BNA

BNA logo
CamScan 500C

Chcesz otrzymać ofertę z zakresu
badań analizy szumów Barkhausena BNA?

Wyślij szybki formularz lub maila na adres ndt@casp.pl lub zadzwoń
pod numer 728 929 353

Jestem zainteresowany (wybierz odpowiednie):


Analiza szumów Barkhausena jest metodą badań nieniszczących polegającą na pomiarze sygnału-szumów wzbudzonego w materiale ferromagnetycznym poprzez pole magnetyczne. Występują dwie główne charakterystyki materiałów mające bezpośredni wpływ na natężenie sygnału szumów Barkhausena: twardość i naprężenie.

Natura szumów Barkhausena została po raz pierwszy opisana w 1919 przez Profesora Heinricha Barkhausena. Jednakże, metoda zyskała rozgłos w zastosowaniach przemysłowych w wczesnych latach 1980 za sprawą Doktorów Seppo i Kirsti Tiitto, założycieli firmy Stresstech. W obecnych czasach jest to rozpoznawalna metoda badań nieniszczących do charakteryzacji materiałów oraz wykrywania wad obróbki cieplnej.

Szumy Barkhausena - Zjawisko

W celu zrozumienia metody BNA, należy najpierw zrozumieć tworzenie szumów Barkhausena. By wytworzyć szumy Barkhausena musi nastąpić namagnetyzowanie próbki przez pole magnetyczne, tak więc metoda ta może być stosowana jedynie do badań materiałów ferromagnetycznych. Materiały ferromagnetyczne składają się z domen magnetycznych oddzielonych od siebie ściankami domen.

W przypadku braku pola magnetycznego, domeny magnetyczne są losowo zorientowane względem siebie co sprawia że całkowita siatka magnetyczna obiektu wynosi zero. Jeśli materiał zostanie poddany działaniu pola magnetycznego, domeny magnetyczne ustawiają się w kierunku pola magnetycznego.

Pod wpływem pola magnetycznego. ścianki domen przemieszczają się w przód i tył ponieważ domena po jednej stronie ścianki się powiększa podczas gdy ta po przeciwnej ulega skurczeniu. Domena której orientacja jest najbliższa polu magnetycznemu zwiększa swoje rozmiary kosztem innych domen mających inną orientację niż przyłożone pole magnetyczne. Gdy natężenie pola magnetycznego jest stale zwiększane, można zaobserwować moment gdy osiągnięte zostaje nasycenie, objawiające się poprzez równoległe ustawienie się wszystkich domen magnetycznych względem pola magnetycznego.

Gdy poziom magnetyzacji ponownie spadnie do zera, domeny magnetyczne starają się powrócić do swojej oryginalnej orientacji.  Jednakże punkty nacisku którymi stają się osady, granice ziarna, wtrącenia, przemieszczenia oraz małe objętości drugo-fazowego materiału spowalniają ruch ścianek domen. Podczas tego ruchu, energia ścianek domen zużywana jest na pokonanie punktów nacisku.  Nagle skoki spowodowane zużyciem energii prowadzą do niespodziewanych zmian w magnetyzacji materiałów. Dzieje się tak mimo że oddziałujące pole magnetyczne zmienia się w sposób spokojny i płynny. Te tak zwane skoki Barkhausena są powodem nieciągłości które można bezpośrednio zaobserwować w pętli histerezy.

Zmiany w magnetyzacji wzbudzają elektryczne impulsy generujące sygnał szumów zwany szumami Barkhausena. Szumy Barkhausena, nieodwracalne skoki ścianek względem punktów nacisku, nazywane są „szumami” ze względu na dźwięk słyszany z głośników podczas oryginalnego eksperymentu.

Szumy Barkhausena - Właściwości

Szumy Barkhausena (BN) zapewniają informacje o powierzchni oraz obszarze najbliższym powierzchni. Sygnał szumów Barkhausena ma szeroki zakres mocy zaczynając od dostosowanej częstotliwości magnetyzacji a kończąc powyżej 2 MHz w większości materiałów ferromagnetycznych. Faktyczna glębokość penetracji sygnału to pomiędzy 0.01 mm oraz 1 mm. Sygnał jest wytłumiany przez efekt tzw. „skóry” spowodowany przez przeciwstawne prądy wirowe wzbudzane przez zmieniające się pole magnetyczne.  Oszacowanie głębokości penetracji sygnału BN może zostać wykonane przy użyciu następującego wzoru:

barkhausen noise equation 1

gdzie δ oznacza głębokość penetracji, μ reprezentuje magnetyczną przepuszczalność, σ oznacza elektryczną przewodność a ƒ symbolizuje częstotliwość zmiennego pola magnetycznego.

Dwie ważne charakterystyki materiału mają wpływ na sygnał szumów Barkhausena.

Jedną jest obecność i rozchodzenie się naprężeń elastycznych które mają wpływ na to jak ustawiają się domeny magnetyczne. To zjawisko właściwości elastycznych wchodzących w interakcję z strukturą domen i właściwościami magnetycznymi materiału zwane jest „interakcją magnetoelastyczną”. Rezultatem tej interakcji jest wpływ naprężeń ściskających na zmniejszenie się natężenia szumów Barkhausena podczas gdy naprężenia rozciągające zwiększają je w materiałach z dodatnią anizotropią magnetyczną (żelazo, większość stali i kobalt). Fakt ten może być wykorzystany przy pomiarze natężenia BN do określenia naprężeń szczątkowych. Pomiar określa również kierunek głównych naprężeń.

Inną ważną charakterystyką materiału która ma wpływ na szumy Barkhausena jest mikrostruktura badanej części. Efekt ten można ogólnie opisać w kategorii twardości: natężenie szumów stale ulega zmniejszeniu w mikrostrukturach charakteryzujących się rosnącą twardością.. W ten sposób, pomiary BN zapewniają informacje o stanie mikrostruktury materiału. Mikrostruktura badanej części bezpośrednio wpływa również na kształt sygnału wyjściowego. Na przykład, twarde materiały magnetyczne mają szersze sygnały BN niż materiały miękkie. Charakterystycznymi wartościami sygnału BN na które mają wpływ mikrostruktura częsci i pole magnetyczne są amplituda, wartości szczytowe oraz kształty szerokości.

Szumy Barkhausena - Pomiar

Pomiar szumów Barkhausena wymaga

  • Głównego analizatora (Rollscan), model zależny od głównego zastosowania
  • Czujnika szumów Barkhausena zaprojektowanego do typu części jaka ma być badana
  • Opcjonalnego stanowiska do obsługi części
  • Oprogramowania do akwizycji danych (ViewScan) oraz do analizy (MicroScan).

Podczas pomiaru, czujnik dokonuje magnetyzacji i demagnetyzacji próbki w cyklach i zbiera wzbudzony sygnał BN przekazując go do głównego analizatora. Rollscan jest źródłem zasilania procesorem sygnału cyfrowego. Oprogramowania ViewScan oraz MicroScan służą do akwizycji danych i raportowania. Stanowiska są budowane pod obsługę konkretnych typów części.

Szumy Barkhausena - Zastosowania

Wiele procesów takich jak obróbka mechaniczna (obracanie, frezowanie, wiercenie, ścieranie), obróbka na zimno (śrutowanie, śrutowanie laserowe, autowzmocnienie), oraz wszelkie formy hartowania powierzchniowego dotyczą jakiejś modyfikacji zarówno naprężeń jak i mikrostruktury i tym samym mogą być od ręki analizowane poprzez szumy Barkhausena. Różne procesy dynamiczne również zawierają zmiany w naprężeniach oraz mikrostrukturze a tym samym również mogą być monitorowane za pomocą metody BNA.

Praktyczne zastosowania metody BNA można ogólnie podzielić na trzy główne kategorie:

  • Ocena naprężeń szczątkowych
  • Ocena poziomu twardości
  • Wykrywanie i badanie wad powierzchniowych
Ocena naprężeń szczątkowych

Szumy Barkhausena odnoszą się do poziomu naprężeń badanej częsci. Szumy Barkhausena mogą służyć do oceny stanu naprężeń materiałów. Naprężenia rozciągające zwiększają amplitudę sygnału BN podczas gdy naprężenia ściskające zmniejszają tą amplitudę.

Procesy obróbki na zimno stosowane do stworzenia złożonych rozkładów ściskających naprężeń szczątkowych na warstwie powierzchni mogą zostać scharakteryzowane przez szumy Barkhausena. Na przykład, BN może zostać użyte do scharakteryzowania i oceny efektywności procesu śrutowania i usprawnienia procesu kontroli jakości śrutowania. Dzięki szumom Barkhausena istnieje możliwość zbadania pokrycia i jednorodności śrutowania.

Pomiar naprężeń szczątkowych za pomocą metody BNA to nie bezpośrednie zastosowanie ponieważ szumy Barkhausena bezpośrednio nie dostarczają rezultatów w postaci wartości MPa służącej do określenia stanu naprężeń. Jednakże, wraz z procesem kalibracji, można tego dokonać, i to w sposób nieniszczący. Ocena naprężeń przy spawaniu to kolejne praktyczne zastosowanie szumów Barkhausena.

Ocena twardości

Szumy Barkhausena może zostać zastosowane do oceny stanu twardości materiałów. Miękkie materiały zwiększają amplitudę sygnału szumów Barkhausena podczas gdy materiały twarde obniżają tą amplitudę.

Metoda BNA pozwala na odróżnianie części twardych i miękkich od siebie na linii produkcyjnej. Taka ocena bez problemu nadąża z prędkością badania do prędkości produkcji większości linii umożliwiając tym samym na kontrolę twardości w czasie rzeczywistym.

Badanie wad powierzchniowych

Wykrywanie nadpaleń ściernych i kontrola procesu ścierania

Nadpalenie ścierne to powszechna nazwa na uszkodzenia termiczne powstałe na powierzchni podczas procesów ściernych. Nadpalenia ścierne powodują lokalne przebarwienie na powierzchni i mogą wpłynąć na twardość warstw powierzchniowych.

Gdy temperatura przekracza przekracza standardowy poziom hartowania ale jest niższa od temperatury austenityzacji (Ac3), następuje powolne ostudzanie w celu uformowania miękkiego materiału zwanego nadhartowanym martenzytem (OTM). Tworzenie OTM znane jest jako nadpalenie ponownego hartowania, przy tym procesie powstaje stan naprężeń rozciągających obniżając tym samym twardość powierzchni.

Gdy temperatura jest powyżej poziomu austenityzacji (Ac3), stosowane jest szybkie studzenie w celu wytworzenia nie hartowanego martenzytu (UTM) na warstwie powierzchniowej obrabianego obiektu. Warstwa UTM jest twardsza, ale podatna na korozję i mikropęknięcia oraz jest bardziej krucha niż rdzeń badanego obiektu, zmienia również integralność powierzchni oraz stan naprężeń powierzchniowych na rozciągające. Wytworzenie twardej warstwy martenzytu (UTM) nazywane jest nadpaleniem ponownego utwardzania które stanowi inną formę nadpalenia ściernego.

Ze względu na taki sam typ wyników metody szumów Barkhausena zarówno dla twardości oraz zmian naprężeń, możliwe jest  wiarygodne wykrywanie różnych form nadpaleń ściernych.

Procesy ścierne mogą być kontrolowane przez monitorowanie stanu części poddawanych procesowi obróbki. Wykrywanie 100 % uszkodzeń ściernych wynikających z zużycia kół, niewłaściwego tempa podawania następnych części, prędkości kół oraz innych parametrów może zostać wiarygodnie wykonywane dzięki analizie szumów Barkhausena.

Wykrywanie 100% nadpaleń ściernych jest najbardziej powszechnym zastosowaniem metody analizy szumów Barkhausena, rozpoznawaną przez wiele organizacji takich jak Departamenty lotnictwa i marynarki Stanów Zjednoczonych i wiele innych.

Wykrywanie wad powierzchniowych poprzez powłokę Cr

Wykrywanie uszkodzeń termicznych związanych z normalnym użytkowaniem, poprzez chromowaną powłokę jest prostą i wiarygodną aplikacją dla metody szumów Barkhausena. Głównym obiektem wykrywania wad powierzchniowych przez chromowaną powłokę są podwozia samolotów. Podczas remontów i renowacji samolotów, zastosowanie metody analizy szumów Barkahusena do wykrywania wad powierzchniowych przez powłoki chromowane pozwala zaoszczędzić przynajmniej tydzień pracy na pojedynczą część dzięki zapobiegnięciu niepotrzebnego usuwania powłoki chromowej na częściach takich jak osie, cylindry i przewody.

PRODUCENCI URZĄDZEŃ I SYSTEMÓW DO BADAŃ BNA

Casp System Sp. z o. o. w zakresie techniki BNA jest dystrybutorem rozwiązań proponowanych przez firmę Stresstech

Stresstech logo

KONTAKT

Nasi Specjaliści z zakresu badań nieniszczących są do Państwa dyspozycji. Zapraszamy do kontaktu.
W razie jakichkolwiek pytań związanych z naszą ofertą prosimy o kontakt: poniedziałek – piątek 7:30 – 15:30

DYSTRYBUCJA – ADAPTACJA – WDROŻENIE – SERWIS
URZĄDZEŃ I SYSTEMÓW NDT NA TERENIE CAŁEGO KRAJU

Wrocław | Bydgoszcz | Toruń | Lublin | Gorzów Wielkopolski | Zielona Góra | Łódź | Kraków | Warszawa | Opole | Rzeszów | Białystok | Gdańsk | Katowice | Kielce | Olsztyn| Poznań | Szczecin i inne

KILKA SŁÓW O CASP SYSTEM SP. Z O.O.

Firma Casp System Sp. z o.o. to uznany dostawca urządzeń i systemów z zakresu automatyki przemysłowej, badań nieniszczących i aparatury badawczej działający na terenie całego kraju.

W ramach firmy prężnie funkcjonują sklepy internetowe Manometry24Czujniki24Przetworniki24Enkodery24Automatyka24, Eh24.pl oraz Dział Badań Nieniszczących z dodatkowymi serwisami WzorceNDT i Aparatury Badawczej. W ciągu kilkunastu lat działalności, zdążyliśmy dopracować naszą ofertę, zdobyć doświadczenie w kontakcie z wymagającym Klientem oraz wyszkolić kadrę Specjalistów, co jest bez wątpienia naszym atutem wśród firm z branży automatyki przemysłowej i badań nieniszczących.

Najwyższa jakość oferowanych sprzętów i specjalistycznej aparatury pomiarowej, gwarantuje zadowolenie klientów oraz przekłada się na liczne wyróżnienia, którymi możemy się poszczycić, a jest to m.in.:

Casp System Dofinansowanie
Wdrożenie systemu klasy B2B automatyzującego procesy biznesowe zachodzące pomiędzy CASP System i Partnerami biznesowymi firmy.
Projekt jest współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego
2002 - 2019 © Copyright Caspsystem www.caspsystem.pl / Polityka prywatności / Zastrzeżenia prawne / Kontakt