Modelowanie metody pomiaru grubości warstw zahartowanych indukcyjnie z wykorzystaniem zjawiska prądów wirowych

• Autorzy: Szlagowska-Spychalska, J. , Spychalski, M. , Kurzydłowski, K. J.

Warianty tytułu

EN

Modelling of eddy current method for measuring of thickness of induction hardened layers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Grubość warstwy wierzchniej determinuje użyteczność wielu elementów konstrukcyjnych, kształtowanych z zastosowaniem technologii inżynierii powierzchni. W ramach kontroli procesów technologicznych, pomiar grubości warstw jest prowadzony w przypadku wielu produktów wytwarzanych w przemyśle, w którym obowiązują szczególnie wysokie wymagania odnośnie do niezawodności wytwarzanych elementów. Dla skrócenia czasu badań kontrolnych na rożnych etapach produkcji coraz powszechniej stosowane są w tym celu metody pośrednie o charakterze nieniszczącym. Przedmiotem pracy były nowe procedury badania grubości warstw za pomocą metody prądów wirowych. W podstawowej wersji metoda ta ma charakter porównawczy i wymaga kalibracji. W pracy założono, że współczesny rozwój metod symulacji numerycznych pozwala na wykorzystanie charakterystyk wiroprądowych do bezpośredniego wyznaczenia grubości warstw zahartowanych indukcyjnie. Dla opracowania metody bezpośredniego wyznaczania grubości warstw za pomocą prądów wirowych, w pracy połączono podejście eksperymentalne z symulacją numeryczną, bazującą na metodzie elementów skończonych. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów oraz obliczeń numerycznych za pomocą programu ANSYS, opracowana została metoda wyznaczania grubości warstw w elementach o złożonych kształtach do przekładni silników lotniczych. Opracowane w pracy modele zostały zweryfikowane na podstawie pomiarów grubości warstw na specjalnie przygotowanych wzorcach. Przeprowadzone pomiary pozwoliły na stworzenie bazy charakterystyk wiroprądowych dla zastosowań przemysłowych. Uzyskane wyniki pozwalają także na prowadzenie analiz wykresów zmian impedancji w zależności od zmiennych para- metrów sond pomiarowych oraz dla rożnych właściwości warstw i podłoża.

EN

Thickness of the surface layer is the one of key parameters, which deter- mines properties of the elements subjected to surface treatment. As such, his parameter is very often controlled in the manufacturing processes of safety critical parts in aerospace industry. In order to reduce the cost of quality inspections the non-destructive testing (NDT) is nowadays frequently applied for measurements of the thickness of surface layers. The thesis concerns applications of the Eddy Current (EC) for measurements of the thickness of the layers. The basic version of EC technique re- quires calibration, which is time consuming especially for the part of complex geometry. It has been assumed in this work that modern methods of numerical simulations allow for direct estimation of the layers thickness from the EC impedance measurements. To this end, special Finite Element Models have been developed which simulate eddy currents in materials with surface layers. These models can be used for direct measurements of the thickness of the induction hardening layers in complex shape elements. The numerical models developed in the thesis have been validated by the measurements carried out on specially designed test samples. The results obtained in the study allow for building-up the reference database for experimental measurements. They also provide tools for analyses of the eddy current impedance diagrams collected under variable probe parameters and for different properties of the layers and substrates.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów skończonych; badania nieniszczące; prądy wirowe; warstwy hartowane indukcyjnie

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 5
• Strony: 1331-1338
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szlagowska-Spychalska, J.

autor

Spychalski, M.

autor

Kurzydłowski, K. J.

• Zakład Projektowania Materiałów, Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska,

Bibliografia

• [1] Mester M. L., McIntire P, McMaster R. C.: Electromagnetic Testing. Nondestructive Testing Handbook. American Society of Nondestructive Testing, Second Edition (1986).
• [2] Palanisamy R., Lord W.: Finite Element Modeling of Electromagnetic NDT Phenomena. IEEE Transactions on Magnetics 15 (6) (1979) 1478- 1481.
• [3] Nehl T. W., Demerdash N. A.: Application of finite element eddy current analysis to nondestructive detection of flaws in metallic structures. IEEE Transactions on Magnetics 16 (5) (1980) 1080-1082.
• [4] Burais N., Foggia A., Nicolas A., Sabonnadiere J. C.: Electromagnetic field formulation for eddy current calculations in nondestructive testing system. IEEE Transactions on Magnetics 18 (6) (1982) 1058-1060.
• [5] Lord W.: Applications of numerical field modeling to electromagnetic methods of nondestructive testing. IEEE Transactions on Magnetics 19 (6) (1983) 2437-2442.
• [6] Palanisamy R, Lord W.: Prediction of eddy current probe signal trajectories. IEEE Transactions on Magnetics 16 (5) (1980) 1083-1085.
• [7] Starzyński G.: Warstwa wierzchnia i jej modelowanie. VIII Seminarium Szkoleniowe nt. Nieniszczące badania materiałów, Zakopane (2002).
• [8] Gotom Y., Matsuoka A., Takahashi N.: Measurement of thickness of nickel – layer on steel using electromagnetic method. IEEE Transactions on Magnetics 43 (6) (2007) 2752-2754.
• [9] Shin Y., Lee J., Song M.: Preparation of eddy current impedance plane diagram by finite element modeling. Key Engineering Materials 270-273 (2004) 579-584.
• [10] Dane z katalogu firmy Corus Engineering Steels, UK (2007).
• [11] Dybiec Cz., Nakonieczny A., Włodarczyk S.: Prądy wirowe jedną z metod pomiarów grubości i przewodności elektrycznej warstw przewodzących nakładanych na metale i niemetale. Czasopismo Internetowe Badania Nieniszczące 3 (2005).
• [12] Lewińska-Romicka A.: Pomiary grubości powłok, warstw wierzchnich, taśm i folii metodą prądów wirowych. Czasopismo Internetowe Badania Nieniszczące 2 (2005).
• [13] PN-EN 12084:2004 Badania nieniszczące – Badania metodą prądów wirowych. Zasady ogólne i wytyczne.