ECHIPAMENTE SI TEHNOLOGII INOVATIVE DE PROCESARE A PIESELOR OBTINUTE PRIN TURNARE

Transcript

1 Investeşte în oameni! GUVERNUL ROMÂNIEI MINISTERUL MUNCII, FAMILIEI ŞI PROTECŢIEI SOCIALE O.I.P.O.S.D.R.U. NORDVEST Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane Axa prioritară: 3 Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor Domeniul major de intervenţie: 3.2 Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii Titlul proiectului: Pregătire, instruire, educare în vederea asimilării de procese tehnologice inovative, îmbunătăţirea practicilor manageriale şi a protecţiei mediului în sectoare calde Cod Contract: POSDRU/81/3.2/S/55652 Beneficiar: Universitatea Tehnică din ClujNapoca Curs de formare profesionala ECHIPAMENTE SI TEHNOLOGII INOVATIVE DE PROCESARE A PIESELOR OBTINUTE PRIN TURNARE (Disciplina 5 ECHIPAMENTE SI TEHNICI DE CONTROL AL CALITATII PIESELOR TURNATE) Dr.Ing. Carmen Dumitru P3SC INTEC SA CSIIIng.Niculina Costache P3SC INTEC SA CSIIIIng.Norvegia AvramescuP3SC INTEC SA AS Ing.Nicolae DumitruP3SC INTEC SA Ing.Simona PetreP3SC INTEC SA

2 CUPRINS 5.1 Clasificarea si terminologia defectelor pieselor turnate Prevenirea defectelor pieselor turnate Echipamente si tehnici de inspectare si testare utilizate in scopul 16 calitatii pieselor turnate (particule magnetice, radiatii gama si radiatii X, lichide penetrante, ultrasonic, electromagnetice si curenti eddy) Aspecte generale Asigurarea calitatii produselor Diferite metode de control Metode de determinare a compozitiei si structurii materialelor Analiza spectrală Metode electrochimice de analiză Metalografia Metode de analiza pe flux a parametrilor specifici elaborarii si 63 turnarii aliajelor Bibliografie 78 2

3 5.1 Clasificarea si terminologia defectelor pieselor turnate Defectele pieselor turnate sunt consecinte fie ale unei cauze unice, fie ale unor actiuni reciproce de cauze foarte complexe, fiecare din acestea fiind, la randul lor, functie de un mare numar de variabile specifice; doua defecte cu un aspect exterior cu totul deosebit pot avea una sau mai multe cauze comune. Din aceste cauze, prezentam o clasificare morfologica si nu o clasificare bazata pe cauzele defectelor. In tabelul 1 este prezentata clasificarea si simbolizarea defectelor pieselor turnate, cu indicarea pe scurt a cauzelor care le genereaza. Obtinerea unor piese turnate de calitate superioara, cu defecte minime, este conditionata de intocmirea unei tehnologii de fabricatie cat mai corecta, insotita de cea mai severa disciplina tehnologica. Tehnologia de fabricatie nu constituie un sistem unic si limitat; ea se perfectioneaza continuu in cursul desfasurarii procesului de productie, cu tendinta permanenta de a obtine produse de calitate optima Prevenirea defectelor pieselor turnate Un acelasi tip de defect poate fi generat de mai multi factori, dupa cum un singur factor, denumit factor de productie, poate genera o serie intreaga de defecte. Din aceasta cauza prevenirea defectelor pieselor turnate trebuie sa fie o actiune organizatorica pe plan general si in principiu consta in a asigura: proiectarea corecta a tehnologiei pieselor turnate; pregatirea corecta a tehnologiei procesului de fabricatie; o disciplina tehnologica severa; controlul interoperatii; analiza metodica a defectelor pieselor turnate. De asemenea, este necesar sa se tina seama si de starea utilajului de productie si a dispozitivelor de formare (modele, placi de model, cutii de miez etc.), care trebuie sa asigure o desfasurare corecta a procesului de fabricatie. Stabilitatea proceselor elementare ale complexului de fabricatie se asigura prin crearea unei documentatii ample, constituite din fise si instructiuni tehnologice, precum si din norme tehnice de lucru. Denumirea defectului Umplere incompleta Simbolul Schita defectului Tabelul 1 Clasificarea defectelor pieselor turnate Descrierea Cauzele defectului defectului DT11 Configuratie incompleta a piesei turnate ca urmare a umplerii partiale cu metal a cavitatii formei Fluiditate scazuta a metalului lichid la turnare; Cantitate insuficienta de metal in oala de turnare; Scurgerea materialului din cavitatea formei in timpul turnarii; Constructia gresita a piesei sau a retelei de turnare; Presiunea metalostatica insuficienta in reteaua de turnare; 3

4 Tabelul 1 (continuare) Deplasarea unei parti a piesei turnate in raport cu cealalta parte a ei (fete in scara) Dezaxa re DT12 Inchiderea defectuoasa a cutiei de miez sau lipirea gresita a jumatatilor de miez; Jocuri prea mari intre marci; Inchiderea formelor cu ghidaje cu jocuri prea mari; Deplasarea semiformelor in timpul turnarii; Suprapunerea incorecta a partilor de model; Bavura Umflat ura Deform are Deterio rarea mecani ca DT13 DT14 DT15 DT16 Surplusul de metal in forma de lama, cu contur si marime variabila, care sa format in dreptul planului de separatie a formei sau dealungul marcilor miezurilor. Ingrosare locala pe piesa turnata, rezultata din cedarea formei sub presiunea metalostatica sau spalarea peretilor formei de catre metalul turnat. Modificarea configuratiei piesei turnate in timpul solidificarii, sub influenta tensiunilor din piesa turnata, din cauza rigiditatii necorespunzatoare a formei, a modelului de format, a unor eforturi mecanice, a tratamentului termic etc. Defect de configuratie sau de dimensiuni al piesei turnate, aparut in timpul dezbaterii, detasarii retelei de turnare, curatirii, redresarii sau transportului. Contact insuficient intre rame in planul de separatie; Joc prea mare intre marci; Ridicarea formei in timpul turnarii; Presarea exagerata a marginilor cavitatii formei; Rezistenta mecanica insuficienta a amestecurilor de formare folosite; Amestec preparat neomogen si insuficient indesat; Presiune metalostatica mare a metalului lichid in forma; Reteaua de turnare gresit conceputa si amplasata; Tensiuni termice mari in piese cu pereti diferiti care nu duc la crapaturi; Peretii formei insuficient de indesati; miezuri lungi, nesprijinite pe suporti; Asezarea gresita a pieselor in cuptoarele de tratament termic; Solicitari mecanice exagerate la curatire; Model deformat; Detasarea incorecta a maselotei sau retelei de turnare; Dezbaterea manuala brutala a pieselor turnate; Ruperea din corpul piesei a unei portiuni datorita unui tratament termic violent (calire); 4

5 Tabelul 1 (continuare) Abatere dimensionala a piesei turnate fata de cotele desenului de DT17 turnare; Dimensiuni necorespunz atoare Aderenta (chimica, mecanica sau chimicomecanica) Repriza Crusta Excrescenta DT21 DT22 DT23 DT24 b cota din desen v cota piesei Suprafata rugoasa grosolana a piesei turnate ca urmare a patrunderii metalului sau a oxizilor metalici intre grauntii materialului de formare, cu care pot reactiona dand compusi chimici. Rost superficial sau strapuns in corpul piesei turnate, cu marginile rotunjite provocat de nesudarea a doi curenti de metal care se intalnesc in cavitatea formei. Placa metalica pe peretii piesei turnate, despartita total sau partial de suprafata piesei turnate printrun strat de amestec de formare. Sub crusta piesa nu prezinta de obicei alte defecte. Proeminenta de dimensiuni diferite pe suprafata piesei turnate, formata din metal cu intercalatii sau incluziuni de material de formare provenite din distrugerea locala a formei. Executia gresita a modelului sau a cutiei de miez; Coeficient de contractie necorespunzator ales; Tehnologia gresita de extragere a modelului din forma; Uzura mare a modelelor sau a cutiei de miez; Refractaritate scazuta a amestecului de formare sau temperatura de turnare ridicata; Reactie chimica intre oxizii de fier si mangan cu silicea; Granulatia grosolana a amestecului de formare in raport cu fluiditatea metalului ce se toarna; Temperatura de turnare a metalului prea joasa; Fluiditate insuficienta a metalului; Subdimensionarea retelei de turnare; Turnarea intrerupta a metalului in forma; Incalzire locala, rapida si superficiala a amestecului de formare in timpul turnarii; Indesare prea puternica si mai ales neuniforma a amestecului de formare; Permeabilitate insuficienta a amestecului indesat in forma; Dilatarea mare a componetei granulare; Indesarea formei sau miezului necorespunzatoare; Plasarea gresita a atacului alimentatorului; 5

6 Tabelul 1 (continuare) Creasta Surplus de metal sub Uscare prea brusca a formei si DT25 forma de nervura (placa) mai mult sau mai putin proeminenta, cu suprafete neregulate pe suprafata piesei turnate, ca urmare a patrunderii metalului in fisurile formei sau miezurilor. miezurilor; Extragerea incorecta a modelului din forma sau a miezului din cutia de miez; Picatura Arsura Adancitur a, urma de lovitura, deteriorare Carie Rugozitate necorespu nzatoare DT26 DT27 DT28 DT291 DT292 Proeminenta in forma de picatura pe suprafata pieselor turnate. In cazul aliajelor staniuplumb, este cauzata de licutia unor componenti in timpul solidificarii. Strat de metal oxidat pe suprafata piesei turnate, mai mult sau mai putin aderent, rezultat in timpul tratamentului termic. Deteriorarea suprafetei piesei turnate in timpul operatiilor mecanice, (ex. la dezbaterea din forma), indepartarea maselotelor si a retelei de turnare, la transport etc. Se intalneste de obicei la piesele din aliaje moi, a caror calitate a suprafetei este precizata in conditiile tehnice. Canal vermicular cu margini neregulate, umplut uneori cu nisip plasat pe peretii piesei turnate. Suprafata zgrunturoasa a piesei turnate. Producerea licutiei in cazul turnarii metalelor neferoase; Turnarea neingrijita; Degazare insuficienta a aliajelor neferoase; Incalzire la temperaturi ridicate, timp indelungat si in atmosfera oxidanta; Defect caracteristic otelului si fontelor maleabile, daca acestea sunt tratate in cuptoare fara atmosfera controlata; Dezbatere necorespunzatoare (izbire cu barosul in piesele calde sau cu pereti subtiri); Curatirea de nisip prin izbire cu barosul atat pentru indepartarea nisipului de formare cat si a miezurilor; Generare locala a unei cantitati mari de gaze care neputand trece prin masa de amestec de formare, isi face drum printre peretii formei si ai piesei turnate in curs de solidificare; Granulatie prea mare a nisipului sau fluiditate prea ridicata a metalului turnat; Presiune metalostatica foarte mare; Indesare insuficienta a formei; 6

7 Tabelul 1 (continuare) Cuta Adancituri sub forma Dilatare necorespunzatoare a DT293 de val (santulet) localizate pe suprafata piesei turnate. suprafetei formei. Se denumesc si cozi de sobolan; Fagure Crapatura la cald Crapatura la rece DT294 DT31 DT32 Adancituri concentrate pe suprafata piesei turnate, de forme mai mult sau mai putin regulate cu contururi poligonale. Discontinuitate intercristalina in peretii piesei turnate, aparuta la temperaturi ridicate. Crapatura are o forma neregulata, cu margini zdrentuite si suprafete oxidate. Uneori cristalele dendritice sunt bine dezvoltate. Aici se clasifica si crapaturile aparute la tratament termic. Discontinuitate intercristalina in peretii piesei turnate, aparuta la temperaturi joase. Crapatura are o forma regulata si margini continue, taioase. Suprafete neoxidate prezentand uneori o slaba coloratie de revenire. Din acestea fac parte si crapaturile aparute la taierea oxiacetilenica a retelelor de turnare, maselotelor etc., la piesele turnate din otel nealiat. Gaze dezvoltate de aliaje supraincalzite si supraoxidate, in special la otelul manganos austenitic; Reteaua de turnare necorespunzatoare; Franarea mecanica a contractiei, uneori combinata cu franarea termica. Contractia metalului, fluiditatea, cristalizarea primara, retasurile influenteaza forma crapaturilor la cald. De asemenea, temperatura si viteza de turnare a metalului, dimensiunile si pozitia retelei de turnare si lipsa de compresibilitate a formei; Tratament termic necorespunzator; Tensiuni termice mari datorita diferentei de grosime a peretilor combinate adesea cu tensiuni de contractie; Socuri sau solicitari mecanice mari aplicate pieselor turnate in procesul de curatire, inainte de detensionare; 7

8 Tabelul 1 (continuare) Suflura Gol deschis (suflura Includere de hidrogen in metalul DT41 exterioara) sau inchis (suflura interioara) in corpul piesei turnate, care in majoritatea cazurilor are forma rotunjita (sferica sau alungita) si suprafete netede, curate de culoare argintie; rareori sunt oxidate sau prezinta culori de revenire. Apar izolat sau in grup. lichid in timpul topirii; Dezoxidare insuficienta a metalelor in timpul elaborarii; Antrenarea aerului la turnare datorita retelei de alimentare incorecte; Umiditate exagerata a amestecurilor de formare crude sau reparatii incorecte; Carbonati in amestecurile de formare; Suporti de miez murdari. Sita (sulfuri aciculare) Retasura Microretas ura si porozitate DT42 DT43 DT44 DT45 Goluri mici alungite cu suprafata neteda orientate perpendicular pe suprafata piesei si amplasate la o adancime de 23mm sub aceasta. Dupa tratamentul termic al piesei, aceste goluri sunt descoperite, luand aspectul unei site. Gol deschis sau inchis in corpul piesei turnate cu suprafata rugoasa sau macrocristalina, de obicei oxidata, care se formeaza in piesa turnata sub influenta contractiei in timpul solidificarii. Uneori retasura apare ca o adancitura pe suprafata piesei turnate (retasura exterioara). Acumularea locala de goluri mici, uneori microscopice, concentrate sub forma de zone afanate in corpul piesei. Folosirea repetata a deseurilor proprii, imbogatite in hidrogen; Incarcaturi umede in cuptoare; Elaborarea incorecta a metalului; Pregatirea incorecta a jgheabului si oalelor de turnare; Uscarea insuficienta a formelor si miezurilor sau umiditatea exagerata a formelor crude; Contractia mare a aliajului in perioada de solidificare; Temperatura ridicata la turnarea metalului; Constructie necorespunzatoare a piesei; Maselotaj incorect aplicat si retele de turnare gresit dimensionate si aplicate. Solidificarea simultana provoaca de obicei microretasuri in nodurile termice; Aliaje cu interval mare de solidificare; Temperatura inalta de turnare; 8

9 Tabelul 1 (continuare) Goluri punctiforme Insuficienta rafinare a aliajelor in DT46 mici repartizate timpul elaborarii; neregulat in peretii Folosirea de blocuri de aluminiu cu piesei turnate; sunt suprafata oxidata; caracteristice aliajelor de aluminiu Microsufl ura Incluziune de zgura Incluziune de amestec de formare Incluziune nemetalica Picatura rece Incluziune metalica Licutia Necorespo ndenta marimii grauntelui DT51 DT52 DT53 DT54 DT55 DT61 DT62 Gol deschis sau inchis in corpul piesei turnate umplut total sau partial cu zgura Gol deschis sau inchis, umplut total sau partial cu material de formare, material ceramic, grafit, etc. Particula nemetalica microscopica, inclusa in corpul piesei turnate, formata in timpul elaborarii sau turnarii metalului Strop de metal de forma rotunjita, amplasat de obicei intro suflura deschisa sau inchisa. Particula metalica straina inclusa in corpul piesei turnate, care se deosebeste bine de metalul piesei Separarea a doi componenti de compozitie diferita datorita neamestecarii totale sau partiale a acestora, din care cauza se depun in doua straturi. Abateri fata de marimea grauntelui, prescrisa de standarde sau conditii tehnice, referitor la structura piesei turnate. Neindepartarea corecta a zgurei din oalele cu turnarea prin cioc; Detasarea de material refractar din captusala oalei; Retea de turnare incorecta; Cavitatea formei necuratata de impuritati dupa asamblarea miezurilor; Metoda de turnare incorecta; Conducerea incorecta a procesului de elaborare; Turnarea neingrijita; Solidificarea intarziata a eutecticului fosforos din restul topiturii presata (impinsa) intro suflura. Executarea neglijenta a operatiei de formare; Amplasarea excentrica a armaturilor miezurilor (armaturi iesite din miez); Temperatura scazuta de turnare si solidificare lenta; Elaborare necorespunzatoare a metalului; Elaborarea si turnarea incorecta a aliajelor; Tratament termic necorespunzator; 9

10 Zona dura Prezenta pe suprafata DT63 sau pe peretii piesei turnate a unor zone continand constituenti metalografici mai duri decat cei care formeaza metalul de baza, din care cauza nu se poate prelucra usor prin aschiere, de ex. la fonta cenusie, existenta cementitei libere (albire). Segregatie Neconcor danta structurii Strat decarburat Neconcor danta compoziti ei chimice Neconcor danta proprietati lor mecanice Neconcor danta proprietati DT64 DT65 DT66 DT71 DT72 DT73 Acumulare in interiorul piesei turnate a elementelor separate sau combinatiilor chimice in urma cristalizarii selective in timpul solidificarii. Abaterea cantitatii, marimii si formei constituentilor structurali de la prevederile standardelor, normelor sau ale conditiilor tehnice. Decarburarea superficiala a piesei turnate pe o adancime variabila. Abateri la compozitia chimica a piesei turnate fata de prevederile standardelor, normelor sau conditiilor tehnice. Abateri la proprietatile mecanice ale piesei turnate fata de prevederile standardelor, normelor sau conditiilor tehnice. Abateri la proprietatile fizice ale piesei turnate fata de prevederile Tabelul 1 (continuare) Segragatie inversa; Racitori gresit aplicati; Modificatori folositi in cantitati necorespunzatoare; Viteza prea mare de racire in raport cu compozitia chimica ( la fonte); Neuniformitatea peretilor piesei turnate; Continutul mare de elemente cu tendinta de segregatie (P, S si C la aliaje feroase si Mn la aliaje de aluminiu; Conducerea gresita a procesului de elaborare turnare; Compozitie chimica a aliajului necorespunzatoare; Elaborarea metalului incorecta; Conditii de cristalizare a metalului in forma necorespunzatoare; Tratament termic gresit aplicat; Reactia chimica intre materialul formei si metalul turnat; Conducerea gresita a procesului de elaborare a sarjei; Dozarea gresita a incarcaturii; Patrunderea de elemente straine in sarja; Nerespectarea compozitiei chimice a aliajului; Elaborarea gresita a sarjei; Solidificarea necorespunzatoare a metalului in forma; Tratament termic gresit aplicat; Modificarea incorecta a aliajului; Nerespectarea compozitiei chimice a aliajului; Elaborarea gresita a sarjei; 10

11 lor fizice standardelor, normelor sau conditiilor tehnice. Solidificarea necorespunzatoare a metalului in forma; Tratament termic gresit aplicat; Modificarea incorecta a aliajului; Remedierea defectelor pieselor turnate Din punct de vedere al efectului pe carel au asupra pieselor turnate, defectele acestora se pot imparti in patru grupe principale indicate in tabelul 2 in care sunt date de asemenea si metodele generale de remediere. Tabelul 2 Metode de remediere Nr. Denumirea Metode de crt. defectului remediere I. Defecte Vopsire, chituire, superficiale metalizare si sudare II. Defecte de Stemuire, neetanseitate impregnare, aplicare de dopuri si sudura III. IV. Defecte importante Defecte de structura Sudare, incarcare prin supraturnare, aplicare de dopuri si si bucse, metalizare Tratament termic Tabelul 3 Compozitii de chit Continut, Componenti ( %) de greutate Ardezie macinata Argila macinata Borax Clorura de amoniu Ceara Sticla solubila Grafit Aschii de otel pisate Aschii de fonta pisate Peroxid de mangan Clorura de sodiu Sulf Acid acetic Ciment Apa , , Defectele superficiale, care au importanta numai din punct de vedere al aspectului, se remediaza de cele mai multe ori prin chituire urmata de vopsire. In tabelul 3 sunt indicate o serie de retete pentru chituri. Prima reteta se foloseste pentru piese din fonta cenusie, a doua si a treia pentru piese care lucreaza la temperaturi inalte, iar a patra si a cincea pentru piese care se supun unui control de suprafata. Metalizarea se aplica in cazul remedierii defectelor acelor piese care in timpul functionarii nu sunt solicitate la sarcini mecanice mari. Se admite repararea prin metalizare a gaurilor care in sectiunea transversala au d 12mm si o adancime h = 0,5...0,7 d, distanta defectului de la margine trebuie sa fie de cel putin 2,5mm. Metalizarea pieselor din fonta si otel se face cu sarma de otel avand diametrul de 1.0 1,5mm, iar a metalelor neferoase, cu sarma de zinc de orice calitate; uneori zincul se foloseste si la metalizarea pieselor din fonta. Impregnarea se foloseste pentru remedierea defectului de rarefiere (microretasuri), constatat cu ocazia incercarii pieselor la presiune hidraulica sau pneumatica). procedeul consta in refularea in piesele turnate a unor substante care se intaresc in zonele de rarefiere a metalului, etansand piesa. La piesele turnate din metale feroase care au un grad de rarefiere redus este suficienta o simpla impregnare cu apa, care ramane in porii piesei timp de cateva ore. 11

12 In cazul microretasurilor mai pronuntate se utilizeaza impregnarea cu o solutie apoasa de 10% sticla solubila sau cu o solutie apoasa de 45% clorura de amoniu. Impregnarea pieselor din fonta se face de cele mai multe ori prin refularea in peretii piesei, la 2 4 at, a unei solutii apoase de clorura feroasa, azotat de sodiu si miniu de fier. Piesele turnate din bronz, alama si aluminiu incalzite in prealabil la C, timp de 2h, se remediaza prin impregnare cu lac de bachelita. Prin evaporarea alcoolului, in porii piesei ramane bachelita faza C; dupa impregnare piesele sunt din nou incalzite pana la C timp de 4 ore, dupa care se racesc lent. Sudarea reprezinta principala metoda de remediere a majoritatii defectelor pieselor turnate. Pentru ca operatia de sudare sa se efectueze corect, trebuie ca zona de reparat sa fie supusa in prealabil unei operatii de pregatire, care consta in curatirea de nisip, de zgura si de alte incluziuni, prin daltuire, pana cand metalul de baza ramane curat si sanatos. In figura 14 sunt aratate procedeele de pregatire a locului de sudat cu scopul de a se obtine o sudura sanatoasa. Fig. 1. Pregatirea locului de sudat: a sulfura; b locul gresit pregatit; c locul corect pregatit; 1 metal indepartat cu dalta Fig. 2. Pregatirea locului de sudat in cazul crapaturilor: a piese cu peretele <20mm; bpiese cu peretele > 20mm; c in peretele piesei exista o fereastra Fig. 3. Pregatirea pentru sudare a unei zone cu sufluri: 1 sufluri; 2 metal ce trebuie indepartat; 3 piesa Fig. 4. Prevenirea intinderii crapaturii in timpul sudarii: 1 crapatura; 2 gauri de limitare Sudarea pieselor din fonta. Remedierea defectelor pieselor turnate din fonta cenusie se poate face fie prin sudare la cald, fie prin sudare la rece. Dintre metodele de sudare la cald cele mai utilizate sunt sudarea cu flacara oxiacetilenica si sudarea pe cale electrica. In tabelele 46 sunt indicate cateva date privind sudarea pieselor din fonta. 12

13 Tabelul 4. Temperatura de incalzire a pieselor din fonta la sudarea cu flacara Caracterul piesei Temperatura de turnate incalzire,( 0 C) Piese din fonta cenusie de forma obisnuita Piese mari de calitate obisnuita cu diferite grosimi de perete Piese din fonta cenusie de calitate superioara Observatie: Temperatura pieselor la sfarsitul operatiei de sudare nu trebuie sa coboare sub C. Grosimea peretilor (mm) Tabelul 5. Sudarea pieselor din fonta cu flacara oxiacetilenica Deschiderea Diametrul Consumul arzatorului electrozilor de acetilena (mm) (mm) (mm) Grosimea metalului la locul de sudura (mm) < Diametrul electrodului (mm) Tabelul 6. Sudarea pieselor din fonta pe cale electrica Intensitatea curentului (A) Tensiunea arcului (V) > Observatie: La sudarea electrica a pieselor din fonta, acestea trebuie sa fie incalzite intre C Compozitia chimica a electrozilor folositi la sudarea la cald, avand in vedere arderea elementelor insotitoare, trebuie sa fie cuprinsa intre limitele: % C; %Si; %Mn; %P si pana la 0.1%S. Operatia de sudare se face sub un flux compus din soda calcinata, 18% borax si 2% cuart. Sudarea la rece a pieselor din fonta se face cu electrozi din metal monel (68%Ni, 28%Cu, rest Mn, Si si Fe), avand diametrul cuprins intre 26mm. Se pot utiliza si electrozi din otel, introducand in acest caz in locul defect prezoane de fixare a sudurii. Sudarea pieselor din otel se efectueaza numai electric (tabelul 7) cu electrozi metalici inveliti, avand diametre variabile, in functie de grosimea peretilor piesei (tabelul 8). Sudabilitate Otel turnat Grupa Buna Otel cu <0,3%C si ~ 0.5%Mn si slab aliat cu <0,15%C Tabelul 7. Sudarea pieselor din otel pe cale electrica Temperatura Temperatura de de incalzire a recoacere dupa Observatii pieselor sudura ( 0 C) ( 0 C) Piesele cu grosimi de pereti >48mm se incalzesc la C Mijlocie Otel cu %C si slab

14 aliat cu %C Slaba Otel cu peste 0,5%C slab aliat cu0,2%c si suma elementelor de aliere < 3% Slaba Otel manganos austenitic cu 1214%Mn Electrozii contin: 4 14%Ni; 11 13%Mn; 0,61,0%C Tabelul 8 diametrul electrozilor utilizati la sudarea otelului Grosimea peretilor piesei (mm) 5 8 Diametrul electrozilor (mm) 34 4 Grosimea peretilor piesei (mm) Diametrul electrozilor (mm) Sudarea pieselor din oteluri aliate cu diverse elemente se efectueaza cu electrozi aliati corespunzator. Inainte de sudare, piesele din otel se incalzesc la temperaturi cuprinse intre C. Dupa sudare piesele se supun unei recoaceri de detensionare la C. Sudarea pieselor turnate din bronz se efectueaza pe cale electrica cu vergele din bronz cu: 7 9% Sn; 0,60,8%Al; 0,8%Mn; 0,3%Fe si max. 0,03%P si diametrul cuprins intre 68 mm. La sudarea cu flacara materialul de aport contine 9596%Cu; 34%Sn si 0,250,4%P. Piesele se incalzesc inainte de sudare pana la maximum C. Sudarea pieselor turnate din aliaje de aluminiu se efectueaza pe cale electrica cu vergele din aluminiu metalic (99% Al) sau dintrun aliaj continand 92% Al si 8% Cu. Piesele se preincalzesc intre C, iar dupa sudare se supun recoacerii la C cu racire lenta. Sudarea se face sub flux (45% KCl; 30% NaCl; 15% LiCl; 7% KF si 3% Na HSC 4 ). Sudarea cu termit se practica pe santiere unde nu se dispune de energie electrica sau combustibil corespunzator. La termitul obisnuit folosit la sudare, metalul reducator este aluminiul, iar ca oxid care se reduce se intrebuinteaza arsura de fier. Oxidarea aluminiului este insotita de o degajare de caldura de 750kcal la 1kg de amestec. Remedierea prin supraturnare consta in completarea cu metal lichid a locului defect (parti neumplute, parti rupte, retasuri de dimensiuni mari etc.), prin turnare intro forma astfel amenajata, incat metalul sa completeze partea din piesa care lipseste. Tabelul 9. Alame pentru lipit (STAS Marca Compozitie chimica, (%) Impuritati,(%) (max.) Temperatura de Cu Si Sn Zn Pb Fe Sb Sn topire ( 0 C) Am Si Lp ,2 rest maximum 0,5 0, ,3 maximum 0,5 900 Diametrul (mm) 4 5 Tabelul 10. Dimensiunile vergelelor din cupru argint prin sudura Lungimea Abateri Observatii (mm) limita Abateri limita (mm) (mm) ± 0, ± 0,50 Vergelele se executa din cupru electrolitic 14

15 6 8 aliat cu 1 ± 0,1%Ag (STAS ) Lipirea bronzurilor si alamelor se face cu alame de lipit, turnate in bare sau in lingouri pentru laminarea in vergele sau sarma, si cu vergele de cupru. 15

16 5.2 Echipamente si tehnici de inspectare si testare utilizate in scopul calitatii pieselor turnate (particule magnetice, radiatii gama si radiatii X, lichide penetrante, ultrasonic, electromagnetice si curenti eddy). In prezent, fenomenul de globalizare insotit de intensificarea interactiunii diferitelor sisteme economice si implicit a concurentei, deschide agentilor economici si omenirii in general noi orizonturi si provocari legate de dezvoltare, dar pune in aceeasi masura accentul pe durabilitatea lucrurilor sau strategiilor create. Interconectarea sistemelor si viziunea globala a pietei nu confera intotdeauna stabilitate firmelor, stabilitatea depinzand in primul rand de felul in care agentii economici inteleg schimbarile, consecintele acestora si viteza cu care isi adapteaza strategiile la mediu. Datorita intensificarii concurentei scopul intreprinderii capitaliste acela de a produce pentru piata se transforma astazi in acela de supravietuire pe termen lung de aici necesitatea unei dezvoltari durabile. Stabilitatea si rezistenta, fiabilitatea echipamentelor joaca unul din rolurile esentiale in ceea ce economistii numesc competitivitatea produselor. Astazi ciclul de viata al produselor este din ce in ce mai scurt, practicarea economiilor de scara sau internalizarea diferitelor activitati nu sunt intotdeauna la indemana oricui, iar exigentele consumatorilor (exploatatorilor) ce privesc caracteristicile echipamentelor si calitatea produselor au crescut si sau diversificat. Cu toate acestea, dintro viziune tehnica dar si economica sa simtit nevoia standardizarii in majoritatea domeniilor de activitate. In acest context, omul si masina sunt astfel determinati sa construiasca tot mai mult, mai economic, mai rapid, dar si mai sigur in acelasi timp. Controlul este chemat sa participe la toate etapele de elaborare a unui produs de la concepere la exploatare, mentenanta sau reciclare Aspecte generale Calitatea pieselor depinde de un numar foarte mare de factori, cum sunt: calitatea materialelor de formare, modul lor de preparare, calitatea formarii, precizia dimensionala a garniturilor de model, a formelor metalice sau matritelor, calitatea si intretinerea utilajului de formare, modul de asamblare pentru turnare, modul de elaborare a materialului metalic, compozitia si temperatura de prelucrare, conducerea proceselor de incalzire, topire, solidificare sau racire, viteza de umplere a formei in cazul produselor turnate sau viteza de executie a altor tipuri de prelucrari, curatirea pieselor sau finisarea lor. O deficienta la oricare din acesti factori sau la mai multi din ei, duce la aparitia unor piese care nu indeplinesc una sau mai multe din conditiile de livrare. Desi conventionala, prin notiunea de defect a piesei, se intelege orice abatere de la forma, dimensiuni, masa, aspect exterior, compactitate, structura, compozitie chimica sau proprietati mecanice si fizice prescrise in standardele respective, normative tehnice sau conditii tehnice contractuale. In functie de standardele respective, normative tehnice sau conditiile tehnice contractuale aceeasi discontinuitate a piesei turnate poate fi in unele cazuri admisibila sau remaniabila, iar in alte cazuri poate fi considerata un defect inadmisibil. Clasificarea si terminologia discontinuitatilor pieselor sunt standardizate in standarde specifice modului de prelucrare al produsului. Standardul stabileste clasificarea si terminologia discontinuitatilor pieselor pentru toate tipurile de aliaje feroase si neferoase, indiferent de modul de fabricare al acestora. In general, in practica industriala si prin standarde, clasificarile nu se fac numai cu scopul unei sistematizari intrun ansamblu de notiuni, ci in special pentru a 16

17 pune la indemana practicienilor un instrument util care sa coordoneze activitatea acestora. Din acest punct de vedere, clasificarea discontinuitatilor pieselor trebuie sa indeplineasca anumite conditii: sa cuprinda toate defectele caracteristice pieselor in functie de modul de prelucrare al acestora; sa permita incadrarea discontinuitatii cu precizie intro anumita categorie; sa permita identificarea cauzelor care au produs discontinuitatea; sa permita evidenta usoara, clara si operativa a defectelor. In standard, sistemul folosit pentru clasificarea discontinuitatilor se bazeaza pe descrierea fizica a fiecarei discontinuitati. Acest sistem permite identificarea discontinuitatilor fie prin observarea directa a piesei, fie dupa o descriere precisa a discontinuitatii folosind doar criteriile formei, aspectului, localizarii si dimensiunilor acestora. Astfel identificarea se poate face fara a se recurge la numele discontinuitatii sau la cauzele care pot interveni (si care de fapt sunt necunoscute in prealabil). Pe baza acestor elemente, discontinuitatile pieselor se pot imparti corespunzator fiecarui tip de prelucrare, in functie de importanta lor, in trei grupe: discontinuitati admisibile, fara remanieri; discontinuitati admisibile, cu remanieri; discontinuitati inadmisibile (defecte). Grupa intai cuprinde discontinuitatile care nu afecteaza in nici un fel calitatea si functionalitatea piesei. Pentru imbunatatirea aspectului comercial al acestei grupe de discontinuitati ele se inlatura aparent prin acoperirea cu chituri sau vopsele. Grupa a doua cuprinde acele discontinuitati care influenteaza defavorabil functionalitatea piesei. Aceste discontinuitati se pot inlatura prin remanierea pieselor utilizand diferite procedee (mecanice, metalurgice, chimice sau speciale) in asa fel incat piesele turnate sa corespunda integral conditiilor tehnice prevazute in standarde, documentatii tehnice, norme interne sau caiete de sarcini. Grupa a treia cuprinde defectele inadmisibile, care conduc, fara exceptie, la rebutarea pieselor Asigurarea calitatii produselor Calitatea unui produs, in general, insumeaza toate masurile de organizare luate in sensul ca procesul de productie, in toata complexitatea lui sa se desfasoare in conformitate cu prevederile tehnologice stabilite in cadrul unui anumit flux tehnologic prescris. In final calitatea piesei arata daca performantele obtinute au fost executate la nivelul parametrilor proiectati si acceptati de beneficiari. Calitatea piesei turnate exprima gradul de indeplinire al functiilor impuse de destinatia sa, de a satisface cerintele beneficiarului. Avand in vedere cele mentionate se poate sublinia faptul ca activitatea de examinare tehnica de fabricatie incepe din momentul alegerii procedeului tehnologic de formare si prelucrare, continua cu receptia calitativa a materiilor prime si materialelor, care urmeaza sa fie utilizate in procesul de productie, se desfasoara constant pe tot parcursul procesului tehnologic de fabricatie si se incheie cu livrarea si respectiv receptia pieselor. Scopul examinarii, este de a decela cu operativitate discontinuitatile, a le determina natura si parametrii acestora: pozitia, orientarea si marimea, si de a emite decizii de acceptare, remediere sau refuz, in concordanta cu criteriile de admisibilitate sau limitele de admisibilitate prescrise in documentatii de executie, norme si standarde. Stabilirea naturii discontinuitatii este deosebit de utila in identificarea cauzelor si fixarea masurilor de corectare a executiei sau a tehnologiei. Aflarea celorlalti parametrii ai defectului se impune in vederea indicarii cu exactitate a locului si extinderii remedierii. 17

18 Dezvoltarea impetuoasa a examinarii nedistructive pe terenul tot mai extins a pretentiilor pentru calitate si rentabilitate, are ca principal argument eficienta economica. Ea rezulta, in primul rand pe cale directa prin: reducerea cheltuielilor materiale, a fortei de munca si a timpului pentru examinari; reducerea cheltuielilor de folosire a tehnologiilor active de executie; marirea productivitatii si ritmicitatii muncii; preintampinarea pierderilor in productie si in exploatare, prin eliminarea in faze timpurii de executie a semifabricatelor si pieselor necorespunzatoare si micsorarea rebuturilor; reducerea cheltuielilor de exploatare si intretinere; imbunatatirea calitatii produselor, prin marirea gradului de detectabilitate a defectelor si a preciziei examinarii. In alegerea metodei de examinare pentru evaluarea discontinuitatilor trebuie avute in vedere urmatoarele: tipul discontinuitatilor ce urmeaza a fi detectate; procedeul de fabricare al produselor; accesibilitatea articolului; nivelul de sensibilitate dorit; echipamentul de examinare disponibil; costul. Pentru a pune in evident defectele fara a prejudicia aspectul piesei se utilizeaza controlul nedistructiv. Controlul nedistructiv (engleză nondestructive testing, prescurtat NDT) reprezintă modalitatea de control al rezistenţei unei structuri, piese etc. fără a fi necesară demontarea, ori distrugerea acestora. Controlul nedistructiv este definit ca ansamblul de metode care permit caracterizarea starii de integritate a structurilor industriale, fara a le degrada, fie in decursul productiei (piesele care ies din turnatorii nu sunt intotdeauna lipsite de defecte), fie pe parcursul utilizarii (aparitia defectului). Este necesara determinarea de maniera empirica a taliei defectului acceptat, apoi detectarea defectului fara a afecta piesa si inlocuirea la nevoie a acesteia. In linii mari testarea nedistructiva (CND) reprezinta testarea fara a provoca daune asupra elementelor testate creand o lume mai sigura. Putina lume in afara de specialistii in domeniu intalnesc deseori termenul de testare nedistructiva (NDTNondestructiv Testing sau CND Controle Non Destructif). Cu toate acestea testarea nedistructiva participa la pastrarea in siguranta a noastra si a obiectelor cu care interactionam, multe dintre acestea fiind testate nedistructiv. Functionarea in siguranta a echipamentelor industriale determina necesitatea efectuarii unui control sistematic de catre specialistii controlului nedistructiv. Se spune ca ignorarea controlului reprezinta astazi mai mult decat ignorarea unei bune functionari, ea reprezinta o greseala sociala. Controlul de calitate ocupa o pondere din ce in ce mai importanta in toate domeniile cu care acesta interactioneaza de la industria automobilelor, aeronautica, petrochimie, infrastrutura de transport la sanatate. Multe din obiectele cu care intram in contact sunt testate nedistructiv. 18

19 Control nedistructiv Domenii de aplicare Domeniile de aplicare ale controlului nedestructiv sunt cele mai diverse sectoare ale industriei: industria automobilelor (diferite piese) industria navală (controlul corpului navei şi a structurilor sudate) conducte îngropate sau submerse sub apă supuse coroziunii platforme marine aeronautică (aripile avioanelor, diferite piese de motor, etc) industria energetică (reactoare, turbine, cazane de încălzire, tubulatură, etc) industria aerospaţială şi militară arheologie structuri feroviare industria petrochimică construcţii de maşini (piese turnate sau forjate, ansamble şi subansamble) Se poate afirma că metodele CNT se aplică în toate sectoarele de producţie.cnt interactioneaza cu diferite domenii de activitate de la industria aerospatiala, petrochimie,industria navala. De ce este nevoie de control nedistructiv? Evaluarea obiectelor solide pentru a nu prezenta riscuri in momentul functionarii se face dificil fiind esentiala testarea lor in timpul diferitelor faze de fabricare si in timpul exploatarii. Pe parcursul procesului de modelare a unui obiect din metal se poate produce contractarea sau racirea acestuia determinand crapaturi sau aparitia unor goluri in structura obiectului respectiv. Lipsa fuziunii metalului cu alte componente poate conduce la o structura ce se poate rupe. Viata unui obiect sau a structurilor industriale imbraca diferite stari de integritate. Asadar pe parcursul vietii, componentele industriale necesita efectuarea de teste nedistructive in mod regulat si sistematic pentru a detecta defecte ce prin alte metode sunt fie mai dificil de aflat, fie mai costisitoare.ca o regula generala metodele CNT se aplica in toate sectoarele de productie. Distribuirea in timp a controlului Notiunea sau conceptul de control are asemenea puteri, astfel ca daca nu suntem atenti cand il folosim el poate furniza diferite conotatii negative. Atunci cand lucrurile sunt sub control se genereaza o anumita stabilitate si siguranta in functionare. Exista 3 perioade generale de timp in care mecanismele de control pot fi actionate: precontroale controale concurente postcontroale 19

20 Principii generale ale controlului nedistructiv Alegerea metodei de control nedistructiv utilizata se face in functie de diferite criterii legate de utilitatea piesei de controlat, materialul din care este fabricata piesa, amplasament tipul de structura, costuri etc. Indiferent de metoda adoptata, se poate reprezenta punerea in aplicare a unui sistem CNT dupa sinoptica urmatoare: Tinta (piesa etalon) se caracterizeaza printrun ansamblu de parametrii ce vor fi cautati si estimati pentru a forma un diagnostic de integritate. Prin aplicarea unui sistem CNT adecvat se vor produce semnale. Numarul acestor semnale produse prin aplicarea sistemului CNT este in functie de parametrii cercetati. Etapa de inversiune este necesara deseori pentru a regasi parametrii initiali ai piesei. Terminologia generala folosita in domeniul controlului nedistructiv Defectoscopie= stiinta care se ocupa cu definirea, caracterizarea, masurarea si detectarea defectelor (discontinuitatilor ) materialelor. Produs,cerinta,caracteristica: Produs=rezultatul unui proces (ex.materiale procesate, hardware, software, servicii) Caracteristica= trasatura distinctiva (a unui produs, piesa, material, serviciu,etc); Cerinta=nevoie sau asteptare care este declarata, implicita sau obligatorie; 20

21 Conformitate= indeplinirea unei cerinte Examinare,inspectie control Examinare=actiunea de a observa, a cerceta, a judeca a privi atent ceva (un obiect, un produs, o persoana, etc.) Inspectie=evaluare a conformitatii prin observare si judecare insotite dupa caz de masurare, incercare sau comparare cu ceva (de exemplu, cu calibru, cu o norma). Inspectia calitatii trebuie inteleasa ca fiind activitatea de masurare, examinare, incercare a uneia sau a mai multor caracteristici ale unui produs si compararea acestora cu cerintele specificate, in vederea determinarii conformitatii lor. Controlul =nu este definit in standardele noi si este folosit in mod obisnuit ca sinonim al termenului examinare si include tehnicile si activitatile cu caracter operational, utilizate pentru stabilirea caracteristicilor produsului. Examinare nedistructiva, examinare distructiva Metoda de examinare nedistructiva=metoda de examinare si/sau incercare, care permite obtinerea unor informatii cifrice sau de alta natura asupra defectelor, anomaliilor, deformatiilor geometrice sau a starii fizice ale obiectului controlat (material, component, ansambluri) prin mijloace care nu altereaza aptitudinea de intrebuintare a acestuia. Deci controlul nedistructiv nu afecteaza integritatea obiectului controlat. Metoda de examinare distructiva=metoda de examinare si/sau incercare, insotita de distrugerea partiala sau totala a obiectului examinat (sinonim metoda de control distructiv). Defectoscopie nedistructiva = stiinta care se ocupa cu descrierea, caracterizarea, detectarea si masurarea defectelor (imperfectiunilor, discontinuitatilor) materialelor, prin folosirea unor metode de examinare nedistructiva. Metoda de examinare= totalitatea mijloacelor si procedeelor folosite pentru atingerea unui scop (in cazul de fata examinarea unui obiect, produs, in general) Diferite metode de control În prezent sunt standardizate peste 150 de metode şi tehnici de examinare nedistructivă, dintre care doar 8 sunt cele mai răspândite şi dispun de o gamă variată de aplicaţii. Dintre cele mai răspândite metode, la care se pot obţine certificări de personal în domeniul examinărilor nedistructive şi în România, fac parte următoarele: examinarea opticovizuală, examinarea cu pulberi magnetice, lichide penetrante, radiaţii penetrante, investigarea cu ultrasunete, curenţi turbionari, controlul etanşeităţii şi emisie acustică. Conform normei europeane EN 473. (END examinare nedistructiva) prezinta urmatoarele simbolozari: Metoda END Simbol Emisie acustica Curenti Foucault Etanseitate Magnetoscopie Teste penetrante Radiografie Ultrasunete Examinare vizuala Speckle Termografie AT ET LT MT PT RT UT VT ST IT 21

22 Examinare visuala (VT) Controlul visual pune in evidenta numai defectele de suprafata. Orice tip de investigare trebuie să fie precedată de o examinare vizuală a supafeţei. Procedeul este simplu dar indispensabil, examinarea vizuală presupune respectarea condiţiilor de claritate satisfăcătoare a suprafeţelor materialelor, echipamentelor luând în considerare caracteristicile şi proprietăţile acestora. Pentru control vizual se folosesc diferite ustensile optice cum ar fi: endoscop, lupe, lămpi etc. Prin control visual sunt furnizate o serie de indicii legate de aspectul suprafeţei metalului precum şi estimarea unor defecte interne (recipiente metalice, butelii de gaze, conducte, tuburi etc). Odată cu controlul visual se pot determina şi dimensiuile defectelor de îmbinare.se aplica in special la suduri la grosimile recipientului sudat, dimensiunile cordonului sudat etc. Radiaţii penetrante (RT) Metoda de examinare cu radiaţii penetrante sau radiografică constă din interacţiunea radiaţiilor penetrante cu pelicule fotosensibile. Se poate efectua cu raze X sau raze gamma. Examinare cu raze X Generator de raze X Radiatiile X sunt de natura electromagnetica, deosebinduse de lumina prin lungimea de unda mai mica. Radiatiile electromagnetice sunt produse prin oscilatia sau acceleratia unei sarcini electrice.undele electromagnetice au atat componente electrice cat si magnetice. Gama radiatiilor electromagnetice este foarte larga: unde cu frecventa foarte inalta si lungime mica sau frecventa foarte joasa si lungime mare. Lumina vizibila constituie numai o parte din spectrul undelor electromagnetice. In ordine descrescatoare de frecventa, spectrul undelor electromagnetice se compune din: radiatii gama, radiatii X, radiatii ultraviolete, lumina vizibila, radiatii infrarosii, microunde si unde radio. Undele electromagnetice nu au nevoie de mediu pentru a se transmite. Astfel, lumina si undele radio pot circula in spatiul interplanetar si interstelar, la soare si stele, pana la Pamant. Indiferent de frecventa si lungimea de unda, undele electromagnetice au o viteza de km/s in vid. Lungimea si frecventa undelor electromagnetice sunt importante in determinarea efectului termic, al vizibilitatii, al penetrarii si a altor caracteristici. Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice penetrante, cu lungime de unda mai scurta decat a luminii si rezulta prin bombardarea unei tinte de tungsten cu electroni cu viteza mare. Au fost descoperite intamplator in anul 1895 de fizicianul german Wilhem Conrad Roentgen, in timp ce facea experimente de descarcari electrice in tuburi vidate, respectiv el a observat ca din locul unde razele catodice cadeau pe sticla tubului razbeau in exterior raze cu insusiri deosebite; aceste raze strabateau corpurile, impresionau placutele fotografice, etc. El lea numit raze X deoarece natura lor era necunoscuta. Ulterior au fost numite raze (radiatii) Roentgen, in cinstea fizicianului care lea descoperit. Natura radiatiilor X Radiatiile X sunt radiatii electromagnetice cu o putere de penetrare indirect proportionala cu lungimea de unda. Cu cat lungimea de unda este mai mica, cu atat puterea de penetrare este mai mare. Razele mai lungi, apropiate de banda razelor ultraviolete sunt cunoscute sub denumirea de radiatii moi. Razele mai scurte, apropiate de radiatiile gama, se numesc raze x dure. 22

23 Radiatiile X se produc cand electronii cu viteza mare lovesc un obiect material. O mare parte din energia electronilor se transforma in caldura iar restul se transforma in raze x, producand modificari in atomii tintei, ca rezultat al impactului. Radiatia emisa nu este monocromatica ci este compusa dintro gama larga de lungimi de unda. Primul tub care a produs raze X a fost conceput de fizicianul William Crookes. Cu un tub de sticla partial vidat, continand doi electrozi prin care trece curent electric. Ca rezultat al ionizarii, ionii pozitivi lovesc catodul si provoaca iesirea electronilor din catod. Acesti electroni, sub forma unui fascicul de raze catodice, bombardeaza peretii de sticla ai tubului si rezulta razele X. Acest tub produce numai raze X moi, cu energie scazuta. Un tub catodic imbunatatit, prin introducerea unui catod curbat pentru focalizarea fasciculului de electroni pe o tinta din metal greu, numita anod, produce raze X mai dure, cu lungimi de unda mai scurte si energie mai mare. Razele X produse, depind de presiunea gazului din tub. Urmatoarea imbunatatire a fost realizata de William David Coolidge in 1913 prin inventarea tubului de raze X cu catod incalzit. Tubul este vacuumat iar catodul emite electroni prin incalzire cu un curent electric auxiliar. Cauza emiterii electronilor nu este bombardarea cu ioni, ca in cazurile precedente. Accelerarea procesului de emitere a electronilor se face prin aplicarea unui current electric de inalta tensiune, prin tub. Cu cat creste voltajul, scade lungimea de unda a radiatiei. Fizicianul american Arthur Holly Compton ( ), laureat al Premiului Nobel, prin studiile sale a descoperit asa numitul efect Compton in anul Teoria sa demonstreaza ca lungimile de unda ale radiatiilor X si gama cresc atunci cand fotonii care le formeaza se ciocnesc de electroni. Fenomenul demonstreaza si natura corpusculara a razelor X. Proprietatile radiatiilor X Radiatiille X impresioneaza solutia fotografica, ca si lumina. Absorbtia radiatiilor depinde de densitatea si de greutatea atomica. Cu cat greutatea atomica este mai mica, materialul este mai usor patruns de razele X. Cand corpul uman este expus la radiatiii X, oasele, cu greutate atomica mai mare decat carnea, absorb in mai mare masura radiatiile si apar umbre mai pronuntate pe film. Radiatiile cu neutroni se folosesc in anumite tipuri de radioagrafii, cu rezultate total opuse: partile intunecate de pe film sunt cele mai usoare. Radiatiile X provoaca fluorescenta anumitor materiale, cum ar fi platinocianidul de bariu si sulfura de zinc. Daca filmul fotografic este inlocuit cu un ecran tratat cu un asemenea material, structura obiectelor opace poate fi observata direct. Aceasta tehnica se numeste fluoroscopie. Alta caracteristica importanta este puterea de ionizare, care depinde de lungimea de unda. Capacitatea razelor X monocromatice de a ioniza, este direct proportionala cu energia lor. Aceasta proprietate ne ofera o metoda de masurare a energiei razelor X. Cand razele X trec printro camera de ionizare, se produce un curent electric proportional cu energia fascicolului incidental. De asemenea, datorita capacitatii de ionizare, razele X pot fi vazute intrun nor. Alte proprietati: difractia, efectul fotoelectric, efectul Compton si altele. Examinarea cu raze X constă în bombardarea piesei supuse controlului cu radiaţii X, obţinânduse pe filmul radiografic imaginea structurii macroscopice interne a piesei. Generatoarele de raze X, în funcţie de energia ce o furnizează şi de domeniul lor de utilizare pot fi: generatoare de energii mici (tensiuni < 300 kv) pentru controlul pieselor din oţel de grosime mică (< 70 mm), generatoare de energii medii (tensiuni de kv) pentru controlul pieselor din oţel de grosime mijlocie ( mm) generatoare de energii mari (tensiuni de peste MV şi betatroane de MV) pentru controlul pieselor din oţel de grosime mare ( mm). 23

24 Examinare cu raze gamma (gammagrafie) Gammagrafia constă în iradierea piesei supuse controlului cu radiaţii gamma, după care se obţine pe filmul radiografic imaginea structurii macroscopice interne a piesei respective, prin acţionarea asupra emulsiei fotogafice. Creşterea permanentă a parametrilor funcţionali ai instalaţiilor industriale moderne (presiune, temperatură, solicitări mecanice, rezistenţă la coroziune), au impus examinarea cu raze gamma ca o metodă modernă de control cu grad ridicat de certitudine. Elementul de bază al gammagrafiei este sursa de radiaţii gamma care datorită proprietăţilor sale (energie ridicată, masă de repaus nulă, sarcină electrică nulă), o fac deosebit de penetrantă. Principala sursă de radiaţii folosită în gammagrafie o constituie izotopii radioactivi de Cobalt 60, Iridiu192, Cesiu137, Cesiu134, Tuliu170 şi Seleniu75, obţinuţi prin activare deoarece au un preţ de cost mai scăzut şi avantajul obţinerii unor activităţi mari. Aceşti izotopi sunt utilizaţi astfel: Cobalt60 pentru oţeluri cu grosime mare (>80 mm); Iridiu192 pentru oţeluri cu grosime mijlocie (1080 mm); Tuliu170 pentru oţeluri cu grosime mică (<10 mm). Defectele pieselor turnate puse in evident prin fotografierea cu raze gamma se impart in urmatoarele: Sufluriincluziuni de gaze, cu zgura, cu nisip, porozitati, afanari, picaturi reci,discontinuitatifisuri la cald si rece; Defecte superficialearsuri, cute, cruste solidificate, etc. Marimea defectelor din piesa turnata in directia traiectoriei radiatiei trebuie sa fie in limitele sensibilitatii metodei si sa constituie cel putin 2% din grosimea obiectului controlat. Defectoscopia cu radiatii penetrante se bazează in principal pe radiatii Rontgen (x) şi pe radiatii gamma (γ).acest tip de defectoscopie este deosebit de bogat in informatii despre material, ceea ce explică şi utilizarea largă in industrie. Radiatiile Rontgen iau naştere in invelişul electronic al atomilor atunci cand un flux de electroni accelerati intrun camp de inaltă tensiune loveşte anodul. Radiatiile Rontgen pot fi definite in două moduri diferite: ca unde electromagnetice cu indicarea lungimii de undă in A (1 A=108 cm) sau in nm 1nm=109m=10 A); sub formă de cuante, fiecare cuantă avand o anumită energie; indicarea nivelului energetic al cuantelor se face in ev. Emisia de radiatii Rontgen se intrerupe instantaneu atunci cand se intrerupe alimentarea anodului cu inaltă tensiune. Radiatiile gamma, comparativ cu radiatiile Rontgen, provin din nucleul atomilor atunci cand aceştia suferă o descompunere radioactivă. Nucleul nou format emite radiatii (γ) şi trece intro formă metastabilă sau stabilă. Ca şi in cazul radiatiei x şi in cazul radiatiei gamma energia se exprimă in ev. Emisia radiatiei gamma nu poate fi oprită. Radiatia Rontgen se alege pentru defectoscopia tablelor subtiri şi a sudurilor. In general este recomandabilă in locuri uşor accesibile. Radiatia gamma se alege pentru defectoscopia pieselor groase şi in locuri greu accesibile. Radiatiile penetrante (x şi gamma) au o mare putere de pătrundere in materialele cu densitate mare, cum sunt metalele şi aliajele metalice. După trecerea radiatiei prin material, aceasta contine informatii valoroase despre omogenitatea acestuia. Aceste informatii valorificate adecvat, pun in evidenta diverse defecte interioare. Relatia: I 1 =I 0 e μ 1 x unde: μ coeficient de absorbtie e baza logaritmului natural x grosimea stratului analizat constituie relatia de bază pentru descrierea absorbtiei radiatiilor penetrante de către material metalic fără defect, figura 5a. 24

25 Figura 5. Principiul absorbtiei radiatiilor penetrante: a intrun material omogen; b intrun material ce contine un defect. Un material metalic ce va contine un defect interior, figura 5b, (gol,incluziune, fisură etc.) va absorbi diferit radiatia, astfel că, in acest caz,radiatia trecută prin material va avea valoarea (l 2 ). Fiind o metodă comparativă informatia utilă provine din raportul dintre intensitatea (I 2 ) corespunzătoare materialului neomogen şi intensitatea (l 1 ) corespunzătoare materialului omogen. Acest raport poartă denumirea de contrast de radiatie şi se notează cu (K): K=I 2 /I 1 unde: I 2 = I 0 e (μ 1 (xδx)μ 2 Δx) Din relatiile de mai sus rezultă: K= e Δx(μ 1 μ 2 ) Rezultă că intensitatea radiatiei după parcurgerea materialului cercetat depinde mărimea (grosimea neomogenitătii) precum şi de diferenta coeficientilor de absorbtie. 25

26 Figura 6 Distributia intensitătii radiatiei trecute prin piesă in cazul diferitelor defecte a) goluri (pori, retasuri, fisuri); b) incluziuni cu W1<W2; c) incluziuni cu W2>W1 şi in cazul a diferiti parametri geometrici; d) incluziuni la diferite adancimi In figura 6 este redată repartitiei intensitătii (I2) pentru diferite situatii şi naturi ale defectelor precum şi repartitia intensitătii in functie de pozitia sursei de radiatie dată de defect. In figura 6a sunt prezentate retasuri, microretasuri, pori sau fisuri. Cea mai mare intensitate a radiatiei (I2) apare in spatele acestor omogenităti. Fisurile influentează repartitia intensitătii numai atunci cand acestea sunt perpendiculare, cu grosimea cea mai mare dispusă pe directia de radiatie, respectiv atunci cand ele aduc o contributie importantă la (Δx). 26

27 Figura 6b prezintă cazul unor incluziuni nemetalice şi segregatii in otel. Asemenea situatii sunt caracterizate tot de o intensitate a radiatiei (I2) mai mare decat intensitatea radiatiei (I1), corespunzătoare probei omogene (figura 5). Intensitatea radiatiei (I2), la o mărime egală a defectului, figura 6a, este mai mică decat in cazul precedent intrucat coeficientul de absorbtie (W) al materialelor nemetalice este mai mare decat al aerului sau al gazelor ce umplu defecte de genul celor mentionate in figura 6a. Figura 6c prezintă evolutia intensitătii (I2) atunci cand este vorba de incluziuni metalice mai grele decat materialul de bază. Coeficientul de absorbtie mai ridicat al acestor incluziuni fată de coeficientul de absorbtie al metalului de bază face ca intensitatea (I2) a radiatiei transmise in dreptul incluziunii să fie mai mică decat intensitatea radiatiei (I1) transmisă in dreptul materialului omogen. O situatie semănătoare cu cea descrisă mai sus se obtine şi atunci cand defectul este situat la diferite adancimi in piesă, figura 6d sau atunci cand iradierea se face sub unghi oarecare şi nu perpendicular, situatie in care se modifică nu numai distributia ci şi forma peak ului (maximului distributiei radiatiei). Dat fiind faptul că se obtine o imagine plană a defectului piesei sau semifabricatului, concluzii precise despre adancimea defectului se pot obtine numai după efectuarea unei iradieri şi din alt unghi, cea mai favorabilă directie fiind cea perpendiculară pe prima directie de iradiere. Trebuie specificat că intensitatea radiatiei transmise depinde in mare măsură şi de conditiile geometrice ale radiatiei, proiectia cea mai bună obtinanduse la radiatia paralelă. Transformarea intensitătii (I2) in informatie precisă despre adancimea şi pozitia defectului se poate realiza prin radiografie, radioscopie şi radiometrie. Metoda radiografică Radiatia transmisă prin material este inregistrată pe un film fotografic special. In figura 7 este reprezentată schema de principiu a radiografiei cu radiatii penetrante, folosită pentru evidentierea unor defecte interioare (de exemplu, pentru cazul concret al unui semifabricat cu cordon de sudură).pentru a obtine o imagine precis incadrată pe piesa precis radiografiată (1) se aşează o fereastră cu ramă din plumb (2). De asemenea, in zona liberă a ferestrei, acolo unde nu se bănuieşte a fi defecte se aşează litere şi cifre mici din plumb (3), care servesc la marcarea radiografiei in scopul unei identificări şi interpretări ulterioare. Tot in zona liberă a ferestrei se mai pot lăsa mire de control, mici plăcute de plumb ce contin de regulă orificii de diametre diferite destinate stabilirii mărimii defectului. Filmele radiografice (5) pot avea forme diverse pornind de la filmul sub formă de placă pană la filme bobinate, atunci cand se face, de exemplu, controlul radiografic continuu al unor tevi sudate, pe generatoare sau elicoidal. Figura 7. Principiul radiografiei cu radiatii penetrante: 1 semifabricat sau piesă examinată; 2 ramă plumb; 3 litere şi cifre din plumb; 4 filtru radiografie; 5 folie amplificatoare plumb; 6 folii de hartie neagră de protectie. 27

28 Metoda radioscopiei Radiatia transmisă prin probă provoacă pe un ecran fluorescent o repartitie a intensitătii, putanduse astfel vizualiza imaginea plană a piesei cu defect. Dat fiind intensitatea deosebit de mare a radiatiei, pericolul examinării vizuale este ridicat, motiv pentru care imaginea de pe ecranul fluorescent este preluată de către o cameră video şi transmisă intro incăpere alăturată, pe un monitor de control. Metoda radiometrică Se bazează pe măsurarea intensitătii, functie de timp şi loc, a unui fascicul de radiatie penetrantă transmis prin piesă. Tomografia computerizată este o realizare mai recentă a radiometriei. Semnalul electric corespunzător intensitătii radiatiei transmise este procesat de către un calculator prin intermediul unui soft adecvat, astfel incat in final să se obtină o imagine secventială (pe felii), de mare precizie, a obiectului examinat. Procedee radiografice speciale Electroradiografia Este asemănătoare cu radiografia pe film, deosebirea esentială constand in faptul că in locul filmului radiografic este folosită o placă semiconductoare incărcată. Incărcarea electrică a plăcii se face prin efect Corona cu tensiuni cuprinse intre V. In urma expunerii materialului cercetat, pe placa semiconductoare se formează o imagine latentă care se evidentiază cu un nor de praf electrostatic. Printro nouă descărcare Corona această imagine este copiată electrostatic pe hartie specială şi fixată cu substante specifice, astfel incat aceasta să reprezinte documentul radiografic. La o exploatare ingrijită o asemenea placă poate fi folosită de cateva mii de ori. Acest procedeu prezintă insă dezavantajul că rezolutia este inferioară celei obişnuite, obtinute cu filme radiografice clasice. Radiografia cu neutroni Este folosită in cazul unor materiale de densitate şi grosime mare. Neutronii trec prin materialele cu atomi grei aproape fără pierdere. Sunt in schimb absorbiti puternic de Li, B, Cd şi pămanturi rare şi puternic imprăştiate de atomi de C, N şi H. Ca surse de neutroni se folosesc de regulă substante radioactive ca: 252Cf, Ra+, Be, AcBe, generatoare de neutroni sau reactoare nucleare. O utilizare deosebită o reprezintă aşa numitul procedeu cu fulger de neutroni este vorba de iradieri de mare intensitate pe o perioadă extrem de mică de timp. Acest procedeu capătă o extindere mare la radiografia unor pereti groşi din aliaje grele. Radiografii cu alte particule elementare Radiografia cu particule alfa (α) este folosită pentru iradierea unor folii extrem de subtiri de hartie, polimeri şi textile. Ca sursă de radiatie se folosesc de obicei izotopi 210Po. Radiografie cu particule beta (β), pozitronice, protonice ş.a. este folosită la materiale plastice şi ceramică. Autoradiografia este o metodă care are la bază iradierea radiografică a piesei analizate urmată de aşezarea acesteia pe filmul radiografic, astfel incat in final să se producă prin iradieri cu radioactivitatea inmagazinată impresionarea filmului fotografic. Radiografia cu fulgere de radiatii Rontgen este o tehnică utilizată pentru radiografia obiectelor in mişcare. Timpii de fulgerare sunt situati intre s. Valorile de tensiune ce se pot obtine ajung in domeniul Megavolt, iar intensitătile de curent pană la A. Rata impulsurilor nu a putut pană la ora actuală să depăşească 50 fulgere/secundă. Radiografia cu microunde. Microundele sunt unde electromagnetice cu lungimi de undă cuprinse intre 1m şi 0,1 mm. Microundele se produc cu generatoare speciale ele fiind reflectate aproape in totalitate de către metale. Capacitatea de străpungere a undelor prin materiale slab conducătoare depinde, printre altele, de constanta dielectrică şi de grosimea materialului 28

29 Examinari cu particule magnetice Magnetoscopie Peste 50 de ani utilizat in controlul nedistructiv! Englezul Saxby folosea inca din 1868 indicarea cimpului magnetic de dispersie cu ajutorul busolei pentru detectarea fisurilor tevilor de tun. Ca in multe alte domenii ale dezvoltarii tehnologice, tot problemele de tehnica militara au reprezentat motivul pentru care americanul Hoke imagina metode de detectare a fisurilor cu ajutorul piliturii de fier. Doi ani mai tirziu a fost acordat un patent, pe baza caruia de Forest, intemeietorul firmei MAGNAFLUX din Chicago, a obtinut licenta, inainte ca sa se foloseasca, prima oara in 1929, metoda de magnetizare cu ajutorul fluxului de curent prin piesa. Primul aparat european de control al fisurilor a fost construit in anul 1937 de italianul Giraudi sub denumirea de Metalloscopio Karl si Volker DEUTSCH au inceput in anul 1960 productia aparatelor pentru controlul fisurilor prin metoda "recipientului cu virtej", trecind in 1965 la aparatele universale cu alimentare cu curenti alternativi defazati. Control nedistructiv prin magnetoscopie ("control cu pulberi magnetici") consta in supunerea unei zone de controlat la actiunea unui camp magnetic continuu sau alternativ. In interiorul unui material feromagnetic se creeaza un flux magnetic intens. Defectele intalnite in calea sa determina devierea fluxului magnetic generand astfel un camp de dispersie la suprafata piesei. Campul de dispersie astfel generat este materializat prin intermediul unei pudre feromagnetice (particole colorate sau fluorescente) foarte fine pulverizata pe suprafata de examinare si atrasa in dreptul defectelor de catre fortele magnetice. Aceasta furnizeaza o «semnatura particulara» ce caracterizeaza defectul. Tehnica exploateaza o caracteristica speciala a aliajelor feroase: feromagnetismul, si anume capacitatea de a concentra campul pentru a evidentia anomaliile liniilor de flux ale campului magnetic in vecinatatea unui defect de suprafata. Magnetoscopia este indicata pentru cercetarea defectelor de suprafata si din vecinatatea acesteia: fisuri, cute, incluziuni nemetalice, exfolieri de material, etc. Dimensiunile minime ale defectului care poate fi evidentiat depind mai ales de distanta la care se afla fata de suprafata, dar limita de detectare este mai buna fata de metoda cu lichide penetrante. Metoda permite detectarea defectelor materialelor feromagnetice. Un material este considerat ca fiind feromagnetic atata timp cat este supus la un camp continuu de 2400 A/m si prezinta o inductie de cel putin 1 tesla. Rezultatele quasiimediate sau aspectul economic sunt principalele avantaje ale acestei metode. Astazi, tehnica de control PM este statuata in nemumarate specificatii, norme si directive, incit noutatile se impun greu, chiar daca se pot obtine avantaje tehnice clare. Necesitatile dezvoltarii tehnice se refera, in primul rind, la prelucrarea automata a imaginilor indicatiilor de fisuri 29

30 oferite de controlul PM. In prezent exista instalatii pilot ale fabricantilor renumiti de aparatura PM. Ponderea in industrie a acestora sar putea realiza in ultima decada a mileniului. Defectoscopia magnetică se bazează pe evidentierea imprăştierii liniilor de camp magnetic in materiale feromagnetice de către defecte precum: fisuri, desprinderi de material, retasuri, incluziuni ş.a. Aceste defecte se pot evidentia cu atat mai precis cu cat sunt situate mai aproape de suprafată. Materializarea imprăştierii liniilor de camp se poate face in trei moduri: cu pulberi magnetice, figura 8.a; cu bandă magnetică, figura 8.b; cu sondă magnetică, figura 8.c. Figura 8. Materializarea şi evidentierea imprăştierii liniilor de camp de către defecte, in cadrul defectoscopiei magnetice: a) cu pulberi magnetice; b) cu bandă magnetică; c) cu sondă magnetică. Orice aparat sau instalatie defectoscopică bazată pe principiul defectoscopiei magnetice posedă, două componente importante: sistemul de producere a campului magnetic; sistemul de localizare şi evidentiere a defectelor. Prin sistemul de producere a campului magnetic se urmăreşte obtinerea unui camp magnetic perpendicular pe defect (fisură). In felul acesta rezultă o deviere maximă a liniilor de camp şi corespunzător o precizie şi rezolutie ridicată. Dată fiind multitudinea de forme, dimensiuni şi pozitii ale defectelor in piesele sau semifabricatele examinate sunt necesare mai multe sisteme de producere a campului magnetic continuu sau alternativ. In tabelul 11. a, b şi c sunt prezentate, principial, diferite sisteme electromagnetice de producere a fluxului magnetic necesar in defectoscopia magnetică. Pentru producerea campului magnetic pot fi folositi magneti permanenti precum şi electromagneti de curent continuu sau de curent alternativ.din cauza adancimii mici de pătrundere, campurile alternative se folosesc numai pentru evidentierea defectelor de suprafată cu adancimi de maximum 2 mm. Prin campuri continue pot fi evidentiate defecte pană la adancimi de 10 mm. In functie de natura defectului şi a orientării pe care se presupune că acesta o are (la laminare fisurile sunt in exclusivitate longitudinale), magnetizarea poate fi longitudinală (a), circulară (b) sau combinată (c).criteriul care stă la baza alegerii unui anumit procedeu de magnetizare este respectarea principiului că liniile de camp magnetic să fie perpendiculare pe fisură astfel incat campul de imprăştiere provocat să fie maxim.magnetizarea longitudinală se obtine fie cu magneti continui de tip jug magnetic (a.1), fie cu electromagneti (a.2), la care materialul de analizat reprezintă miezul dintro bobină parcursă de curent. Magnetizarea circulara se obtine prin trecerea curentului electric prin piesa de analizat (b.1), prin trecerea curentului printrun conductor prin interiorul piesei cercetate (cazul tevilor; b.2) sau prin inductie (b.3). Magnetizarea combinată (c) este folosită pentru punerea in evidentă a unor fisuri cu pozitii intamplătoare. In scopul obtinerii acestei magnetizări este necesar ca peste campul magnetic continuu să se suprapună un camp magnetic alternativ, perpendicular pe cel continuu. Această suprapunere duce la obtinerea unor campuri magnetice elicoidale ale căror vector de magnetizare işi schimbă continuu directia, acoperind 30

31 astfel toate directiile posibile de orientare ale unei fisuri. Intensitatea campului magnetic trebuie astfel aleasă incat permeabilitatea maximă să atingă valori care să asigure intensităti ale campului de imprăştiere de cel putin 100 A/cm2, in zonele lipsite de defecte intensitatea campului trebuind să atingă A/cm2. Examinarea defectelor nu trebuie efectuată obligatoriu in timpul magnetizării, ea poate fi făcută şi după intreruperea campului magnetic (efectul de remanentă magnetică). Esential la acest tip de examinare este faptul că materialul pieselor sau semifabricatelor examinate să aibă un camp coercitiv suficient de mare (cca. 10 A/cm). Această conditie este indeplinită de oteluri atunci cand procentul de carbon depăşeşte 0,2%. Tabelul 11. Diferite modalităti de producere a fluxului magnetic in defectoscopia magnetică. Metoda de magnetizare Principiu de functionare Natura curentului Defecte puse in evidenta Magnetizare longitudinală 1. Magnetizare cu jug Continuu Defecte transversale 2. Magnetizare cu bobina Continuu Alternativ Defecte longitudinale b. Magnetizare circulară 1. Cu autoflux Continuu Alternativ Defecte longitudinale 2. Cu flux ajutător Continuu Alternativ Defecte longitudinale 3. Cu flux inductiv Alternativ Defecte transversale 31

32 c. Magnetizare combinată Magnetizare cu jug şi cu autoflux Continuu Defecte transversale şi longitudinale Defectoscopia cu pulberi magnetice este cea mai veche metodă defectoscopică. Se bazează pe evidentierea devierii liniilor de camp magnetic cu ajutorul unor particule magnetice cu dimensiuni cuprinse intre 0,1 100 Wm. In ceea ce priveşte natura particulelor, acestea pot fi particule de fier pur sau particule de oxid feroferic (Fe3O4). Figura 9. Evidentierea defectelor prin defectoscopie cu pulberi magnetice. Pentru a evidentia mai bine aglomerările de particule in dreptul liniilor magnetice se pot adăuga substante colorate sau substante fluorescente. Ca medii de suspensii pentru pulberi magnetice se folosesc lichide (uleiuri de viscozitate mică, petrol lampant) sau aerul. Folosirea lichidelor duce la o imprăştiere mai uniformă a pulberilor magnetice pe suprafa_a de examinat. Prin procedeul defectoscopic cu pulberi magnetice pot fi evidentiate atat fisuri superficiale, figura 8a, cat şi fisuri sub stratul superficial, figura 9, pană la adancimi de maxim 6 mm. Procedeul este recomandat in special la piese cu geometrii complexe şi de dimensiuni mari, unde celelalte metode nu dau rezultatele scontate. Defectoscopia cu banda magnetic si sonda magnetica este aplicata cu succes pentru imbinarile sudate. Metoda pune in evident in principal natura defectelor din îmbinarea sudată. Curenţi turbionari(et) Principalii factori care influenteaza metoda de control cu curenti turbionari sunt: efectul pelicular; frecventa; permebilitatea magnetic; conductivitatea electrica; distanta conductor piesa; efectul de margine; Fazele examinarii cu curenti turbionari sunt urmatoarele; alegerea sistemului de bobine calibrarea desfasurarea controlului evaluarea si interpretarea semnalelor Metoda constă în inducerea unor curenţi turbionari în pereţii ţevii controlate. Câmpul magnetic al curenţilor turbionari induşi, datorită prezenţei unor discontinuităţi şi neomogenităţi în 32

33 material, modifică impedanţa bobinei de măsurare, ceea ce afectează amplitudinea şi faza curenţilor turbionari. Amplitudinea, defazajul şi adâncimea de pătrundere a curenţilor turbionari, depind de amplitudinea şi frecvenţa curentului de excitaţie, de conductibilitatea electrică, de permeabilitatea magnetică a materialului, de forma piesei controlate, de poziţia relativă a bobinelor faţă de piesă, precum şi de omogenitatea materialului controlat. Testarea cu curenti turbionari (ET) Procesul de control nedistructiv cu curenti turbionari se bazeaza pe evidentierea unor modificari ale proprietatilor fizice ale obiectului de control cu ajutorul unui camp magnetic alternativ sau in miscare. Practic, piesa de controlat, avand o anumita conductivitate electrica, o anumita permeabilitate magnetica si dimensiune, se aduce in zona de interactiune cu un camp magnetic alternativ, produs de o bobina de control parcursa de curent. Campul alternativ al bobinei de control induce in piesa curenti turbionari, care la randul lor produc un camp magnetic alternativ, conform legii lui Lenz opus campului originar al bobinei de control. Ea depinde de aranjamentul de masurare, de frecventa, de proprietatile electrice si magnetice, precum si de dimensiunile piesei. Metoda mai este denumită şi a curenţilor Foucault după numele fizicianului francez Léon Foucault care a descoperit fenomenul în anul 1851 Dezvoltarea metodei se datoreaza lui Förster, care a extins teoria curentilor turbionari, stabilind criteriile de separare a factorilor de interes, construind totodata si primele traductoare sonda de masurare. Metodele electromagnetice de control prin curenti turbionari se bucura de un larg camp de aplicatii, atat in defectoscopie cat si in receptia si sortarea prefabricatelor, evidentierea modificarilor superficiale de structura in urma tratamentelor termo mecanice chimice, precum si la masurarea de grosimi. Aplicarea lor impune prelucrarea fina a suprafetei piesei, fie pentru mentinerea unei distante absolut corespunzatoare in raport cu bobina sonda de control, fie pentru obtinerea unei suprafete de asezare lipsita de rugozitati perturbatoare. Datorita efectului pelicular, campul variabil secundar urmareste in mod riguros conturul piesei, iar adincimea de patrundere, dependenta de frecventa este relativ mica. De aceea, metoda se recomanda cu predilectie pentru detectarea defectelor deschise la suprafata. Controlul cu ajutorul curentilor turbionari se aplica in aceeasi masura si la materialele feromagnetice si la cele neferomagnetice. Se mentioneaza, printre altele, posibilitatile de folosire la examinarea prefabricatelor din fibra de carbon sintetic intrebuintate frecvent in aviatie si tehnici aerospatiale. De asemenea, metoda curenţilor turbionari este folosită ca o alternativă sau extensie a controlului nedistructiv cu particule magnetice, fiind utilizată, în special, pentru controlul ţevilor cu diametrul exterior de maximum 140 mm. Sensibilitatea metodei este maximă la grosimi de perete de până la 5 mm. O dată cu creşterea grosimii pereţilor, scade eficienţa metodei de evidenţiere a defectelor interne, ea rămânând eficace pentru evidenţierea defectelor de suprafaţă şi din imediata apropiere a acesteia.cum pentru inducerea curentilor nu este necesar contactul cu piesa, metoda se preteaza la mecanizare si automatizare. Sondele si accesoriile sunt concepute intro mare varietate de forme si dimensiuni, adaptinduse pe de o parte, la forma si dimensiunile piesei, iar pe de alta parte la principalii factori de influenta. Metoda este indicata in cazul controlului defectoscopic de mare finete, domeniul de detectabilitate situanduse in limitele mm. In figura 10 se prezinta inducerea unui curent turbionar intrun material: 33

34 Figura 10: Generarea unui curent turbionar in materialul de test Un tip de aparat folosit pentru testarea cu curenti turbionari este unul ZETEC MIZ 21B care are urmatoarele caracteristici: circuit de suprimare a zgomotului convertor A/D 16 bit circuit analog de amplificare afisare impedanta coordonate XY afisaj care permite comparare a doua impedante in acelasi timp memorie non volatila cu 50 configuratii test si care suporta pina la 10 capturi imagini conductivitate si masurarea grosimii invelisului la 4 frecvente: 60, 120 si 480 khz frecventa intre 50 Hz si 8 MHz 2 frecvente independente pentru testare duala certificari MIL STD 810, CE mark si ISO 9001 Defectoscop ZETEC MIZ 21B Ultrasunete Ultrasunetele sunt vibraţii mecanice ale particulelor unui mediu elastic ale căror frecvenţe de oscilaţie sunt superioare pragului de percepţie al urechii umane 20KHz şi care se propagă în mediu sub formă de unde elastice. La baza obţinerii ultrasunetelor se află cel mai adesea fenomenul piezoelectric, efect descoperit de către Pierre şi Jacques Curie, în anul Posibilitatea utilizarii undelor ultrasonice pentru testari nedistructive sa recunoscut de abia in anii '30, in Germania de catre Mulhauser, Trost, Pohlman, iar in Rusia de catre Sokoloff, acestia folosind tehnici variate cu unde continue. Echipamentul de detectie sa dezvoltat bazanduse pe principiul interceptarii energiei ultrasonice de catre o discontinuitate aflata in calea fascicolului ultrasonic. Aceasta tehnica a fost cunoscuta mai tarziu sub denumirea de metoda prin transmisie. Un sistem ingenios de transmisie a fost dezvoltat de catre Pohlman. Acesta se baza pe producerea de imagini ca niste umbre ale defectelor interne. Mai tarziu sau perfectionat cateva tipuri de astfel de detectori. In timpul perioadei de inceput examinarea cu ultrasunete era destul de limitata deoarece metoda prin transmisie necesita accesul la ambele 34

35 fete ale materialului testat. Nu a fost gasita o practica mai buna pana cand Firestone a inventat aparatul ce utilizeaza trenul de pulsuri ultrasonice, obtinand reflexii de la discontinuitatile din materialul testat. Acest aparat, pe care el la numit "reflectoscopul ultrasonic" sa dezvoltat rapid datorita perfectionarii instrumentatiei ultrasonice. In anii '40 acest aparat era un lider al aparatelor ultrasonice de detectie a defectelor, atat in Statele Unite ale Americii cat si in afara acestora. In aceeasi perioada, echipamentul de testare ultrasonica a fost dezvoltat independent de catre Sproule, in Anglia. Aplicatii ale acestei metode au aparut in scurt timp, in productie inspectia ultrasonica fiind aplicata in cadrul examinarii calitative in metalurgie. Cercetarile au continuat, Firestone fiind din nou cel care a adus majoritatea contributiilor importante impreuna cu asociatii sai de la Universitatea Michigan, ei preocupanduse de investigarea mecanismului de functionare al traducatorilor, posibilitatea utilizarii undelor de forfecare, aplicatiile Rayleigh, ale undelor Lamb, metoda rezonantei pentru masuratori de grosime etc. Deoarece metoda ultrasonica este bazata pe fenomene mecanice, in particular ea este adaptata determinarii structurii materialelor tehnice. Principalele aplicatii ale acestei metode sunt: determinarea discontinuitatilor, masurarea grosimilor, determinarea modului de elasticitate, studiul structurii metalurgice. Avantajele acestei metode sunt urmatoarele: sensibilitatea mare de detectie, putere de penetrare mare (permitand examinarea unor grosimi foarte mari), acuratete in determinarea pozitiei discontinuitatii si estimarea marimii acesteia, raspuns rapid, metoda pretanduse la automatizare, accesul numai dintro singura parte a materialului test Metoda ultrasonica are totusi limitari cum ar fi: geometria nefavorabila a produsului testat (marime, contur, complexitate si orientare a discontinuitatilor), structura interna nefavorabila (granulatie mare, porozitati structurale, incluziuni etc). In zilele noastre examinarea cu ultrasunete acopera un domeniu foarte larg de investigare, cum ar fi: industria metalurgica, energetica, aeronautica, constructoare de masini, constructii transporturi etc.metoda este bazată pe undele mecanice (ultrasunete) generate de un element piezomagnetic excitat la o frecvenţă cuprinsă de regulă între 2 şi 5 Mhz. Controlul presupune transmiterea, reflexia, absorbţia unei unde ultrasonore ce se propagă în piesa de controlat. Fasciculul de unde emis se reflectă în interiorul piesei şi pe defecte, după care revine către defectoscop ce poate fi în acelaşi timp emiţător şi receptor. Poziţionarea defectului se face prin interpretarea semnalelor.metoda prezintă avantajul de a găsi defectele în profunzime datorită unei rezoluţii ridicate, însă este lentă datorită necesităţii de scanare multiplă a piesei. Uneori este necesară executarea controlului pe mai multe suprafeţe ale piesei. Metoda de control prin ultrasunete este foarte sensibilă la detectarea defectelor netede. Unde. Tipuri de unde Oscilaţiile mecanice întrun mediu material format dintro mulţime de puncte legate între ele prin forţe elastice se propagă sub formă de unde elastice. Propagarea ultrasunetelor Modurile de propagare se definesc în funcţie de două direcţii şi anume: direcţia de propagare a undelor şi direcţia de oscilaţie a particulelor materiale. În funcţie de acest criteriu, se disting următoarele: Modul de propagare longitudinal (unde longitudinale); Modul de propagare transversal (unde transversale); Modul de propagare la suprafaţă (unde de suprafaţă); Modul undelor de placă (unde Lamb). 35

36 Domenii de aplicabilitate a ultrasunetelor Numeroase aplicaţii tehnologice ale ultrasunetelor sunt cunoscute în domeniul medicinei, al industriei metalurgice, aerospaţială, navală şi alimentară, etc. Printre numeroasele arii de aplicabilitate a ultrasunetelor, se numără şi defectoscopia cu ultrasunete. Utilizarea acestei metode de investigare nedistructivă permite stabilirea existenţei defectelor de tipul: fisuri, goluri, incluziuni, localizate în interiorul unor piese metalice masive, astfel încât să nu le fie afectată integritatea. Analiza dinamicii ideilor în domeniul testărilor nedistructive, în special domeniul testărilor cu ultrasunete, permite următoarele: se poate aplica materialelor metalice şi nemetalice, capabile să propage unde ultrasonice cu frecvenţe cuprinse între 1 şi 20 MHz. proprietăţile ultrasunetelor au determinat ca metoda de investigare cu ultrasunete să fie utilizată pentru numeroase aplicaţii tehnologice şi anume: identificarea şi evaluarea mărimii defectelor (defectoscopie); măsurarea grosimilor; a constantelor elastice; determinarea durităţii materialului; măsurarea densităţii, a debitului; măsurarea vâscozităţii; determinarea tensiunilor remanente; au aparut tehnici noi, prin care se caracterizează diferite tipuri de materiale, detectează, localizează şi măsoară defecte, pot determina o întreagă gamă de evenimente cu urmări mai mult sau mai puţin periculoase. Mărimi caracteristice şi parametrii specifici În procesul de propagare a ultrasunetelor printrun mediu elastic, undele se caracterizează prin următorii parametri: perioada, frecvenţa ultrasunetelor, amplitudine, lungime de undă, viteză, energie acustică, intensitatea ultrasunetelor, impedanţă, reflexie, refracţie, dispersie, atenuare, difracţie, putere acustică. Atenuarea ultrasunetelor Undele ultrasonore care se propagă printrun material sunt recepţionate întotdeauna cu o anumită pierdere care se poate observa pe ecranul aparatului de investigat, prin diferenţa dintre amplitudinile impulsurilor de ecou succesive. Analiza materialelor utilizate în practica industrială a determinat consolidarea unei baze materiale formată dintrun set de probe din aluminiu şi oţel. Fiecărei probe i sau provocat diferite în acord cu tipul de experiment desfăşurat. Rezultatele procesului de investigare cu ultrasunete sunt influenţate, în cea mai mare parte, de reglarea şi verificarea aparaturii folosite în acest scop. Prin identificarea etaloanelor şi metodelor de etalonare specifice fiecărei aplicaţii, se urmăreşte buna funcţionare a aparatului şi a sensibilităţii acestuia care trebuie să rămână constantă pe parcursul testării. Asupra calităţii procesului de investigare cu ultrasunete exercită influenţe o multitudine de factori precum: definirea domeniului de lucru, alegerea traductorului, etalonarea scării de măsurare a distanţelor, controlul proporţionalităţii scării distanţelor, reglarea sensibilităţii, determinarea zonei moarte a traductorului, corecţia punctului zero, verificarea puterii separatoare în adâncime şi trasarea curbelor DAC/DGS pentru evaluarea mărimii defectelor. Evaluarea mărimii defectelor se face pe baza diagramelor DAC/DGS. Pricipiul metodei defectoscopiei cu ultrasunete Se bazează fie pe măsurarea intensitătii ultrasunetelor absorbite, fie pe măsurarea intensitătii ultrasunetelor reflectate. Din punct de vedere al controlului defectoscopic cu ultrasunete interesează practic frecventele cuprinse in domeniul 0,5 15 MHz. In aceste conditii, intră in discutie numai generarea acestora pe cale piezoelectrică. In cadrul procedeului prin transmisie se are in vedere componenta din undă ultrasonoră ce trece prin materialul de incercat. Pe o parte a piesei se fixează emitătorul ce lucrează pe bază de efect 36

37 piezoelectric invers, iar pe cealaltă parte receptorul ce lucrează pe bază de efect piezo direct, figura 11. In cazul existentei unui defect, ca urmare a reflexiei şi a absorbtiei, in dreptul lui intensitatea ultrasonoră este mai mică. In cadrul acestui procedeu există două zone de transfer ale sunetului: de la emitător in material şi de la material la receptor. Avantajul utilizării acestei metode constă in faptul că nu există pericolul suprapunerii undei reflectate peste cea incidentă. Ca dezavantaje trebuie specificate imposibilitatea localizării adancimii la care se găseşte defectul, necesitatea centrării perfecte a emitătorului fată de receptor, precum şi erori datorate imposibilitătii detectării unor defecte mici, datorită efectului de curbare convexă a umbrei. Figura 11. Principiul procedeului prin transmisie şi diferite forme de semnal caracteristice anumitor tipuri de defecte. In cadrul procedeului prin reflexie (impuls ecou) se măsoară parametrii undei reflectate. In emitător (receptor) se emite la inceput un tren de impulsuri scurte prin efect piezoelectric invers şi pe urmă acesta trece rapid, inainte de intoarcerea undei reflectate (ecou), pe pozitie de receptor (lucru in regim piezoelectric direct). Principal pentru o piesă omogenă fără defecte există două reflexii, figura 12, una la intrarea in materialul examinat şi una la ieşirea din materialul examinat. La prezenta unui defect există trei reflexii: una la intrare, (a), una de pe defect, (b) şi una de pe fundul piesei. Prin corelarea distantei (d) dintre semnalul de intrare şi semnalul reflectat cu viteza de propagare a ultrasunetului in materialul de incercat, se poate determina adancimea (h) la care se găseşte defectul, iar prin etalonarea inăltimii (1) a semnalului se pot trage concluzii asupra dimensiunii defectului. Forma semnalului oferă informatii asupra dimensiunii şi formei defectului. In acest sens sunt edificatoare situatiile prezentate in figura 12. Aprecierea mărimii şi formei defectelor depinde in mare măsură de cunoştintele şi experienta examinatorului, indicatiile pe ecran fiind foarte diferite in functie de orientarea defectului fată de axa de propagare a undei sonore. 37

38 Figura 12. Principiul procedeului prin reflexie şi diferite forme de semnal, caracteristice anumitor tipuri de defecte. Regula de aur pentru defectoscopia ultrasonoră este: defectele se cercetează intotdeauna perpendicular. Odată găsit un defect, pe baza identificării ecoului se modifică unghiul de incidentă a undei sonore atat timp pană cand acesta prezintă o inăltime maximă. In aceste conditii acest defect are intinderea maximă perpendicular pe directia de incidentă a undei. 38

39 Modificarea caracteristică ecoului defectului la schimbarea pozitiei palpatorului poartă denumirea de dinamica ecoului. Mai recent se culeg informatii importante despre dimensiunea, forma şi pozitia defectului prin analiza de frecventă şi amplitudine, metoda cunoscută sub denumirea de defectoscopie sonoră. Prin intermediul ultrasunetelor se mai poate determina grosimea peretilor. Palpatorul emite continuu unde ultraacustice in materialul cercetat, undele sunt reflectate de peretele opus al piesei examinate dacă grosimea acestuia indeplineşte conditia de rezonantă. Se formează unde stationare ce au un efect uşor sesizabil asupra oscilatorului piezoelectric. Aparate utilizate la controlul nedistructiv cu ultrasunete. a) Aparat de investigare cu ultrasuneteuslt 2000 Aparatul de investigare cu ultrasunete se compune dintrun sistem de operare/programare (un calculator), o interfaţare card PCMCIA USLT 2000, generatorul de ultrasunete, traductorul piezoelectric cu rol de emiţător/receptor, cablul de conexiune şi interfaţa de operare USLT 2000 (vezi fig. 13). Aparatul de investigare ultrasonicăuslt 2000, utilizat pentru efectuarea cercetărilor experimentale, dispune de alte 4 aplicaţii software care pot fi instalate opţional. Dintre aceste aplicaţii fac parte următoarele: Effective Hardening Testing (EHT) utilizată pentru măsurarea adâncimii stratului durificat; Fast Fourier Transformation (FFT) utilizată pentru analiza spectrului de frecvenţă; Resonance Thickness Measurement (RTM) pentru măsurarea straturilor subţiri şi UltraLOG folosită pentru verificarea sudurilor în puncte Fig.13. Aparat de investigare cu ultrasunete USLT 2000 b) Aparat de investigare cu ultrasunete USM 35X USM 35X, este un alt aparat de investigare cu ultrasunete, utilizat pentru detectarea defectelor de profunzime, care este uşor de manevrat, portabil, adaptat pentru: localizarea şi evaluarea defectelor în material; măsurarea grosimii pereţilor; stocarea rezultatelor testărilor Fig. 14 Aparat de investigare cu ultrasunete USM 35X 39

40 1 butoane rotative pentru reglarea amplificării sau pentru selecţia funcţiilor; 2 selectarea funcţiilor;3 mâner sau suport de sprijin; 4 mufă de conectare a traductorului (transmiţător/receptor); 5 interfaţă de operare Traductori ultrasonici Traductorii ultrasonice diferă de la unul la altul, după modul de utilizare prin: dimensiuni, frecvenţă, lăţimea benzii şi modul de construcţie. În figura 15. se prezintă câteva forme tipice de execuţie a traductorilor ultrasonici Fig.15. Forme tipice de traductori ultrasonic În tabelul 12, se prezintă tipurile de cablu necesare pentru întreaga trusă de traductori Tabel 12. Cabluri de conexiune şi caracteristici de bază Model Lungime Impedanţă Tip de cablu [m] [ohm] conexiune CL : Microdot 2: LEMO 00 Imagine Observaţii MPKL : LEMO00 2: LEMO 1 SEKG : LEMO00 2: 2xLEMO1 SEKM : 2x Microdot 2: 2xLEMO1 Mediul de cuplare Mediile de cuplare cel mai des folosite în practica industrială sunt: apa, uleiul, vaselina, amestecul de glicerinăapă, mierea de albine, etc. De asemenea şi mercurul este un foarte bun mediu de cuplare, însă toxicitatea acestuia şi preţul destul de ridicat nul recomandă a fi utilizat. Pentru a îndeplini condiţiile de propagare, un cuplant trebuie să îndeplinească următoarele caracteristici: să aibă o bună adeziune la suprafaţa de examinare pentru a elimina aerul; să fie omogen, sa nu conţină particule solide sau bule de aer; să nu intre în reacţie chimică cu materialul de investigat; sa poată fi uşor de îndepărtat de pe suprafaţa de investigat 40

41 Instrumente utilizate pentru reglarea şi verificarea aparaturii de investigare cu ultrasunete Aplicabilitatea extinsă a testărilor nedistructivecu ultrasunete pentru piese de geometrii diferite a condus la dezvoltarea unei aparaturi complexe cu diverse accesorii, care să se asocieze cu orice tip de verificare şi anume: a) blocuri de calibrare, folosite pentru reglarea şi verificarea aparatului ultrasonic, al traductorilor şi al sistemului de investigare în ansamblu. b) blocuri de referinţă, folosite pentru aprecierea mărimii defectelor şi pentru verificarea anumitor parametri de lucru ai aparatului. Blocuri de calibrare Blocul de calibrare K1 este construit cu scopul de a obţine de la suprafeţe paralele şi curbe, de la cele două găuri cu diametrele de 1,5 mm şi 50 mm, precum şi de la cele două fante practicate în bloc, ecouri de referinţă bine definite în ceea ce priveşte distanţa parcursă în material. Fig.16. Bloc de calibrare K1 Blocul de calibrare K2, la fel ca şi blocul de calibrare K1, este confecţionat din oţel carbon şi s a impus în practica industrială odată cu utilizarea pe scară tot mai largă a traductoarelor miniaturale înclinate. Acest bloc este folosit pentru controlul îmbinărilor sudate. Fig.17. Bloc de calibrare K2 Blocuri de referinţă Blocurile de referinţă sunt în număr foarte mare, au dimensiuni şi forme variate, care stabilesc anumite cerinţe pentru un domeniu de verificare bine definit. Pentru realizarea cercetărilor experimentale proprii în domeniul testărilor nedistructive cu ultrasunete, au fost construite 5 blocuri de referinţă din aluminiu. 41

42 Fig 18. Blocuri de referinţă (aluminiu) În figura 18 este prezentătă imaginea blocurilor de referinţă construite pentru etalonarea şi verificarea aparatului de investigare cu ultrasunete USLT Identificarea factorilor determinanţi la investigarea ultrasonică a pieselor din materiale metalice definirea domeniului de lucru alegerea traductorilor etalonarea scării de măsurare a distanţelor controlul proporţionalităţii scării distanţelor reglarea sensibilităţii determinarea zonei moarte a traductorului ultrasonic corecţia punctului zero verificarea puterii separatoare în adâncime stabilirea mărimii defectului cu ajutorul diagramelor DAC/DGS Analiza sistemică a procesului de investigare cu ultrasunete Deoarece, în prezent, majoritatea problemelor legate de producţie, fabricaţie şi tehnologie se află sub influenţa unui număr mare de factori tehnici, economici şi sociali, atunci apare necesitatea unei abordări sistemice. La organizarea factorilor care influenţează procesul de investigare cu ultrasunete, se poate observa că o serie de factori sunt consideraţi intrări, alţii ieşiri, iar unii sunt consideraţi factori perturbatori si anume: Factori perturbatori: structura materialului şi proprietăţile fizicochimice; starea suprafeţei de investigat ultrasonic; geometria şi dimensiunile piesei; viteza de propagare a ultrasunetelor; forma sau orientarea defectelor; rugozitatea defectelor; vibraţii, zgomot; temperatură; Parametrii de intrare: parametrii de precizie ai sistemului de investigare cu ultrasunete; parametrii materialului piesei de investigat (compoziţie chimică, structură, etc.); parametrii geometriei suprafeţei de examinat (dimensiunile, forma şi rugozitatea suprafeţei); parametrii mediului de cuplare (vâscozitate, compoziţie chimică); parametrii sistemului de calibrare (amplificare, domeniu de lucru); 42

43 Parametrii de ieşire: parametrii piesei (grosimea piesei, mărimea stratului durificat); parametrii defectului (distanţa pănă la defect, mărimea echivalentă, tipul defectului); parametrii ecourilor reflectate (amplitudine, distanţă, etc.); diagrama DAC/DGS pentru evaluarea mărimii defectelor; frecvenţa şi viteza de propagare a ultrasunetelor; zona moartă a traductorului; atenuarea ultrasunetelor în material; Lichide penetrante Defectoscopia cu lichide penetrante este o metodă de control nedistructiv a materialelor metalice sau nemetalice prin care se urmăreşte punerea în evidenţă a defectelor de suprafaţă sau din imediata vecinătate a suprafeţei şi care comunică cu exteriorul (SR ISO ). Controlul cu lichide penetrante constă în aplicarea pe suprafaţa supusă controlului a unui lichid cu calităţi bune de penetrare care pătrunde în discontinuităţile superficial şi le pune în evidenţă prin contrast, cum ar fi: pori, fisuri, crăpături şi rupture, producanduse datorită efectului de capilaritate. Regula de bază pentru aplicarea acestui procedeu in scop defectoscopic este următoarea: intotdeauna defectul trebuie să plece de la suprafată, intrarea in defect trebuind să fie neacoperită. Substantele chimice folosite trebuie să fie compatibile cu materialul de incercat, netrebuind săl degradeze. Developarea penetrantului are loc datorită efectului de absorbţie care, tot prin capilaritate, va absorbi o parte din lichidul penetrant reţinut în defect şi va scoate în evidenţă locul şi forma defectului. Pentru aplicarea acestei metode se foloseşte un set de lichide penetrante, compus din: degresant, penetrant şi developant. Cu ajutorul lor pot fi detectate trei categorii de defecte şi anume: defecte ale materialelor obţinute prin turnare, laminare, forjare, tragere etc.; defecte ale pieselor rezultate în procesul de fabricaţie prin sudare, lipire, presare, aşchiere etc.; defecte apărute în procesul de exploatare a pieselor: fisuri la oboseală, crăpături, rupturi, uzuri etc. Cele mai folosite metode de control cu lichide penetrante sunt: metoda colorării, la care contrastul pentru evidenţierea defectelor este un contrast de culoare roşie pe fond alb. metoda fluorescenţei, la care contrastul pentru evidenţierea defectelor se obţine prin examinarea în lumină ultravioletă, fiind de obicei galbenverde pe fond închis sau violet; metode radioactive, la care defectele se pun în evidenţă prin impresionarea unui film de către substanţe radioactive. metoda activării cu ultrasunete la care penetrabilitatea este asigurată cu ajutorul vibraţiilor ultrasonice produse de emisia acestora în mediul de penetrare. Lichidele penetrante utilizate se clasifică după următoarele criteria: după contrast, în: penetranţi coloranţi; penetranţi fluorescenţi; penetranţi radioactivi. după solubilitate, în:penetranţi solubili în apă, penetranţi solubili în solvenţi organic, penetranţi cu post emulsionare. Cel mai frecvent se utilizează penetratorii coloranţi şi fluorescenţi, solubili în apă Cei solubili în solvenţi organici sunt calitativ superiori celor solubili în apă. Developanţii utilizaţi sunt fie sub formă de pulbere, fie sub formă de suspensie. În principiu, controlul cu lichide penetrante presupune realizarea a şapte etape (faze) succesive, figurile

44 Figura 18. Fazele defectoscopiei cu lichide penetrante. Este una dintre cele mai raspandite metode de examinare nedistructiva datorita costurilor mici, sensibilitatii ridicate si gamei largi de defecte detectabile (defecte de suprafata, din apropierea suprafetei care comunica cu exteriorul, de etanseitate) si datorita aplicabilitatii extinse la o gama de material fara restrictii referitoare la caracteristicile magnetice sau electrice. In mod uzual, in planurile de examinare nedistructiva, examinarea cu lichide penetrante se situeaza pe locul 2 dupa cea opticovizuala, pentru materiale nemagnetice. este una dintre cele mai utilizate metode de control nedistructiv, permite detectarea discontinuitatilor de suprafata in materialele neporoase; poate fi aplicata oricarui tip de material (magnetice sau nemagnetice); este portabile; poate fi folosita in controlul proceselor de fabricatie Defectele de suprafata puse in evidenta,vezi figura 19 44

45 Figura 19Defecte puse in evidenta Descrierea operatiilor: un rol deosebit de important in metoda controlului cu lichide penetrante o are pregătirea suprafeţei supusă controlului. Ea are drept scop îndepărtarea murdăriei, oxizilor şi substanţelor grase de pe suprafaţa probei, astfel încât să se asigure accesul penetrantului la cavităţile defecte, cu condiţia de a nu se produce închiderea sau mascarea defectelor. depunerea penetrantului pe suprafaţa de controlat (penetrarea constă în aplicarea şi menţinerea penetrantului, pe suprafaţa piesei, o perioadă de timp necesară pătrunderii acestuia în defectele existente în material. Timpul de menţinere se numeşte timp de penetrare şi este specific fiecărui lichid penetrant. indepărtarea excesului de penetrant de pe suprafaţa controlată se face cu ajutorul unui solvent specific penetrantului. O parte din lichidul penetrant rămâne în cavităţile defectelor. developarea se realizează prin depunerea, pe suprafaţa controlată, a unui developant care nu este altceva decât o substanţă cu capacitate mare de absorbţie a lichidelor. De obicei, această substanţă este o pulbere foarte fină care poate fi depusă pe suprafaţa piesei prin pulverizare sau prin presărare. Pentru a se putea pune prin pulverizare, această pulbere se găseşte în suspensie întrun lichid uşor volatil. La scoaterea în evidenţă a defectelor este necesar a se aştepta un anumit timp de developare, care este specific fiecărui developant. Mărimea şi aspectul petei de culoare ce apare pe developantul depus pe piesă indică prezenţa defectului şi, întro anumită măsură, mărimea şi forma lui. examinarea defectelor observate şi înregistrate. Desf ăşurarea lucrării Operaţiile ce trebuie efectuate pentru obţinerea unor rezultate concludente sunt: pregătirea suprafeţei.suprafaţa de control trebuie să fie uscată şi curăţată de oxizi, zgură, nisip, şpan, grăsimi, uleiuri, vopsea şi impurităţi si se realizeaza prin: insuflare cu aer sau apă sub presiune; spălare cu jet de apă pentru îndepărtarea impurităţilor mecanice; spălarea cu solvenţi organici pentru îndepărtarea impurităţilor organice (grăsimi, uleiuri,vopsele etc.); decaparea în băi acide sau bazice.după spălare se recomandă uscarea suprafeţelor cu jet de aer cald pentru a nu rămâne solvenţi în defecte. aplicarea penetrantului.se depune pe suprafaţa de examinat un strat subţire şi uniform de penetrant. Depunerea se poate face prin pulverizare, imersie, pensulare sau prin reţinere electrostatic.timpul de penetrare este în funcţie de calitatea penetrantului, materialul examinat şi temperatură.el este cuprins între 5 şi 20 minute pentru cei solubili în apă. Îndepărtarea excesului de penetrant.se face prin clătire cu apă, dacă penetrantul este solubil în apă, sau prin operaţii succesive de ştergere pentru penetranţii solubili în solvenţi organici. Operaţia se execută până la dispariţia fondului colorat sau fluorescent. 45

46 Ea se efectuează numai după trecerea timpului de penetrare sau de emulsionare. Suprafaţa se usucă natural sau prin suflare cu aer cald. aplicarea developantului. Developantul de tip pulbere se aplică prin presărare, pulverizare sau electrostatic, urmărinduse obţinerea unui strat cât mai uniform şi fin. Developanţii de tip suspensie se aplică prin pulverizare, imersie sau pensulare. Cei mai des folosiţi developanţi solizi sunt oxidul de magneziu, silicagelul, talcul, creta etc. Timpul de developare poate fi cuprins între 0,5şi 1 din timpul de penetrare. Pulberea trebuie să aibă o granulaţie fină, cuprinsă între 4şi 5μm. Examinarea suprafeţelor.se face în funcţie de metoda de control aplicată. Suprafeţele controlate cu penetranţi coloranţi se face la lumină difuză iar la cele controlate fluorescent se examineazăîn lumină ultravioletă Interpretarea rezultatelor şi menţiuni în buletinul de analiză.defectele liniare, cum sunt unele fisuri, suprapunerile şi lipsa de pătrundere a materialului apar sub formă de linii continui. Fisurile redeschise apar sub formă de linii întrerupte, iar fisurile fine, de oboseală sau la rece, apar sub formă de linii punctate. Porii apar sub formă de puncte izolate sau grupate. Poziţia şi forma defectelor se poate înregistra prin fotografiere sau schiţare.în buletinul de analiză se va specifica: tipul lichidelor penetrante şi producătorul temperatura mediului ambient şi a piesei examinate; modul de curăţire a piesei; timpul de penetrare; eventualele defecte identificate. Examinare cu lichide penetrante. 1Defect nevizibil; 2Aplicarea penetrantului; 3Îndepărtarea excesului de penetrant; 4Defect vizibil 46

47 Figura 20. Defecte specifice şi modul de evidentiere a acestora de către developant. 47

48 5.3 METODE DE DETERMINARE A COMPOZITIEI SI STRUCTURII MATERIALELOR O caracterizare completă a unui aliaj sau metal tehnic nu este posibilă fără cunoaşterea compozitiei şi a concentratiei diferitelor elemente de aliere sau impurităti care le compun. In acest scop sunt folosite la ora actuală tot mai mult procedeele analitice instrumentale. Fată de metodele chimico analitice clasice, procedeele de analiză instrumentală au avantajul principal de a fi rapide, complet automatizabile şi posibil de a fi cuplate la calculator, in vederea prelucrării datelor rezultate din incercări. Determinările calitative (de compozitie) vizează punerea in evidentă a naturii tuturor componentelor dintrun aliaj metalic, iar determinările cantitative (de concentratie) vizează stabilirea concentratiei componentelor aliajului respectiv Analiza spectrală Analiza spectrală reprezintă un şir de procente de investigare a compozitiei şi concentratiei substantelor şi materialelor ce se bazează pe cercetarea şi analiza fenomenelor ce apar ca urmare a actiunii reciproce dintre radiatiile electromagnetice sau/şi particule elementare şi proba de analizat. In tabelul 13 sunt prezentate principalele domenii de utilizare a spectroscopiei la materialele metalice. Prin inregistrarea intensitătii (frecventei) semnalelor ce apar ca urmare a acestei interactiuni, in functie de energie (lungime de undă), se obtine un spectru. Pierderea sau acceptarea de energie se face numai sub formă discretă, la nivelul invelişurilor electronice ale atomilor, ceea ce duce la aparitia unor spectre de linii la diferite energii (lungimi de undă). La molecule, pe langă tranzitiile electronice mai apar şi tranzitii de rotatie şi de vibratie, care generează la randul tot spectre specifice. Tabelul 13. Exemple de utilizare pentru spectroscopiei la materialele metalice. Metoda spectroscopică Spectroscopie de emisie atomică Spectroscopie de absorbtie atomică Spectrofotometrie Materialul de analizat Metale, aliaje metalice, minereuri, sticlă, ceramică, nisipuri de turnătorie Oteluri, aliaje neferoase In special pentru materiale anorganice Elemente de analizat Elemente de aliere, urme, metale alcaline, elemente alcalinopămantoase Urme şi elemente de aliere Urme, elemente de aliere pentru otel,elemente de aliere la neferoase Problematica analitică Analiză medie Analiză medie Analiza urmelor in sensul unei analize medii Domenii de utilizare Determinări curente ale elementelor de aliere şi analiza urmelor. Control de calitate uzinal. Supravegherea automată a proceselor metalurgice prin pregătire specială a probelor posibilitatea determinării elementelor la limita de fază şi la limita de grăunte Determinări curente ale urmelor şi elementelor de aliere in industrie. Analiza urmelor in controlul calitătii mediului Continutul in elemente, caracterizarea materialelor Analiză de Oteluri, Urme,elemente de Analiză medie Determinări curente ale 48

49 fluorescentă Rontgen Microanaliză cu fascicul de electroni Spectroscopie cu fotoelectroni Spectroscopie cu electroni Auger Spectroscopie Mosbauer aliaje neferoase Faze intermetalic, semiconduct ori, aliaje neferoase Toate tipurile de materiale Toate tipurile de materiale In special pentru materiale feroase aliere cu număr de ordine Z 11 Pentru elemente de aliere cu număr de ordine Z 4 Pentru elemente cu număr de ordine Z 2 Pentru elemente cu număr de ordine Z 2 In principal Fe şi Sn Analiza de repartitie, domenii de omogenitate, compozitia stoechiometric ă a separărilor Analiză medie şi de repartitie in domeniul superficial şi a straturilor subtiri Analiza medie şi de repartitie in domeniul superficial şi al suprafetelor de rupere Starea de deformare, analiza de structură, analiza de suprafată urmelor şi elementelor de aliere in industrie. Supravegherea automată a proceselor metalurgice in industrie. Determinări curente in industria extractivă de minereuri Caracterizarea segregatiilor, investigarea constructiei limitelor de fază precum şi determinarea proprietătilor tehnologice de interes, studiul problematicii difuziei la tratamente termochimice Determinări de suprafată şi de suprafete de separare,starea suprafetei, produse de coroziune Contaminări, procese de fragilizare, segregări, normalizări Coroziune, analiză de fază, separări Metodele spectroscopice de investigare se pot clasifica conform figurii

50 Figura 21. Clasificarea metodelor spectroscopice. Pentru vizualizarea, inregistrarea, examinarea şi analiza spectrelor se folosesc aparate specializate cunoscute sub denumirea de spectroscoape. Indiferent de tipul de spectroscopie, structura unui spectroscop include intotdeauna sursa de radiatie, proba de analizat şi sistemul de vizualizare şi inregistrare, figura 22. Figura 22. Structura de bază a unui spectroscop; a spectroscop de emisie, b spectroscop de absorbtie.] Metode electrochimice de analiză Metodele electrochimice pentru determinarea compozitiei şi concentratiei au la bază fenomenele electrochimice (figura 23).Din punct de vedere al analizei instrumentale, metodele electrochimice sunt de preferat altor metode, deoarece prezintă avantajul mărimilor de intrare de natură electrică, ceea ce permite o prelucrare şi o procesare mult mai bună şi mai uşoară a informatiei rezultate din măsurare. In urma trecerii curentului electric prin solutii de electroliti, la cei doi electrozi au loc reactii de electrod denumite reactii electrochimice. Pe langă reactiile electrochimice propriuzise, pe electrod se desfăşoară şi fenomene de transport şi fenomene de transfer de căldură, motiv pentru care ansamblul acestor manifestări poartă denumirea de procese de electrod. Procesele de electrod au loc intotdeauna cu transfer de electroni, deci sunt reactii de oxidoreducere: 50

51 Electrogravimetrie Coulometrie Metode electrochimice de analiză Electrografie Potenţiometrie Voltametrie Conductometrie Figura 23. Clasificarea metodelor electrochimice de analiză Metalografia Metalografia este ştiinta structurii metalografice a metalelor şi aliajelor. Spre deosebire de chimie, care studiază compozitia chimică, metalografia studiază aspecte fizice legate de structură, ajungand pană in domeniul fizicii moleculare şi a fizicii descriptive. Studiile metalografice sunt importante, printre altele, la studiul: recoacere, imbătranire, recristalizare); tarea cristalelor); aturilor superficiale obtinute prin călire superficială, tratamente termochimice, depuneri galvanice, depuneri in vacuum, cordoane de sudură etc.; gatii, microretasuri, incluziuni de zgură, fisuri, etc.); In metalografie probele se pot caracteriza;prin: Analiza microscopică se face cu microscoape optice, cu puterea de mărire de maximum 1200 sau cu microscoape electronice cu puterea de mărire de pană la cateva sute de mii de ori. Analiza macroscopică se face cu ochiul liber sau cu lupe sau alte dispozitive optice ce au puterea de mărite de maxim

52 Analiza microscopică Analiza microscopică se referă la metodele optice, optoelectronice sau electronice de analiză structurală şi de microtopografie a suprafetei. Se imparte in două categorii mari: microscopia optică microscopia electronică Scopul microscopiei este acela de a face vizibile clar două puncte apropiate de pe o probă sau de pe un obiect, care in mod obişnuit nu pot fi distinse cu ochiul omenesc. Analiza microscopică se efectuează cu aparate denumite microscoape. Posibilitătile unui microscop referitoare la selectivitate, claritate, ordin de mărire sunt definite printro serie de mărimi specifice: rezolutia (puterea de separare pe orizontală); puterea de mărire; rezolutia pe adancime (puterea/adancimea de pătrundere). Rezolu1ia (puterea de separare pe orizontală) reprezintă distanta la care pot fi percepute clar şi distinct două puncte unul de celălalt: d=λ/a=λ/nsin λ unde: λ lungimea de undă a luminii folosite la iluminare; poate varia intre lungimea de undă a luminii albastre (400nm) şi lungimea de undă a luminii roşii (800nm); n indicele de refractie al mediului ce se găseşte intre probă şi lentila obiectivului; poate varia intre indicele de refractie a aerului (n=1) corespunzător microscopiei optice uscate şi indici de refractie supraunitari specifici unor substante lichide (microscopie in imersie), cele mai utilizate substan_e fiind uleiul de cedru (n=1,52), iodura de metilen (n=1,74) şi monobromnaftalină (n=1,66); α jumătatea unghiului de deschidere; 2α reprezintă unghiul format de două raze intre ele, care pleacă dintrun punct de pe proba de analizat, traversează lentila pe la marginea extremă a acesteia, cu conditia ca ele să ajungă in ocular. Teoretic, se poate atinge un unghi de 2α=180o. Practic acest unghi dublu poate fi de maxim 2α=144o, atunci cand lumina cade perpendicular pe probă; A apertura (A = nsinα); este de regulă gravată pe obiectivul optic al microscopului : A = 0,15; 0,49, etc. Din analiza relatiei de mai sus rezultă că cea mai mare rezolutie se obtine in următoarele conditii: folosirea celei mai mici lungimi de undă posibile (lumina albastră); folosirea unei substante de imersie (iodură de metilen); folosirea celui mai mare unghi de deschidere (α=72o). Puterea de mărire este dată de produsul dintre mărirea optică a obiectivului (Mob) şi mărirea optică a ocularului (Moc) M = Mob x Moc Rezolu1ia pe adancime (puterea/adancimea de pătrundere) este definită prin distanta (S) la care două puncte de pe probă, situate pe axa optică unul sub celălalt, mai pot fi distinse clar. Adancimea de pătrundere scade cu puterea de mărire şi cu creşterea aperturii (A): S=0.07/AM(1+1/M) [mm] 52

53 Microscopia optică Microscopia optică foloseşte lumina vizibilă, cuprinsă intre ultravioletul inalt şi infraroşul jos. Fenomenul de compunere a imaginii microstructurii examinate in ocularul unui microscop, pe un film fotografic sau fotoelementul CCD al unei camere de luat vederi este un fenomen complex, ingloband reflexii, refractii şi absorbtii de lumină. Din punct de vedere principial şi constructiv, un microscop optic este un ansamblu optomecanic, ce are ca scop obtinerea unui ordin de mărire cat mai ridicat, in conditiile unei rezolutii şi a unei adancimi de pătrundere cat mai bune. Partea optică a microscopului este formată din trei elemente principale: obiectivul (partea optică dinspre obiectivul examinat); ocularul (partea optică dinspre ochiul omenesc); sistemul de iluminare. Lumina provenită de la sistemul de iluminare este focalizată spre obiectul de examinat, de unde, prin transmisie sau reflexie, ajunge la ochiul omenesc, cu informatii optice despre structura sau microtopografia examinată. Microscoapele se impart, in consecintă, in două categorii mari: microscoape cu transmisie (microscoape biologice); microscoape cu reflexie (microscoape metalografice). In general, pentru analiza calitativă a materialelor sunt folosite in exclusivitate microscoape cu reflexie. La majoritatea microscoapelor, iluminarea probei se face de sus in jos, figura 24. La piese de dimensiuni mai mari se folosesc microscoape cu iluminare de jos in sus, care permit aşezarea directă a probei pe masa microscopului Figura 24. Schema optică a microscopului cu reflexie şi iluminare de sus in jos; 1probă, 2 obiectiv, 3ocular, 4oglindă semitransparentă. In vederea retinerii imaginilor ca document, sunt folosite la ora actuală atat aparate foto analoge cat şi digitale, cele din urmă avand posibilitatea racordării lor directe la calculatoare, permitand astfel o procesare şi o analiză optoelectronică a imaginii, deosebit de utilă in special pentru analiza cantitativă. In figura 25 este reprezentată schema de principiu a unui microscop echipat cu cameră video şi sistem de analiză optoelectronică a imaginii. 53

54 Figura 25. Sistem de analiză optoelectronică a imaginii; 1 microscop metalografic, 2 cameră de luat vederi, 3 monitor, 4,5,6 calculator, 7 imprimantă; Există situatii concrete cand este necesar studiul microscopic in conditii de temperatură ridicată sau scăzută. Asemenea studii sunt utile mai ales in fundamentarea şi analiza transformărilor de fază. In acest scop sunt folosite incinte termice sau frigorifice ecranate spre exterior, care sunt aşezate pe masa microscopului, in momentul atingerii temperaturii dorite realizanduse examinarea microscopică a structurii. Camera de incălzire, figura 26, este o incintă (1) inchisă şi vidată, prevăzută cu un geam de cuart (2) prin care se realizează examinarea probei (3). Incălzirea probei se face fie cu un rezistor, fie cu un inductor (4), iar măsurarea temperaturii cu un termocuplu (5) aflat in contact cu proba. Pentru a proteja obiectivul (6) al microscopului de radiatia termică se suflă aer comprimat, printrun ajutaj (7), intre obiectiv şi geamul de cuart. Figura 26. Schema de principiu a unei camere de incălzire destinată studiului microscopic al metalelor la temperatură ridicată; 1incintă vidată, 2geam de cuart, 3proba de studiat, 4 rezistor sau inductor; 5termocuplu, 6obiectiv,7ajutaj cu aer pentru răcirea obiectivului. De regulă, probele pentru studiul microscopic la temperatură ridicată trebuie numai lustruite şi nu necesită pregătirea chimică sau electrochimică a suprafetei de examinat, deoarece 54

55 coeficientii de dilatare diferiti fac ca grăuntii cristalini să se profileze clar din planul de şlefuire. Vidarea incintei termice (1) are ca scop impiedicarea oxidării suprafetei. Camera de răcire, figura 27 este folosită pentru răcirea probei de examinat pană in domeniul temperaturilor negative. Procedeul este important mai ales pentru analiza descompunerii austenitei reziduale in martensita tetragonală specifică otelurilor călite. Această transformare este legată de modificarea de volum, ceea ce face ca acele de martensită să se ridice practic peste planul de lustruire al probei, permitand o examinare microscopică comodă a structurii. Proba de examinat (1) se aşează pe un suport cilindric metalic (2), care intră in freonul (3) din vasul Dewar (4). Atat proba cat şi vasul Dewar se găsesc plasate intro incintă vidată (5), examinarea microscopică făcanduse prin geamul de cuart (6) şi obiectivul optic (7), măsurarea şi controlul temperaturii realizanduse cu termocuplul (8). In analiza materialelor de mare importantă este microscopia optică cantitativă, folosită pentru determinarea mărimii şi numărului de grăunti cristalini. Mărimea grăuntilor cristalini poate fi variată in limite foarte largi in functie de o serie de factori tehnologici: conditiile de turnare şi solidificare, de deformare plastică la cald sau la rece, ratament termic sau termomecanic, etc. Avand in vedere aceste dependente, pe baza măsurării mărimii grăuntilor se poate stabili cat de corect a fost aplicat un anumit procedeu tehnologic sau in ce măsură un material, cu o anumită mărime de grăunte, se pretează pentru o anumită prelucrare sau utilizare. Figura 27. Schema de principiu a unei camere de răcire destinată studiului microscopic la temperatură scăzută; 1probă, 2suport cilindric metalic, 3freon, 4vas Dewar, 5incintă vidată, 6geam din cuart, 7obiectiv, 8termocuplu; O structură metalografică ca imagine microscopică a unui plan care se găseşte in punctul focal al obiectivului nu spune totul despre mărimea reală a grăuntilor, intrucat a treia dimensiune a acestora, respectiv grosimea lor este inaccesibilă. Cu toate acestea, dată fiind uşurinta de aplicare a microscopiei şi datele satisfăcător de precise, sa convenit să se accepte, ca mărime a grăuntelui unui metal, suprafata cristalelor vizibile in planul de examinare, cu indicarea unei mărimi medii. Ca mărime medie se foloseşte fie suprafata medie a grăuntilor fie diametrul mediu a acestora. In situatia in care se cer precizii mai mari se pot face studii de distributie 55

56 statistică. Se recomandă ca pe fiecare probă să se facă trei măsurători ale căror valori se mediază. In ce priveşte ordinul de mărire ales, acesta se stabileşte in aşa fel incat, in campul vizual al ocularului sau al ecranului de examinare să apară cca de grăunti cristalini. Din punct de vedere tehnic, măsurarea mărimii grăuntilor cristalini poate fi efectuată prin determinarea: suprafetei medii; a diametrului mediu. Pentru determinarea suprafe1ei medii se proiectează structura pe un ecran, se conturează un anumit număr de grăunti printro linie continuă, se planimetrează suprafata totală (A) [mm2] a acestor grăunti şi se numără grăuntii (n) din perimetrul incercuit, figura 28. Suprafata medie a grăuntelui (Ā) in μm2 are valoarea: Ā=A10 6 /nm 2 Figura 28. Determinarea mărimii medii a grăuntelui cristalini; I material monofazic, II material multifazic; a) metoda cercurilor inscrise sau circumscrise, b) metoda planimetrării, c) metoda cantăririi. In cazul materialelor multifazice se apelează la una din metode: metoda cercurilor inscrise sau circumscrise unui grăunte; metoda cantăririi; metoda cercurilor circumscrise unui număr mare de grăunti. Metoda cercurilor inscrise sau circumscrise in jurul unui grăunte foloseşte şabloane cu cercuri, figura 28IIa, care se circumscriu sau se inscriu in conturul grăuntilor. Mărimea medie a suprafetei fazei A (ĀA) se determină prin raportarea suprafetei totale a fazei (AA) raportată la numărul (n) de grăunti numărati: Ā =A A /n Metoda cantăririi constă in executarea unei fotografii a structurii cercetate. Se decupează apoi conturul grăuntilor diferitelor faze şi se cantăresc decupajele, figura 28IIc. La grosimea şi densitatea hartiei fotografice masele decupajelor reprezintă corespondente exacte cu suprafata medie a grăuntelui. Metoda cercului circumscris unui număr mare de grăunti este deseori folosită pentru determinarea mărimii medii a grăuntilor cristalini. Un cerc cu suprafata (A) este proiectat peste o anumită zonă a structurii cristaline din campul vizual al microscopului, figura 29a. La inceput se numără grăuntii (n1) care se găsesc in interiorul cercului şi pe urmă grăunti (n2) tăiati de către cerc. Numărul de grăunti (n2) se inmulteşte cu 0,67, consideranduse că 67% din grăunti cristalini se găsesc in interiorul cercului. Pentru o anumită putere de mărire (M), suprafata medie a sectiunii grăuntelui (Ā) se determină cu relatia: Ā=A10 6 /(0.67n 2 +n 1 )M 2 [μm 2 ] 56

57 Figura 29. Metode grafice de stabilire a mărimii medii a grăuntelui; a) metoda cercului; b) metoda patrulaterului. Pentru determinarea diametrului mediu (Dm) al grăuntelui este folosită metoda patrulaterului (a liniilor). Metoda este utilă in special in cazul structurilor metalografice deformate plastic (prin laminare, extrudare, tragere etc.). Aplicarea metodei planimetrării sau a cercului unor asemenea structure conduce la erori mari. In cadrul acestui procedeu se proiectează sau se desenează peste structură cinci pană la zece linii paralele, de lungime L mm, cu distante egale intre ele, cuprinse intrun patrulater cu unghiuri drepte, figura 29b. Se numără grăuntii (n) tăiati complet de linii, primul grăunte tăiat numai partial de o linie se numără, iar ultimul grăunte tăiat partial nu se numără. Dacă (N) reprezintă numărul de linii şi (M) puterea de mărire, diametrul mediu (Dm) se determină cu relatia: D m = LN10 3 /nm [μm ] In situatia in care dimensiunile grăuntilor unei probe metalice analizate sunt foarte diferite sau in cazul in care se doresc determinări cu precizie mai mare se va realiza o situatie statistică. In acest scop grăuntii planimetrati se impart pe clase de dimensiuni. Cu clasele de dimensiuni şi cu numărul (n) de grăunti dintro clasă se reprezintă grafic distributia acestora, obtinanduse o histogramă de distributie (figura 30). Figura 30. Reprezentarea statistică a mărimii grăuntilor cristalini. O distributie de tip Gauss, de natura celei din figura 30, dă informatii edificatoare asupra ponderii unei anumite clase. In cazul in care sunt mai multe faze, distributia se realizează pe fiecare fază. Aşa cum sa mentionat deja, intrun plan de analiză metalografică apar numai 57

58 sectiuni prin cristalite care nu pot da o indicatie foarte exactă asupra volumului cristalului. Atunci cand trebuie făcută o evaluare mai exactă a volumului respectiv, a formei grăuntelui, trebuie folosite alte metode: analiza in puncte, analiza liniară sau analiza dimensională a grăuntilor dislocati. Analiza in puncte. Presupune determinarea volumului fazei (VA) din raportul dintre numărul total de puncte (NA) al unui rastru specific, ce cad pe componentul (A) şi numărul total de puncte (N) al rastrului, figura 31. Figura 31. Determinarea volumului mediu al grăun_ilor unei faze pe baza analizei in puncte (a) sau a analizei liniare (b). Analiza in puncte este preferată in cazul structurilor polifazice sau in a celor in care grăuntii cristalini sunt foarte fini.analiza liniară presupune deplasarea unei linii gradate inclinate de lungime (L) dea lungul structurii metalografice. Punctual de intersectie a liniei cu limita de grăunte, respectiv de fază, se numără, iar corzile respective se măsoară, in final realizanduse o clasificare după grupe de mărime. Mărimea medie a grăuntelui (L ) este definită ca medie aritmetică a lungimii corzilor. Pentru o structură monofazică ea se determină cu In cazul structurilor multifazice L=L/N L A =L A /N A L B =L B /N B unde: ( L A ) şi ( L B ) reprezintă lungimile totale ale corzilor din faza (A) respectiv din faza (B), iar (N A ) şi (N B ) reprezintă numărul corzilor din faza (A) respectiv din faza (B). Dat fiind faptul că, in cazul analizei liniare, volumul unei faze corespunde componentei liniare, partea volumului unei faze din volumul total este dată de raportul dintre lungimea totală a corzilor fazei respective L A raportată la lungimea liniei de scanare (L): V=L A /L Metodele de măsurare a mărimii grăuntelui tratate mai inainte, duc la determinări destul de exacte, insă sunt inadecvate unor determinări curente, in serie, datorită efortului mare in timp. In afară de aceasta, de multe ori sunt necesare aprecieri asupra numărului şi a distributiei impuritătilor sau a distributiei unor constituenti, aprecieri in general subiective. Pentru a oferi o metodă rapidă de măsurare a mărimii grăuntelui sau a unei incluziuni (de exemplu, a grafitului) şi pentru a reduce erorile de apreciere a distributiei impuritătilor, a grafitului, a carburilor ş.a. s au pus la punct serii de structuri etalon cu care se compară proba. Rationamentul care a condus la aceste considerente tine de faptul că omul percepe mai bine deosebirile decat valorile absolute. Metoda de lucru se bazează pe compararea structurii metalografice a probei cu structuri asemănătoare, clasificate in trepte, după mărimea şi/sau distributia grăuntilor cristalini. 58

59 Structurile etalon pot fi structuri reale sau structuri grafice confectionate special in acest scop. Fiecărei structuri etalon ii este asociată un număr de identificare. Pentru a permite o comparatie cat mai exactă a probei cu etaloanele, acestea din urmă sunt proiectate cu un dispozitiv special, pe rand sau in grupuri de cate trei, in ocularul microscopului, unde apar alături de probă, permitand o comparare uşoară. Pentru comparare trebuie respectată neapărat puterea de mărire recomandată. In figurile 32 şi 33 sunt reprezentate serii etalon pentru determinarea mărimii grăuntelui şi pentru determinarea mărimii şi distributiei lamelelor de grafit din fontele cenuşii. Pentru determinarea gradului de puritate al otelurilor se folosesc serii de etaloane cu incluziuni de impurităti (figura 34), care stabilesc cantitatea şi distributia impuritătilor nemetalice din otel. Impuritătile nemetalice pot fi fragile (oxizi şi silicati cu compozitie complexă), acestea fragmentanduse in timpul deformării materialului sau plastice (sulfurile, o parte din silicati), care se alungesc pe directia deformării. Figura 32. Asocierea de probe etalon cu structura metalografică a probei,in vederea determinării mărimii grăuntelui cristalin. Figura 33. Asocierea de probe etalon cu o imagine metalografică a probei de fontă, in vederea determinării mărimii şi distributiei grafitului lamelar din fontele cenuşii. 59

60 Figura 34. Asocierea de probe etalon cu impurităti cu imaginea metalografică a unei probei cu impurităti; a impurităti plastice, b impurităti fragile. Microscopia electronică După cum sa arătat deja in cadrul microscopiei optice, cu cat lungimea de undă a radiatiei incidente este mai mică cu atat rezolutia este mai mare, lungimile de undă cele mai mici, cu care se poate lucra, situanduse in domeniul violet (cca. 400 nm). Un progres important sa realizat prin folosirea ca sursă de radiatie a unui fascicul de electroni puternic accelerat intrun camp electric. La impactul fasciculului de electroni cu substanta de analizat sunt emişi electroni secundari, care sunt şi purtători de informatii despre topografia suprafetei analizate. Lungimea de undă poate fi determinată cu relatia: λ=(150/u) 1/2 unde: U tensiunea de accelerare, ce poate avea valori de zeci de mii sau chiar peste o sută de mii de volti, in ultimul caz putanduse ajunge la o rezolutie (putere de separare) de pană la 0,1nm. Microscopia electronică de transmisie reprezintă un procedeu de analiză microscopică la care radiatia (fasciculul de electroni) trece prin proba de analizat (figura 35). Este folosită in principal pentru studiul structurilor cristaline, pentru analiza defectelor de retea şi pentru studierea limitelor de fază. Deoarece corpurile solide absorb radiatiile, pentru examinare sunt necesare folii deosebit de subtiri ale materialului analizat. Grosimea minimă a foliilor este dependentă de numărul atomic al materialului analizat şi de tensiunea de accelerare folosită. In cazul in care, din motive tehnice, nu se pot obtine folii suficient de subtiri pentru a fi străpunse de fasciculul de electroni sau in cazul in care la trecerea fasciculului de electroni prin folie contrastul este prea slab se apelează la obtinerea de replici ale suprafetei. 60

61 Fig.35 Schema de principiu al microscopului electronic prin transmisie; 1catod, 2grilă de comandă, 3anod, 4lentilă (bobină) condensatoare, 5diafragmă condensatoare, 6obiect examinat, 7lentilă (bobină) obiectiv, 8diafragmă sectorială, 9lentilă (bobină) intermediară, 10planul ecranului intermediar,11lentilă (bobină) de proiectie, 12placă fotografică Pentru obtinerea foliilor se pleacă de la probe cu grosimi cuprinse intre 0,1 1 mm. După extragerea probelor din material de analizat urmează subtierea acestora, cele mai eficiente metode fiind cele chimice şi electrochimice (dizolvare anodică). După atingerea unei grosimi suficient de mici se realizează lustruirea foliei pe cale electrochimică, pană in momentul in care materialul este străpuns, in imediata vecinătate a străpungerii obtinanduse o folie sub formă de pană inclinată, folie care este suficient de subtire pentru a putea fi folosită ca probă pentru studiul microscopic. Pentru reproducerea suprafetei de analizat a probei (obtinerea unei replici a acesteia) initial se pregăteşte proba prin procedeele caracteristice microscopiei optice. De pe suprafata acestei probe se poate apoi obtine o replică, care reproduce destul de bine relieful acesteia şi care, la randul ei, este uşor de străpuns de fluxul de electroni. Se mai folosesc, de asemenea, amprente din lac transparent, care reprezintă copii negative ale suprafetei de examinat. Aceste lacuri, diluate cudiluanti speciali, sunt intinse pe suprafata de examinat, după evaporarea diluantului rămanand pe suprafata probei un film solid, care reproduce bine microreliefului de pe suprafata acesteia. Desprinderea filmului de lac se face prin flotare mecanică intrun lichid, pe cale chimică sau electrochimică. Microscopia electronică de baleiaj este o metodă de analiză microstructurală bazată pe reflexie. Avantajele acestei metode fată demicroscopia optică clasică cu reflexive constau, in ordinele de mărire mult mai mari care se pot obtine prin acest procedeu şi in creşterea deosebită a puterii de separatie pe verticală şi orizontală (max. 0,005 μm), ceea ce permite obtinerea unor imagini clare a unor probe deosebit de rugoase sau a unor suprafete de rupere. Dezavantajul principal al MEB este legat de faptul că proba trebuie să fie să fie bună conducătoare de electricitate. Totuşi, materialele neconductoare electric pot fi şi ele examinate prin MEB numai după ce pe suprafata lor a fost depus prin condensare un strat subtire conductor (de exemplu, Au). Principiul care stă la baza microscopiei de baleiaj este analiza electronilor secundari, emişi de suprafata probei de analizat atunci cand aceasta este bombardată de un fascicul de electroni primari, de inaltă energie. Electronii secundari sunt purtători de informatie referitoare la structură şi starea suprafetei, deoarece ei provin de pe suprafata probei. Pe langă electronii secundari, proba mai emite electroni reemişi, care au energie mai mare decat cea a electronilor secundari şi radiatii X. In figura 36 este reprezentată schematic emisia de electroni secundari şi de electroni reemişi atunci cand proba este bombardată cu un fascicul de electroni primari. Se observă că circa jumătate din electroni secundari (ES) se produc in imediata apropierii a locului 61

62 de impact a fasciculului de electroni primari (EP) cu proba de analizat. Aceşti electroni secundari (ES1) dau cea mai bună rezolutie in plan orizontal, aceştia continand cele mai multe informa_ii despre topografia de studiat şi dau imaginile cele mai clare. Electronii secundari (ES 3 ) şi (ES 4 ) proveniti prin reemisie de pe probă, respectiv de pe peretele camerei in care se găseşte proba, formează radiatia reziduală şi provoacă o inrăutătire a contrastului (ce poate fi corectată pe cale electronică). Figura 36. Reprezentarea schematică a emisiei de electroni secundari (ES) şi de electroni reemişi (ER), la bombardarea probei cu un fascicul de electroni primari (EP) accelerati. Fasciculul de electroni primari de inaltă energie conduce şi la emisia de raze X. Pe baza măsurării intensitătii emisiei caracteristice unui anumit element, se poate determina concentratia, compozitia microzonei (zonei de impact) determinanduse, pe baza pozitiei liniei spectrale in spectrul radiatiei emise. Echipamentul de analiză a radiatiilor X emise se numeşte microsondă electronică, cu ajutorul acestuia putand fi examinată compozitia distributiilor elementare, a incluziunilor, a separărilor, segrega_iilor, limitelor de fază etc. In figura 37 este reprezentată schema de principiu a unui microscop electronic cu baleiaj. Figura 37 Schema bloc a unui microscop electronic cu baleiaj; 1catod, 2 grila de comandă, 3 anod, 4,5lentile electromagnetice condensatoare şi de focalizare, 6proba de analizat, 7 62

63 fotomultiplicator, 8,9sursa de tensiune, 10unitate de baleiere, 11unitate de mărire, 12 amplificator, 13unitate de afişare şi procesare. Accelerarea electronilor are loc intrun tun electronic format dintrun catod (1), o grilă de comandă (2), un anod (3), lentile condensatoare electromagnetice (4) şi lentile de focalizare electromagnetice (5). In tunul electronic vidat se găseşte proba de analizat (6) şi detectorul optic (fotomultiplicatorul) (7). Ca unităti de deservire, respectiv de prelucrare a datelor, mai sunt folosite: sursa de alimentare de joasă şi inaltă tensiune (8), sursa de alimentare a lentilelor electromagnetice (9), unitatea de baleiere (10), unitatea de mărire (11), amplificatorul (12) şi unitatea de procesare şi afişare (13). Fasciculul de electroni de inaltă energie bombardează proba (6), determinand aparitia emisiei de electroni secundari şi a radiatiilor X. 63

64 5.4 Metode de analiza pe flux a parametrilor specifici elaborarii si turnarii aliajelor Deşi principiile de bază ale analizei termice sunt cunoscute de mulţi ani, această metodă de control a început să fie utilizată pe scară industrială în turnătorii abia la începutul anilor Contribuţii mari la această dezvoltare au fost aduse pe de o parte de introducerea cupelor consumabile cu reţinere termică de cost redus, şi pe de altă parte de comercializarea de înregistratoare stabile şi precise cu bandă şi apariţia analizoarelor termice pe bază de microprocesor care elimină erorile de interpretare umane. În zilele noastre analiza termică a devenit o metodă excelentă utilizata în toate turnătoriile moderne pentru un control rapid, de precizie, fiabil şi cu un cost redus, iar în ultimii ani, analiza termică este din ce în ce mai mult aplicată pentru controlul calitativ al fontei cenuşii, lamelare,fonta cu grafit nodular,oteluri. Necesitatea analizei termice in turnatorii a impulsionat o serie de firme in producerea unor varietati de aparate de masura si control printre acestea numaranduse si firma Heraeus Electro Nite De acum aproape 50 de ani Heraeus ElectroNite a condus la nivel internaţional tehnologia mǎsurǎrilor in metale lichide. Sau oferit industriei metalurgice sisteme complete cuprinzậnd senzori nerecuperabili, instrumentaţie şi hardware aferent. Dar cum intotdeauna experienta practica este cea care impune directia de dezvoltare, sa realizat un sistem de masurare de mare calitate care poate asigura acuratetea necesara si a valorifica pe deplin aplicatiile analizei termice si anume sistemul MELT CONTROL SYSTEM compus din cateva instrumente de masura locale cum sunt : QuiK Lab E Win Process ( analizor tremic) Digitemp E Win Process (instrument de masura a temperaturii in fonta lichidus) PC cu program MeltControl 2000Win. Desi poate opera ca o statie de masura independenta de analiza termica, QuiK Lab E Win Process este destinat in principal pentru a fi parte integranta a sistemului Melt Control. Aparatele QuiKLab E Win Process au aceleasi programe de evaluare si calcul ca si QuiKLab E. Mai mult, ele sunt proiectate sa lucreze intro reta interna a turnatoriei. Softwareul MeltControl permite stocarea, procesarea si istoricul tuturor valorilor de intrare. Curbele de racire sunt clar vizualizate impreuna cu valorile masurate si calculate. Formulele de calcul pot fi programate. Pentru comparatie, pot fi afisate pana la trei curbe de racire. Pot fi instalate module optionale de calcul pentru calculul sarjei, datelor de cantarire, de masurare a oxigenului activ, analize spectrografice, rapoartele/fisele de topire, rapoartele/ fisele de turnare, SPC, etc. Pentru cuptoarele cu arc si cu inductie existente in turnatorii este recomandabil urmatorul sistem de masura si control al temperaturii: 1) Digilance IV Wireless ( Memory) Instrument digital pentru masurare a temperaturii, cu memorie si transmisie radio a datelor la PC; 2) QuiK Lab E Instrument pentru masurare a temperaturii cu determinarea urmatorilor parametrii: pentru solidificarea cenusie si alba a fontelor turnate : TL, CEL, Sc,TS, %Si,%C, T, TM program aditional pentru piese turnate din fonta lamelara, nealiate: Z/H,HB,RM,K,MEG temperatura baii metalice 3) CabonLab E Instrument pentru determinarea temperaturii lichidus, TL a pieselor turnate din otel inalt sau slab aliat si a otelurilor inoxidabile. 4) MELT Control 2000 win Sistem management, date de masurare cu software integrabil in turnatorii. 64

65 Acest sistem cu pana la 32 canale de masura si cu posibilitate de stocare, procesare si analiza comparativa pana la trei curbe de racire simultan, permite urmarirea celor trei instrumente de masura, afisand ora, data, precum si implementarea altor caracteristici de material si module programabile optionale. Inainte de a prezenta cateva din aparatele de analiza termice puse la dispozitie de firmele specializate sa prezentam cateva notiuni teroretice care au dus la cercetari in acest domeniu. In cazul controlului fontelor turnate acestea necesită probe de metal semnificative din toate fazele procesului de topire. Aceste probe trebuie să fie corespunzător pregătite astfel încât să poată fi analizate prin: Spectrometrie cu emisie optică (OES) pentru determinarea componentelor chimice; Fluorescenţă cu raze X (XRF) de asemenea pentru determinarea componentelor chimice ; Analiză prin combustie pentru determinarea elementelor chimice specifice; Microscop optic pentru evaluarea la nivel microstructural a probei; Instrumente (acustice) sonice şi ultrasonice pentru măsurarea caracteristicilor de umectare a materialului. Verificare optică pentru evaluarea adâncimii călirii (gradului de inoculare). Principiile de bază Curba de răcire temperatură faţa de timp a unui aliaj metalic care se solidifică prezintă unele particularităţi (schimbare de pantă, subrăcire, recalescenţa, puncte de reţinere termica) care corespund transformărilor aliajului pe durata solidificării. Analiza termică a fontei topite utilizează aceste particularităţi pentru: determinarea carbonului echivalent, conţinutului de carbon şi siliciu determinarea gradului de control al inoculării şi subrăcirii eutectice predicţia proprietăţilor mecanice şi fizice determinarea gradului de nodularitate în fontă cu grafit nodular. Pornim de la diagrama tipică de echilibru de fază (Fig.9). Este prezentată diagrama temperatură/ compoziţie a unui aliaj constând din două elemente A şi B care sunt reciproc solubile în starea lichidă şi complet insolubile în stare solidă. T A şi T B sunt temperaturile de topire ale elementelor respectiv pure A şi B. Pot fi considerate patru zone în diagrama fază binară: Zona 1 deasupra curbei de sus T A EET B (curba lichidus), sistemul constă dintro soluţie de elemente lichide A şi B. Zona 2 cristale ale elementului A în echilibru cu metal lichid Zona 3 cristale ale elementului B în echilibru cu metal lichid Zona 4 stare solidă, amestec de cristale de A şi B pure. Fig. 38 Solubilitatea completa in stare lichida si insolubilitatea completa in stare solida 65

66 Când se răceşte un aliaj lichid constând din x% A şi y% B, cristalele solide B în echilibru metal lichid (compoziţie dată de curba de lichidus) încep să precipite la T L, şi apare o modificare de pantă în curba de răcire (Fig.38). La temperatura eutectică T E va apare o porţiune orizontală a curbei, denumită oprire eutectică. Întradevăr, conform regulei de fază Gibbs F = C P + 1 (forma adaptată pentru sisteme metalurgice în condiţii atmosferice normale), în care F este numărul de grade de libertate a unui sistem în echilibru, C este numărul de component, iar P este numărul de faze, sistemul este invariant la T E. Temperatura va rămâne constantă până când dispare una din cele trei faze, în acest caz faza lichidă. Evident, durata reţinerii eutectice va depinde de compoziţia aliajului şi va atinge un maxim la compoziţia eutectică. Analiza termică a fontei nealiate Fonta este prin definiţie un aliaj FeC, conţinând de asemenea Si, Mn, P şi S în cantităţi variabile, şi în care conţinutul de carbon este suficient de ridicat astfel încât să se formeze la solidificare grafitul (sistem stabil) sau cementita (sistem metastabil). In Fig.39 este o reprezentare grafică a unei răciri tipice a unei fonte cenuşii hipoeutectice care se solidifică în sistem stabil, arătânduse temperatura lichidus T L şi subrăcirea eutectică. In Fig. 40 este o reprezentare grafică a unei răciri tipice a unei fonte albe hipoeutectice care se solidifică în sistemul metastabil, arătânduse temperatura de oprire a lichefierii T L şi o bine definită reţinere eutectică albă fără subrăcire. Fig. 39Urme de racire tipice in fonta cenusie hipoeutectice Fig. 40Urme de racire tipice in fonta alba solidificata 66

67 Determinarea carbonului echivalent (CEL) Diagrama amestecului binar FeC pur, prezentată în Fig.41 nu este utilizabilă pentru analiza termică a fontei nealiate din cauza importantei influenţe în principal a Si şi P asupra punctelor caracteristice C (sau C) şi E (sau E), precum şi asupra temperaturilor de lichefiere T L şi de solidificare T S. Ar fi necesară cunoaşterea diagramei amestecului cuaternar FeCSiP. În scopul de a evita complexitatea diagramelor cuaternare, mai mulţi cercetatori din cadrl unor firme au efectuat studii statistice pentru a găsi o corelaţie directă între temperatura de lichefiere şi conţinutul în C, Si şi P. Prin analiza de regresie multiplă, Heraeus ElectroNite a găsit următoarea ecuaţie (1) reprezentată grafic în Fig.42: T L (in ºC) = 1623,60 112,36 (C + Si/4 + P/2) în care: CEL = C + Si/4 + P/2, CEL fiind aşa zisul carbon echivalent lichidus; Deviaţia standard este +/ 0,047 CEL; Coeficientul de corelaţie r = 0,987 Fig.41Diagrama FeC Fig. 42.Corespondenta dintre CEL si T L CEL = T L Determinarea CEL prin analiza termică prezintă cu toate acestea restricţii importante. La valori mărite ale CEL, reţinerea lichidus se apropie de reţinerea eutectică şi, în final, la compoziţia eutectică remanenta lichidus coincide cu remanenta eutectică. Solidificarea fontei cenuşii hipereutectic, începând cu precipitarea grafitului (sistem stabil), nu are ca rezultat o remanenta termică clară din cauza cantităţii mici de căldură eliberată prin această cristalizare. Pentru a extinde domeniul de măsurare a CEL, sau încercat mai multe metode. Cea mai bună metodă constă în a determina solidificarea fontei potenţial cenuşie ca fontă albă prin adăugarea unui element puternic de formare de carbură puternică cum ar fi telurul. În afară de extinderea domeniului de măsurare a CEL, solidificarea albă forţată are marele avantaj că spre deosebire de solidificarea gri (a se vedea Fig. 43) nu apare nici o subrăcire, ceea ce înseamnă că T S se determina rapid şi corect. 67

68 Fig. 43.Extinderea domeniului de masurare a valorii CEL la solidificarea alba Determinarea conţinutului de carbon Sa constatat că la fiecare pereche de T L şi T S corespunde numai un conţinut de carbon. Această relaţie este dată de următoarea ecuaţie (2) şi este reprezentată grafic în Fig. 44: %C = 6,510,0084 T L + 0,0178 T S Deviaţia standard este +/ 0,039 C Coeficientul de corelaţie r = 0,991 Fig. 44.Corespondenta dintre %C,T L si T S :%C= T L T S Determinarea conţinutului de siliciu Este un fapt bine cunoscut că în sistemul metastabil (fontă albă) temperatura eutectică sau solidus descreşte odată cu creşterea conţinutului de siliciu. Această comportare este caracteristică pentru toate elementele de grafitizare cum ar fi P, Al, Si, Cu şi Ni. Pentru valori ale Si între 1% şi 3% şi P < 0,2% o regresie polinomială arată că este găsită cea mai bună corelaţie dintre T S şi Si + 4 P: T S =1138,2 6,4(Si+4P) 1,65 (Si+4P) 2 Deviaţia standard este +/ 0,10 (Si + 4P) Coeficientul de corelaţie r = 0,981 Din raţiuni practice totuşi, această formulă poate fi simplificată la (3) a se vedea Fig. 45: Si% = 78,411 4,28087K 0,06831 T S în care: K este un factor de corecţie, depinzând în principal de conţinutul de P al fontei. 68

69 Fig. 45.Corespundenta dintre %Si si T S pentru diferite continuturi de P Subrăcirea temperaturii eutectice Există mai multe modalităţi de a exprima subrăcirea eutectică în termenii caracteristicilor curbei de răcire. Mai mulţi autori, printre care Prof. Czikel şi Dr. Hummer, consideră subrăcirea eutectică ca fiind diferenţa dintre temperatura eutectică maximă şi minimă. Alţii, printre care K.H. Caspers, definesc suprarăcirea ca diferenţa dintre o temperatură de referinţă 1150 ºC şi minimul temperaturii eutectice. Controlul inoculării. Este bine cunoscut faptul că inocularea reduce în mod considerabil subrăcirea eutectică. Pe baza definiţiei sale dată suprarăcirii, K.H. Caspers a introdus noţiunea de coeficient de subrăcire. Prin definiţie coeficientul de subrăcire este coeficientul subrăcirii măsurate înainte şi după inoculare. După cum se poate vedea din Fig. 46, această noţiune este un ajutor excelent pentru controlul inoculării. Fig. 46.Raportul dintre numarul de cellule eutectice si coeficientul de subracire Subrăcirea şi relaţia acesteia cu proprietăţile mecanice. Rezistenţa la tracţiune şi duritatea fontelor având acelaşi carbon echivalent pot varia foarte mult. Întradevăr, sa constatat că în cazul în care suprarăcirea rămâne redusă, rezistenţa la tracţiune va tinde către valori ridicate, în timp ce duritatea va tinde către valori scăzute. Cu toate acestea, când suprarăcirea devine considerabilă, rezistenţa la tracţiune va descreşte iar duritatea va creşte uşor. Acest lucru este prezentat mai clar în Fig. 47, care corelează rezistenţa 69

70 la tracţiune şi duritatea unor diferite compoziţii de fontă caracterizate de temperatura lichidus sau de carbonul echivalent, în funcţie de diferite grade de subrăcire. Este dovedit că nu este recomandabil să se coreleze temperatura lichidus cu rezistenţa la tracţiune şi duritatea fără să se ia în considerare subrăcirea. De asemenea este dovedit că analiza termică permite recunoaşterea fontei de înaltă calitate prin intermediul subrăcirii măsurate. Fig. 47.Diagrama de calitate pentru fonta cenusie, pe baza rezultatelor obtinute in urma analizei termice ( Dr.Hummer) Analiza termică a fontei nodulare Determinarea carbonului şi siliciului în fonta nodulară prin intermediul unei cupe standard de oprire termică cu Te ca element de formare a carburii, nu este posibilă din cauza reacţiei dintre magneziul din nodularizator şi teluriumul adăugat în cupă. Firme precum Heraeus ElectroNite a rezolvat această problemă adăugând o mică cantitate de sulf care intră în reacţie cu magneziul, lăsând liber Teluriu să contribuie la solidificarea albă necesară a mostrei de fonta topita. Cu toate acestea, pentru calcularea CEL şi Si, trebuie avut în vedere că conţinutul de sulf în cupa descreşte T L cu 5 ºC şi T S cu 2,5 ºC. Determinarea nodularitătii Heraeus ElectroNite a dezvoltat deja cu câţiva ani în urmă cupa QuiKNod care estimează gradul de nodularitate pe baza diferenţei de conductivitate termică dintre fonta nodulară şi lamelară. Fig 48 prezintă o reprezentare schematică a unei astfel de cupe. Fig. 48.Schema unei cupe QuikNod Cupa de testare are două secţiuni diferite: una mică şi una mai mare astfel încât când fonta topita turnata în cupă, se solidifică şi se răceşte mai rapid în secţiunea mică cauzând apariţia 70

71 unui gradient termic între cele două secţiuni. Viteza de răcire în secţiunea mică va fi influenţată nu numai de propria sa conductivitate termică, dar şi de căldura respinsă în timpul solidificării, de fonta din secţiunea mare. Acest lucru va avea ca rezultat o schimbare de pantă în curba de răcire înregistrată de termocuplul din secţiunea mai mică. Întrucât conductivitatea termică este funcţie de gradul de nodularitate, aceasta înseamnă că aceasta din urmă va influenţa mai mult sau mai puţin forma curbei de răcire, astfel încât este posibilă deducerea gradului de nodularitate măsurând deviaţia de la curba standard pentru fonta cenuşie cu nodularitate 100%. Aparatura de măsurare Este evident că numai un sistem de măsurare de înalta calitate poate asigura acurateţea necesară pentru a valorifica pe deplin aplicaţiile analizei termice descrise. Fig. 20 prezintă o aparatură modernă de măsurare propusa de firma Heraeus ElectroNite constând din: un analizor termic programabil, pe bază de microprocesor, MultiLab QuiKCup o cupă de testare consumabilă QuickCup conţinând un termocuplu tip K un suport de cupă cu blocul de contacte un cablu de racord tip K pentru conectarea suportului de cupă cu instrumentul de măsurare. Pe lângă analiza termică, instrumentul MultiLab poate fi de asemenea utilizat pentru a măsura temperatura băii prin intermediul unui termocuplu tip Positherm şi lăncii de imersie adecvate. Varianta economica, o reprezinta aparatul QuiK Lab E care este un instrument pentru determinarea temperaturilor lichidus şi solidus, a subrăcirii eutectice, a CEL, a carbonului şi siliciului în fonte. Fig. 49. Echipament de masurare pentru analiza termica cu facilitatea masurarii temperaturii in baie Datorita utilizarii pe scara larga a metodei de analiza termica pentru controlul cantitativ rapid si fiabil al fontei, fontei cu grafit lamelar, fontei lamelare, otelului si aliajelor neferoase sa diversificat si aparatura utilizata. Prezentam cateva dintre aparatele utilizate si a caracteristicilor tehnice puse la dispozitie de firma Heraeus ElectroNite. Digilance IV Memory Este un instrument manual, ce functioneaza pe baza de baterie, pentru masurarea temperaturii, folosit cu termocupluri compatibile de unica folosinta in metale lichide si alte medii lichide similar. Masuratorile sunt inregistrate impreuna cu o serie de intrare pentru utilizator sau un numar al cuptorului, si data imersiei.in memorie pot fi inregistrate pana la 500 de masuratori. 71

72 Digilance IV este prevazut din fabrica cu un pachet software serial infrarosu si pentru PC, pentru a permite transferul rapid si eficient al datelor de la instrument la un PC, cu riscuri minime sau fara nici un risc de erori umane. Programul software asigura si accesul la revizuirea si modificarea parametrilor de masurare stabilit prin Digilance IV. Inglobate intro carcasa rezistenta din aluminiu, componentele electronice de precizie sunt protejate impotriva conditiilor de mediu solicitante si nefavorabile intalnite in industria metalelor lichide.de asemenea instrumentul functioneaza cu doua tiputi de termocupluri Positherm si tip K. Digilance IV Memory] Enumeram cele mai importante date tehnice ale aparatului. Principiu de masurare Evaluarea curbei cu ajutorul ferestrei de timp si comparatiei tolerantei Domenii de masurare Tip S(Pt 10%,Ph/Pt), C,liniarizat si cu compensare jonctiune la rece Tip S(Pt 13%,Ph/Pt), C,liniarizat si cu compensare jonctiune la rece Tip S(Pt 30%,Ph/Pt 6% Rh), C, liniarizat si cu compensare jonctiune la rece Tip K (NiCr/Ni) C, liniarizat si cu compensare jonctiune la rece Masuratoare permanenta pana la C Liniarizat cu ajutorul unui microprocessor.liniaritatea corespunde IEC 584/IPTS,IPTS 68,ITS 90 Proces de citire Ready, Measurement, Complete cu LED uri colorate.semnal acustic electronic pentru a indica Finalul procesului de masurare Temperatura de referinta 0 0 C cu sensor de temperature ambientala instalat ( jonctiune la rece) Acuratete 1 0 C la o temperature ambientala C C Afisaj temeparatura Digital, LED cu 4 cifre, inaltime 14,2 mm, interschimbabil de la 0 C la 0 F Rezolutie 0 C( 0 F) rezolutie interna 0,1 0 C Stocarea datelor Rezultatele a 500 de masuratori prin imersie cu numarul cuptorului si stocarea datei /orei.transferul datelor stocate prin intermediul interfetei seriale infrarosii Sursa de curent 4 baterii reincarcabile NiMH(Tip 72

73 Tensiunea de incarcare Control incarcare Consum energetic Temperature de functionare Tip de protectie Greutate Dimensiuni 215x120x165 mm Referinta EMC AA,1100mAh,tensiune admisa 1,2 V) 12V DC, 1000 ma Prin LEDul din partea frontal a instrumentului:rosu=instrumental se incarca,verde=baterii incarcate 0.5VA C 90% contrapresiune la umiditate atmosferica de 90% IP54 1,9 kg fara lance de masurare Acest instrument corespunde standardului cu privire la compatibilitatea EMS conform directive UE EN interferenta ES si imunitate la interferenta Rezultatul masuratorii are la baza un set de parametrii, care sunt pregatiti de valorile setate prin softwareul PC sau presetate. Valoarea initiala reprezinta nivelul temperaturii atunci cand Digilance IV detecteaza inceputul imersiunii (in topitura) si porneste cronometrul Timp de masurare. Aparatul Digilance IV Memory stocheaza pana la 500 de masuratori intro memorie tampon cu baterie.in functie de necesitati, rezultatele pot fi transferate la calculator, de exemplu zilnic sau saptamanal.dupa inregistrarea a 500 de masuratori, aparatul emite un semnal acustic, in cazul in care este initiata o noua masuratoare.acest semnal acustic, va aminti operatorului sa transfere datele inregistrate la calculator. Daca acest avertisment este ignorat, cele mai vechi masuratori memorate vor fi inlocuite cu rezultatele urmatoarei masuratori. Cu exceptia verificarii calibrarii si schimbarii bateriilor, componentele electronice ale Digilance IV nu necesita intretinere. Lancea de masurare este supusa unui stres termic si mecanic foarte ridicat, prin urmare se recomanda ca hardwareul (in functie de frecventa utilizarii) sa fie verificat saptamanal pentru identificarea avariilor, acuratetea calibarrii si izolatia electrica. Digitemp E Este un instrument de ultima generatie creat special pentru masurarea temperaturii otelului, fontei si aliajelor neferoase in stare topita. Instrumentul DgitempE se poate utilize impreuna cu un numar mare de senzori diferiti, pentru fiecare dintre acestiea putand fi incarcate diverse module software in instrument. Pentru masuratorile intamplatoare de temperatura la topituri feroase si neferoase se recomanda utilizarea senzorilor imersabili Positherm, iar senzorii Contitherm sunt dispositive adecvate pentru masuratori continue ale temperaturii metalelor lichide. In plus cu sonde de masura speciale si softwareul corespunzator, este posibil utilizarea dispozitivului DigitempE la efectuarea unor masuratori suplimentare in fonta lichida. Instrumentele din seria DigitempE sunt instrumente ce functioneaza autonom in vederea analizarii temperaturii.functionarea acestor instrumente este automatizata,operatorul instrumentului de masura a temperaturii are grija doar de lancea de imersie conectata la instrument si de imersia senzorilor. Pe panoul frontal al instrumentului prin semnale luminoase sunt indicate diverse secvente de functionare sau masurare. 73

74 Ca rezultat al designului electronic avansat, DigitempE necesita foarte putine operatiuni de intretinere.intrucat sistemul de masura este supus solicitarilor termice si mecanice, se recomanda ca sistemul de masura sa fie verificat o data pe saptamana pentru a asigura niste rezultate exacte. Enumeram cele mai importante date tehnice ale aparatului. Mod masurare Masurare temperaturii prin scufundare,continua sau MultiStick Canal masurare 1 intrare analogical izolata,10 esantioane/sec Temperature lipitura rece Compensate in intervalul de la 55 la C Precizie lipitura rece ±0,5 0 C intre 0 si 70 0 C Interval intrare Tip termocuplu S,R,B,K aliniat la IEC 584,IPTS68 sau 48 Tip termocuplu D conform ASTME 988 Precizie masurara ±1 0 C pentru o temperature intre 0 si 50 0 C Precizie calcul 1/10 Temperature start C cu pasi de 50 0 C,recunoastere automata senzor Timp maxim de masurare 660 sec.in modul de masurare continua, acest parametru se foloseste pentru reglarea intervalului de transfer al datelor Durata complete de masurare 010sec in pasi de 1 sec Tensiunea retea VAC/4763Hz/max 34VA (17W0 Temperature ambientala C Protectie IP55 Dimensiuni si greutate Inaltime =230mm,latime=260mm,adancime=150mm,greutate aprox.7.5gk QuikLabEA50 Este un analizor termic cu ecran digital incorporat intro carcasa de otel dur, protectie IP 65.Acesta este gata de functionare dupa conectarea alimentarii de la retea si suportului de creuzet.prin intermediul analizei termice QuikLabEA50 permite efectuarea calcului diferitelor materiale care vor fi continute in fonta.aceasta operatie este realizata cu ajutorul creuzetelor corespunzatoare.cu ajutorul analizei termice se vor calcula urmatorii parametrii: temperature de turnare; temperature lichidus (T L ); carbon echivalent (CEL); grad de saturatie (SC); tepmeratura solidus(t S ); continut de siliciu(%si); continut de carbon(%c); rezistenta la rupere la tractiune (RM); duritate brinell (HB); indice de calitate (Z/H); factor de grafitizare (K); 74

75 valoare grafitizare eutectica (MEG); supraracire (ΔT) supraracire diferenta Min/max (ΔTM) Datorita constructiei electronice QuikLabEA50 nu necesita lucrari de intretinere si nu este supus uzurii.intrucat suportul de creuzet are de suferit in urma sarcinii termice si mecanice ridicate se recomanda verificarea sistemului de masurare impreuna cu toate perifericele o data pe saptamana pentru a asigura o functionare optima Enumeram cele mai importante date tehnice ale aparatului. Principiu de masurare Procedura de analiza a punctelor critice ale lichidus si solidus Program de analiza Pentru fontele solidificate cenusii si albe, calcularea CEL,%C; %Si,supraracire ΔT Program suplimentar rezistenta la rupere la tractiune(rm); duritate brinell(hb); indice de calitate (Z/H);grafitizare Temperatura de referinta 0 0 C cu compensare sudura la rece Acurateta Peste ±1 0 C Perioada limita de 240 secunde masurare Ecran process masurare Lumini pe panoul frontal care semnalizeaza ready pregatit; measurement masurare Iesire semnal Contacte fara masurare, cu relee, ready pregatit, measurement masurare, complete finalizat,trebuie suprimate interfata peste o combinative RC Iesire date Iesire serial TTY20mA 300Baud, 1 bit pornire,7 biti date, 1 bit paritatea (egal), 2 biti oprire Date de exploatare Digitem E sau ecran suplimentar circa 30 VA.Temperatura ambientala 0 0 C 50 0 C Referinta de siguranta Acest aparat este in conformitate cu DIN VDE 0701 repararea, modificarea si testarea aparatelor electrice Referinta CEM Acest aparat este in conformitate cu instructiunea CE 89/336/CEE standardul privind compatibilitatea electromagnetic transmitere perturbatii EN si imunitate perturbatii EN Checkmate III Este un dispozitiv de calibrare a doua canale pentru simularea temperaturilor si tensiunilor pentru instrumente ca de exemplu Digitemp MultiLab Celox sau MultiLab QuickCup.Toate operatiunile se efectueaza prin intermediul unei tastaturi cu 5 taste.checkmate III dispune de o fisa pentru diferite adaptoare, ceea ce faciliteaza conectarea diferitelor adaptoare ale instrumentului si lancii. In concluzie firma Heraeus ElectroNite pune la dispozitie o intreaga aparatura (aparatura prezentata in linii mari) si instrumente de sine statatoare pentru determinarea principalilor parametrii in vederea obtinerii unor aliaje de calitate cu caracteristicile mecanice cerute,: pentru determinarea temperaturii:positherm( fara pulverizare), Multistick,Contithermlite pentru analiza termica:quik Cup pentru prelevare de probe: Nu toate probele trebuie prelevate la o adâncime mare de imersie în topitură. Dacă este utilizată o lingură, poate fi suficientă o prelevare superficială sau de mică adâncime.astfel se reduce preţul operaţiunii.în funcţie de aplicaţia la care este utilizat prelevatorul de probe, sunt disponibile ambele sisteme de cufundare (superficial sau în adâncime). La cufundarea superficială este utilizat un sistem de conectare rapidă. În cazul cufundărilor de adâncime se pot reutiliza tuburile 75

76 de termocuplu. Când este importantă securitatea, tuburile fără stropire Nonsplash reprezintă cea mai bună soluţie. Heraeus ElectroNite ofera urmatoarele tipuri de prelevatoare de probe pentru turnatorii:saf,safdo,qpon,saa,saficwsisae. pentru oxigenul active:celox pentru turnatorie. Software si controlul procesului in turnatorie Concepte noi de analiza termica a fontelor NOVACAST Pentru a veni in intampinarea cerintelor constante de progres tehnic in turnatorii si de crestere a calitatii pieselor turnate, a aparut pe piata productiei de piese turnate tehnologii IT de actualitate si nivel mondial, produse ale firmei de software NovaCast din Suedia. ATAS SISTEM ADAPTABIL DE ANALIZA TERMICA, este un mijloc avansat de monitorizare si control al proceselor de topire si tratare in stare lichida a fontelor, cu ajutorul calculatorului. Sistemul este format din hard, soft, instruire si suport tehnic din partea unor metalurgi calificati. ATAS analizeaza nu numai proba alba pentru determinarea continutului de Carbon, Carbon Echivalent si Siliciu, ci si proba care solidifica cenusiu, atunci cand carbonul precipita ca grafit, determinand comportamentul fontei. ATAS ia amprenta metalurgica a topiturii si o coreleaza cu comportamentul actual. ATAS este folosit pentru calculul a numerosi parametri termodinamici. ATAS interpreteza datele, estimeaza riscul aparitiei defectelor in piesa turnata si sugereaza remediile. ATAS este folosit pentru controlul procesului si pentru rezolvarea a trei tipuri de probleme: evitarea defectelor de turnare; cresterea coeficientului de scoatere; reducerea costurilor. ATAS are mai multe componente software precum: ATAS Verifier sistem avansat pentru analiza termica. Interpreteaza curbele de racire, are functie pentru defectele de turnare, optimizeaza topitura. ATAS Pearlite Apreciaza procentul de perlita, duritatea Brinell si rezistenta la tractiune. ATAS White Sistem standard de analiza termica pentru proba alba estimand CE, C si Si. Sugereaza corectii. PQDIT (Prime Quality Ductile Iron Technology) Sunt initialele pentru Tehnologia obtinerii Fgn de calitate superioara. Aproape toate turnatoriile care folosesc tratamente clasice de obtinere a Fgn, adauga in oala FeSiMg. Cantitatea adaugata este determinata prin incercari, majorata de regula pentru siguranta si pentru a asigura un procent de magneziu rezidual corespunzator tipului de piese realizat. Cantitatea ideala de 76

77 magneziu adaugat este functie de foarte multi factori: oxigenul total, sulf, carbonul echivalent activ, potentialul de nucleere, temperatura la care se trateaza, etc. Analiza spectrala nu mai este suficienta. Aceasta analiza arata cantitatea fiecarui element si nu starea in care se afla: oxizi, sulfuri, silicati, etc. Aceasta problema este rezolvata de PQDIT Producerea Fgn de calitate superioara folosind aditii ultra scazute de magneziu. Sistemul estimeaza oxigenul total ca si activitatea oxigenului in topitura, carbonul echivalent activ, potentialul de nucleere, etc. Cu aceste date PQDIT evalueaza topitura, recomanda materialele de corectie si cand fonta de baza este gata PQDIT calculeaza cantitatea ideala de magneziu pentru fiecare categorie de piese produse. CE FACE PQDIT? Traseaza si analizeaza automat curbele de racire. Operatorul introduce numai cantitatea de topitura, temperatura si compozitia chimica. Evalueaza automat oxigenul total si oxigenul activ. Optimizeaza aditia arata ce aditii sunt necesare pentru corectarea compozitiei si va indica cantitatea optima de aliaj de magneziu ce trebuie adaugata pentru obtinerea de Fgn cu aditie minima de magneziu. Asigura calitatea prin testarea fontei tratate face aprecieri legate de gradul de nodulizare, numarul de nodule si magneziu activ. 77