Defektoskopie Mikroskopie

1. DefektoskopieMikroskopie Email: mhorakova@pf.jcu.cz Tel: 387 77 3057 MTDII

2. Defektoskopie DEFEKTOSKOPIE = nedestruktivní zkoušky ke zjišťování vad materiálu. Podle fyzikálních principu na: Vizuální Kapilární Magnetoinduktivní Ultrazvukové Prozařovací MTDII

3. Defektoskopie Lze zjišťovat: Kontrola výroby důležitých vysoce namáhaných výrobku (tlakové nádoby, části turbín…) Vytřídění vadných kusů při sériové výrobě (automatizovaná kontrola) Pravidelná kontrola důležitých strojů a zařízení v průběhu jejich životnosti MTDII

4. Vizuální metody Přímé – vady zjišťujeme pečlivou prohlídkou zrakem, příp. lupou (3 až 6x zvětšení) Nepřímé – pomocí endoskopu, k prohlídce nepřístupných povrchu (vady na vnitrním povrchu trubek, velké nádrže, kotle, tlakové nádoby – usazeniny, koroze). Dokonalejší endoskopy spojeny s televizní kamerou – obraz lze pozorovat na obrazovce. MTDII

5. Povrchové vady Povrchovými vadami se rozumí takové, které vycházejí z povrchu materiálu. Nejčastěji to jsou pouhým okem neviditelné trhliny, vzniklé při tepelném zpracování nebo tváření. Kapilární zkoušky Magnetoinduktivní zkoušky MTDII

6. Kapilární zkoušky Založeny na vzlínavosti kapalin do úzkých štěrbin, kapilár. Indikační (zjišťovací) kapalina = barevné nebo fluorescenční PRINCIP: Menší součásti se do indikační kapaliny ponoří, větší se kapalinou potírají nebo polévají. Když kapalina pronikne do trhlin, odstraní se její přebytek z povrchu zkoušeného předmětu otřením nebo omytím. Povrch je také možno osušit, nejčastěji proudem horkého vzduchu. Po očistění a osušení povrchu začne indikační kapalina svou vzlínavostí opět vystupovat z trhlin na povrch předmětu. U větších vad jsou tato místa zřetelná pouhým okem. MTDII

7. povrch předmětu povrch předmětu siločáry siločáry dutina povrch předmětu Magnetoinduktivní metody Pro vady povrchové nebo těsně podpovrchové Využívají změny magnetické vodivosti ve feromagnetických materiálech (vady silně zvyšují magn.odpor a dochází ke zhuštění siločar). K indikaci se používá suchého feromagn. prášku nebo detekční kapaliny, ve které je rozptýlen. Podmínkou je, aby celý předmět byl zmagnetován. MTDII

8. zkoušený předmět magnet Magnetoinduktivní metody Nejjednodušším způsobem aplikace této metody je vložení zkoušeného předmětu mezi póly permanentního magnetu. Oproti zde uvedenému schematickému náčrtu je ovšem nutno konstruovat magnet tak, aby bylo možno vzdálenost pólů uzpůsobovat rozměrům zkoušeného předmětu. Pro zjištění vad s různou orientací je nutno předmět vkládat v několika vhodných polohách. Magnetizace se provádí různými způsoby. Vždy tak, aby tok siločar byl kolmý nebo šikmý vůči směru vady. Úzké trhliny ležící ve směru toku siločar jejich vychýlení nezpůsobí. MTDII

9. trhlina siločáry zkoušený předmět transformátor Magnetoinduktivní metody http://www.def-liberec.cz/nedestruktivni-zkouseni/magneticka-kontrola-mt U předmětů rotačních tvarů se používá také kruhová (cirkulární, příčná) magnetizace, při které je zkoušený předmět zapojen přímo do elektrického obvodu jako jeho součást. Kruhové magnetické siločáry leží v rovinách kolmých na osu předmětu. V místě podélné trhliny nebo trhliny šikmo položené vůči ose předmětu kruhové siločáry vystoupí nad povrch předmětu. Trhliny ležící v rovinách kolmých na osu předmětu není možno touto metodou zjistit. MTDII

10. Zjišťování vnitřních vad Nejčastějšími způsoby zjišťování vnitřních vad materiálu je prozařování elektromagnetickým vlněním s velmi krátkými vlnovými délkami a průchod ultrazvukového vlnění. Zkoušky prozařováním Zkoušky ultrazvukem MTDII

11. Zkouškyprozařováním Intenzita záření se při průchodu materiálem zeslabuje v závislosti na hustotě materiálu - materiály s vyšší hustotou záření zeslabují více než materiály s hustotou menší. Intenzita záření, které prošlo zkoušeným materiálem, se zjišťuje vizuálně na fluorescenčním štítu nebo fotochemicky, to jest působením záření na citlivou vrstvu fotografického filmu (existují i složitější způsoby zjišťování intenzity procházejícího záření). Založeno na rozdílné průchodnosti elektromagnetického záření s velmi malou vlnovou délkou (10-9 až 10-12 m) = Rentgnenova záření a záření gama, materiály různé hustoty. ZDROJE ZÁŘENÍ: rentgenova záření je zvláštní elektronka (rentgenka) nebo kruhový urychlovač – betatron. Záření gama jsou přirozené radioaktivní prvky (radium, radon) nebo umělé radioaktivní zářiče, radioizotopy (kobalt Co 60, cesium Cs 137, iridium Ir 192, thulium Tm 170). MTDII

12. zdroj záření zkoušený předmět vada film kazeta Zkouškyprozařováním Čím menší je vlnová délka záření, tím snáze prochází záření materiálem. Pozn. prozařováním není možno zjišťovat vady, jejichž rozměr ve směru průchodu záření je malý – rozdíl ztmavnutí citlivé vrstvy filmu pod vadou a mimo ni je nezjistitelný. Vada bývá rozeznatelná, jestliže její rozměr ve směru průchodu záření činí alespoň 3 %, v nejpříznivějších případech 1 %, celkové tloušťky zkoušeného předmětu. Princip zkoušky s použitím fotografického záznamu (radiogramu): Jestliže hustota látky tvořící vadu materiálu je menší než hustota vlastního zkoušeného materiálu, budou paprsky procházející vadou méně zeslabeny než paprsky procházející jejím okolím. To se projeví tmavším obrazem vady na citlivé vrstvě filmu. Rozdíl ztmavnutí filmu pod vadou a mimo ni ukazuje na rozměr vady ve směru průchodu záření. MTDII

13. Zkoušky ultrazvukem Ultrazvuk = akustické vlnění s frekvencí vyšší než je kmitočet slyšitelný lidským uchem, to jest nad 20 kHz. V defektoskopii se však užívá ultrazvukového vlnění o kmitočtu od 1 do 15 MHz. Zkouška je založena na skutečnosti, že ultrazvukové vlnění se při dopadu na rozhraní dvou látek zčásti odráží, zčásti lomí a zčásti rozhraním prochází. Poměr těchto složek závisí na druhu stýkajících se látek. Čím více se liší jejich hustoty, tím větší část vlnění se odráží. MTDII

14. Zkoušky ultrazvukem Zdrojem ultrazvukového vlnění je zpravidla destička zhotovená z piezoelektrického krystalu. Při zapojení do elektrického obvodu se destička rozkmitá jeho kmitočtem a předává (vysílá) vlnění do okolního prostředí. Naopak při dopadu ultrazvukových vln na piezoelektrickou destičku vzniká na jejích stěnách střídavé napětí. Proto mohou destičky sloužit jako vysílač i jako přijímač vlnění. METODY: Odrazová Průchodová MTDII

15. koncové echo poruchové echo základní echo impuls ze sítě 50 Hz oscilograf zesilovač generátor přijímač vysílač zkoušený předmět vada Zkoušky ultrazvukem Je-li v cestě vlnění vada (dutina, částice strusky, trhlina a pod.), dojde na jejím povrchu k  odrazu části vlnového svazku k přijímači. Tím vznikne na stínítku osciloskopu mezi základním echem a koncovým echem další vý­kmit, tak zvané poruchové echo. Podle vzdálenosti poruchového echa od echa základního je možno posoudit hloubku, ve které se vada nachází. Princip odrazové metody prováděné přístrojem se dvěma sondami. Generátor kmitání vyšle krátký impuls do vysílače. Současně je impuls vyslán přes zesilovač do osciloskopu, na jehož stínítku se objeví výkmit – tak zvané základní echo. Z vysílače vystoupí svazek ultrazvukového vlnění do vnějšího prostředí. Není-li v cestě vlnění žádná vada, projdou vlny celou tloušťkou materiálu, od rozhraní kovu a vzduchu na spodní straně předmětu se odrazí a projdou kovem do přijímací sondy. Dopadem vlnění na piezoelektrickou destičku vznikne střídavý proud, který po zesílení vytvoří na stínítku výkmit nazývaný koncové echo. MTDII

16. vysílač přijímač od generátoru k zesilovači sonda zkoušený předmět vada Zkoušky ultrazvukem Obdobou popsaného způsobu je odrazová metoda s užitím jedné sondy, která střídavě funguje jako vysílač a jako přijímač. Při průchodové metodě jsou obě sondy umístěny na opačných stranách zkoušeného předmětu. Intenzita ultrazvukového toku, který prochází materiálem, může být na straně přijímače měřena ručičkovým indikátorem MTDII

17. Zkoušky ultrazvukem Z principu zkoušky ultrazvukem je zřejmé, že jsou takto zjistitelné všechny vady, které přetínají svazek ultrazvukových vln. Protože ultrazvuk je materiálem jen málo tlumen, je jím možno kontrolovat i předměty o velké tloušťce (u oceli asi do 5 m). Odrazovou metodu je možno použít i tam, kde je přístupný pouze jeden povrch zkoušeného předmětu. Zařízení je poměrně malé, a proto je přenosné. Zkouška není vhodná pro hrubozrné heterogenní struktury kovů. Například v odlitcích ze šedé litiny s hrubšími částicemi grafitu pronikne ultrazvuk jen do hloubky několika desítek milimetrů. Nevýhodou této zkoušky je skutečnost, že neexistuje záznam jejího výsledku, jakým je u zkoušek prozařováním radiogram. MTDII

18. Mikroskopie OPTICKÁ MIKROSKOPIE: slouží zejména k získání poznatků o druhu a povaze mikrostruktury, tzn. o velikosti a tvaru zrn, druhu fází a strukturních součástí, způsobu jejich vyloučení... ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE: umožňuje také zkoumání submikrostruktury, tzn. počáteční stádium vzniku fází, hustota a rozložení poruch krystalové mřížky... Obě metody se využívají rovněž k posouzení vzhledu lomových ploch vzorků nebo výrobků (fraktografie), vad materiálu. MTDII

19. Hookův mikroskop cca 1678 Optická mikroskopie • 1590-1610 otec a syn Janssenové, první mikroskop • 1847 průmyslová výroba mikroskopů firmou Zeiss • 1911 C. Reichert, fluorescenční mikroskop s UV excit. • 1932 F. Zernick, fázový kontrast • 1955 Nomarski, diferenciální interferenční kontrast • 1968 rastrovací tandemový konfokální mikroskop • 1978 laserový konfokální rastrovací mikroskop MTDII

20. Optická mikroskopie • METALOGRAFICKÝ MIKROSKOP: • je založen na pozorování v odraženém světle: světlo vysílané zdrojem (1) se odráží od planparalelního skla, prochází objektivem a dopadá na vzorek. Plošky kolmé k optické ose, na niž se světelné paprsky odrážejí zpět do objektivu, jeví se světlé, prohlubně a rýhy, které odrážejí světlo mimo objektiv, jsou tmavé → pozorování ve světlém poli (používá se nejčastěji) • můžeme pozorovat pouze povrch vzorků • užitečné zvětšení až 1 500 : 1 (dalším zvětšováním se ve struktuře neobjeví nové detaily = prázdné zvětšení) MTDII

21. Okuláry Objektivy Stolek Hlavní vypínač Kondenzor Regulace osvětlení Křížový posun Makro a mikrošroub Zdroj světla

22. Optická mikroskopie Hlavníčásti: zdroj světla, objektiv, okulár Požadavky na zdroj: měl by být bodový, monochromaticky, dostatečně intenzivní. • Žárovky – nízkovoltové – používají se pro vizuální pozorování • Výbojka – větší intenzita záření než žárovka - používají se pro fotografování • Obloukové lampy Objektiv: • čočkový objektiv - je tvořen soustavou čoček • zobrazování je založeno na lomu světelného paprsku • reflexní objektiv (zrcadlový) - zobrazování je založeno na jeho odrazu Okulár: je soustava optických čoček, kterými pozorujeme obraz vytvořený objektivem. Druhý stupeň zvětšení metalografického mikroskopu, zvětšuje obraz vytvořený objektivem až na hodnotu rozlišovací schopnosti lidského oka MTDII

23. Elektronová mikroskopie Při interakci elektronového paprsku s materiálem dochází k mnoha fyzikálním jevům – odrazu, rozptylu, absorpci, transmisi. MTDII

24. Elektronová mikroskopie TEM – Transmisní elektronová mikroskopie Svazek elektronů urychlený v potenciálovém poli mezi katodou a anodou prochází kondenzorem, pozorovaným vzorkem, objektivem a projektorem, konečný obraz se pozoruje na fluorescenčním stínítku nebo se zachytí na fotografickou desku. REM - Řádkovací (rastrovací) elektronová mikroskopie  Svazek primárních elektronů prochází elektronovou optickou soustavou a cívkami řádkovacího systému je vychylován tak, že řádek po řádku přejíždí vymezenou plochou povrchu vzorku. V každém bodě povrchu dochází k zmíněným fyzikálním jevům. Z detektoru se zachycený signál přenáší na pozorovací obrazovku. MTDII

25. Elektronová mikroskopie • zdroj elektronů (elektronové dělo) • elektromagnetické čočky • preparátový stolek (držák, goniometr) • vakuový systém • (vychylovací cívky u REM) MTDII

26. OBRAZ VZNIKÁ BOD PO BODU, RASTROVÁNÍM POVRCHU Tvorba obrazu v REM

27. Na obr. příklad TiO2 vrstev dopovaných nanokrystalickýmAg. Elektronová mikroskopie Rastrovací (skenovací) elektronová mikroskopie Transmisní elektronová mikroskopie

28. Použitá literatura Defektoskopie – Podklady Ing. J. Hladký elektronová mikroskopie – [1] http://www.isibrno.cz/lem/jeol.html [2]http://apfyz.upol.cz/ucebnice/down/elmikro.pdf optická mikroskopie – [3]http://web.natur.cuni.cz/~parazit/parpages/mikroskopickatechnika/svetelnamikroskopie.htm

29. Děkuji za pozornost MTDII