heads. Based on the measurement results a 100 kHz probe was selected as the optimal one for estimating the thickness of the nitride layer. It also enables the sorting of samples according to the thickness of the diffusion zone into two groups. The most accurate to assess the thick ness of the nitride layer is the analysis of the voltage amplitude. In the case of sorting samples in terms of the thickness of the diffusion zone the amplitude-frequency analysis is used. The Wirotest M2 can be used in quality control of steel parts after nitriding to detect the surface layer of iron nitrides and measure its thickness. The area of application may be the tool, automotive and aviation industries. Non-destructive testing using the eddy current method allows for the control of all manufactured parts and can be a supplement to destructive testing, which is performed for selected elements from a given production batch.

3

Assessment of fatigue life of aluminized, coarse-grained MAR247 alloy supported by full-field ESPI measurements

Kopec Mateusz, Kukla Dominik, Kowalewski Zbigniew L.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2022

|

Vol. 60 nr 4

619--623

EN

In this paper, fatigue performance of an aluminide layer coated, coarse-grained MAR247 nickel superalloy was monitored by using the full-field Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) method in the range of stress amplitude from 350MPa to 650MPa. It was found, that the ESPI method enables precise monitoring of the fatigue behaviour of coated MAR247 specimens since the area of potential failure was accurately indicated within the initial stage of fatigue damage development.

4

Effect of plasma nitriding process on the fatigue and high temperature corrosion resistance of Inconel 740H nickel alloy

Kopec Mateusz, Gorniewicz Dominika, Kukla Dominik, Barwinska Izabela, Jóźwiak Stanisław, Sitek Ryszard, Kowalewski Zbigniew L.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 1

art. no. e57, 2022

EN

The paper presents a comparison of microhardness, fatigue and high temperature corrosion of Inconel 740H nickel alloy in its as-received state and the same material with nitrided surface layers. The nitrided layers were produced using traditional glow discharge nitriding (specimens nitriding on the cathode potential) and an active screen (specimens nitriding at the plasma potential). A microstructure of the layers was characterized through the scanning electron microscopy, X-ray energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction analysis. Mechanical properties of the nitrided Inconel 740H alloy were examined using microhardness measurements and standard fatigue tests. It was found that Inconel 740H with a nitrided surface exhibited an improved fatigue response of 50 MPa in the whole range of stress amplitudes from 350 to 650 MPa and almost 325% increase of hardness for plasma modified surface and 250% for cathode modified surface. Additionally, the application of cathode nitriding enhanced the corrosion resistance of the alloy in question and effectively protected it against a high temperature oxidation.

5

Postępy w diagnostyce rozwoju uszkodzenia materiałów poddawanych symulowanym obciążeniom eksploatacyjnym - blaski i cienie

Kowalewski Zbigniew L., Kukla Dominik, Szymczak Tadeusz

Dozór Techniczny

|

2021

|

z. 3

10--14

PL

Rozwój uszkodzeń wskutek obciążeń eksploatacyjnych w materiałach stosowanych w energetyce lub przemyśle motoryzacyjnym badany jest przy użyciu metod niszczących i nieniszczących. Wśród technik o charakterze niszczącym można wymienić testy zmęczeniowe lub próby pełzania, a nieniszczących metody ultradźwiękowe, magnetyczne, a ostatnio coraz częściej wykorzystywane nowatorskie techniki optyczne. W artykule przedstawiono zastosowanie technik optycznych, takich jak: cyfrowa korelacja obrazu (DIC) i elektroniczna interferometria plamkowa (ESPI) do monitorowania uszkodzeń zmęczeniowych z uwagi na ich dużą przydatność w skutecznej identyfikacji miejsc inicjacji uszkodzenia i jego rozwoju.

6

Methodology for quantitative assessment of basalt fibers obtained in continuous process

Kukla Dominik, Koper Jeremiasz

Composites Theory and Practice

|

2020

|

R. 20, nr 2

78--84

EN

In 2019, the first basalt fiber production line was created in Poland. The fiber is produced in a continuous process, according to the technology developed by Polski Bazalt S.A. In order to assess the microstructure of the manufactured product, a number of tests were carried out, according to previously developed procedures. The presented results relate to the study of the basalt fiber microstructure using light microscopy, electron microscopy and atomic forces. The research was aimed at characterizing the fibers, but also developing research procedures that allow assessment of the basic fiber parameters under post-production conditions. The research was conducted in the field of quantitative and qualitative assessment of the basalt fiber microstructure, its diameter, and the size distribution of this value. In addition, attempts were made to assess the thickness of the sizing (as an impregnation layer) on the fibers obtained employing different parameters of the drawing process and various types of impregnation. Based on the obtained results, measurement and research procedures were implemented in the quality control system of the Polski Bazalt company. Tests carried out as part of these procedures confirm the repeatability in terms of the quality and diameter of the produced fiber.

7

Ocena twardości warstw hartowanych indukcyjnie na podstawie analizy sygnału prądów wirowych

Kukla Dominik, Wyszkowski Mirosław

Inżynieria Powierzchni

|

2019

|

nr 4

3--9

PL

Praca dotyczy oceny możliwości identyfikacji zmian twardości warstw nawęglanych i hartowanych indukcyjnie, z wykorzystaniem metody prądów wirowych. Badania przeprowadzono na trzech zestawach próbek, ze stali AMS 6414, o różnej grubości warstwy, poddanych hartowaniu indukcyjnemu oraz odpuszczania w szerokim zakresie temperatury, dla uzyskania różnic w twardości warstwy dla każdego zestawu. Próbki każdego zestawu, z warstwami o twardości w zakresie 760–920 HV poddano badaniom z zastosowaniem prądów wirowych polegających na ocenie zmian kąta fazowego uzyskanego w efekcie oddalenia (lift – off). Przeprowadzono także standardowe pomiary twardości na powierzchniach warstw hartowanych oraz wykonano profile mikrotwardości na przekrojach próbek. Wyniki pomiarów twardości poddano analizie porównawczej z wynikami badań nieniszczących i na tej podstawie stwierdzono możliwość identyfikacji zmian twardości warstw, w oparciu o wyniki badań nieniszczących.

EN

The work concerns the assessment of the possibility of identifying changes in hardness of carburized and induction hardened layers using the eddy current method. The tests were carried out on three sets of samples, made of AMS 6414 steel, with different layer thickness, subjected to induction hardening and tempering in a wide temperature range, to obtain differences in layer hardness for each set. The samples of each set, with the layers with a hardness in the range of 760–920 HV, were subject to testes using eddy currents which consisted in the assessment of phase angle changes obtained as a result of the lift – off effect. Standard hardness measurements on the surfaces of the hardened layers were also carried out, and microhardness profiles were made on the cross-sections of the samples. The results of hardness measurements were subject to comparative analysis with the results of non-destructive tests and on this basis it was possible to identify changes in the hardness of layers, based on the results of non-destructive tests.

8

Quantitative evaluation of eddy current signals generated by defects in austenitic heat exchanger tubes

Kukla Dominik, Zagórski Andrzej, Sarniak Łukasz

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2019

|

Vol. 63, No. 4

59--65

EN

The research discussed in the article involved the analysis of impedance characteristics originating from various non-standard defects detected in the material of an austenitic tube. Research-related test results were obtained when scanning a tube made of steel 316, using an internal probe and a MultiScan 5800 device. The tests involved the use of the classical ECT vortex current method applied to examine both the tube containing artificial defects, simulating the most common defects in industrial heat exchanger tubular inserts, and reference tubes containing standard defects. The non-standard defects (created artificially) simulated combinations of cracks, pits or other defects formed as a result of exposure to aggressive chemical and mechanical factors present in industrial conditions. The tests involved the scanning of the entire length of the tube at a constant rate. The tests were performed using a transient probe recording electrical impedance changes in a relative mode and in an absolute mode. The interpretation of results related to the non-standard defects was based on a comparison with the results obtained in relation to the standard reference defects. Values obtained in relation to the non-standard defects enabled, among other things, the identification of their volume and position in relation to the measurement probe. In most cases it was not possible to interpret the geometry of a given defect. The foregoing could be achieved using other non-destructive testing techniques.

PL

Dokonano oceny charakterystyk impedancyjnych pochodzących od różnych wad w materiale rury austenitycznej. Wskazania te otrzymano podczas badania rury ze stali 316 sondą wewnętrzną z wykorzystaniem aparatu MultiScan 5800. Zastosowano klasyczną metodę prądów wirowych ECT, badając zarówno rurę ze sztucznymi wadami symulującymi najczęściej spotykane uszkodzenia wkładów rurowych wymienników ciepła, jak również rury referencyjne, z i wadami standardowymi. Wytworzone sztucznie niestandardowe wady miały na celu odwzorowanie spotykanych w diagnostyce przemysłowej kombinacji pęknięć, wżerów lub innych ubytków powstałych w wyniku oddziaływań mechanicznych oraz działania agresywnych czynników chemicznych. Badania polegały na skanowaniu rury ze stałą prędkością, przy użyciu sondy przelotowej rejestrującej zmiany impedancji elektrycznej w trybie względnym i trybie absolutnym. Interpretacja uzyskanych wyników, dla wad niestandardowych, była oparta na analizie porównawczej z wynikami uzyskanymi dla standardowych próbek referencyjnych. Otrzymane wartości dla wad niestandardowych umożliwiły ich scharakteryzowanie, tj. określenie ich objętości oraz położenia względem sondy pomiarowej. W większości przypadków nie była możliwa interpretacja geometrii wady, a co jest możliwe przy zastosowaniu innych technik badań nieniszczących.