UNIVERZITET U NIŠU

FAKULTET ZAŠTITE NA RADU

OSNOVNE AKADEMSKE STUDIJE

Predmet: Tehnički materijali

Seminarski rad:

ISPITIVANJE NA POVIŠENIM TEMPERATURAMA I

ISPITIVANJE BEZ RAZARANJA

Mentor: Student:

Niš, 2015

SADRŽAJ

UVOD..............................................................................................................................................1

1. ISPITIVANJE NA POVIŠENIM TEMPERATURAMA……………………………………...2

1.1. ISPITIVANJE NA PUZANJE…………………………………………………………….….3

2. ISPITIVANJA BEZ RAZARANJA (DEFEKTOSKOPIJA)…………………………………..4

2.1. POSTUPAK RADIOGRAFIJE I GAMAGRAFIJE……………………………………….…5

2.2. RADIOGRAFIJA- ISPITIVANJE RENDGENSKIM ZRACIMA………………………….5

2.3. GAMAGRAFIJA- ISPITIVANJE GAMA ZRACIMA……………………………………...8

2.4. MAGNETNA ISPITIVANJA…………………………………………………………….….9

2.5. ULTRAZVUČNA ISPITIVANJA…………………………………………………………..11

LITERATURA…………………………………………………………………………….…….15

UVOD

Postupci dobijanja metala i legura ljudima su odavno poznati. U prvo vreme metali su

korišćeni u stanju u kakvom su dobijeni iz ruda. Krajem XIX veka saznalo se da se svojstva

metala mogu osetno menjati nekim postupcima prerade (kovanjem, valjanjem i sl). Od tada se

počelo sa sistematskim istraživanjem osobina metala i legura i razvila se nova grana nauke -

fizička metalurgija.

Prema postavkama fizičke metalurgije, fiziko- hemijska i mehanička svojstva metala odnosno

legura određena su prirodom atoma i njihovim međusobnim rasporedom u prostoru. Međutim,

zbog postojanja grešaka u metalnoj strukturi, svojstva metala izračunata na osnovu poznavanja

karakteristika atoma ne slažu se sa vrednostima dobijenim neposrednim merenjem. Prema tome,

teorijske postavke fizičke metalurgije, uticaji grešaka u metalnoj strukturi, odnosno stvarna

svojstva metala mogu se pouzdano proveriti i utvrditi jedino neposrednim ispitivanjima i

merenjima. Ispitivanje materijala ne vrši se samo radi utvrđivanja karakteristika prilikom

proizvodnje ili prijema, već i radi raznih ekspertiza u svrhu načina upotrebe i odgovornosti koja

nastaje usled necelishodne upotrebe, zatim u cilju što potpunijeg upoznavanja svojstava metala,

kao i u cilju poboljšanja tih svojstava. Značaj ispitivanja metala za razvoj tehnike i nova

dostignuća je veliki.

1. ISPITIVANJE NA POVIŠENIM TEMPERATURAMA

Postupak ispitivanja mehaničkih karakteristika materijala na povišenim temperaturama

sličan je postupku ispitivanja na standardnoj temperaturi, s tom razlikom što se epruvete

posebnim uređajem zagrevaju do temperature ispitivanja. Na dijagramu zatezanja nije izražen

pravolinijski deo krive i nije izražena granica tečenja materijala (granica razvlačenja). Zatezna

čvrstoća blago raste ili blago opada (zavisno od vrste materijala) do 300 ° S, a posle ove

temperature naglo opada.

Slika 1: Ispitivanje na povišenim temperaturama

1.1. ISPITIVANJE NA PUZANJE

Sa produžavanjem trajanja dejstva opterećenja stalnog intenziteta na povišenim

temperaturama menjaju se mehaničke karakteristike materijala, tj. dolazi do kontinualnog

plastičnog deformisanja. Ovo svojstvo materijala naziva se puzanje. Da bi došlo do puzanja,

potrebno je da napon pri datoj temperaturi dostigne odgovarajuću kritičnu vrednost ili da se

ispitivani materijal pri stalnom naponu zagreje do kritične temperature. Ponašanje materijala pri

puzanju opisuje se veličinom deformacije i brzinom deformisanja. Proces ispitivanja sastoji se iz

dva dela. U prvom delu zagreva se epruveta do temperature ispitivanja, a u drugom se epruveta

opterećuje i istovremeno se registruju (mere) deformacije tokom vremena do pojave razaranja -

kidanja. Na osnovu izmerenih deformacija crta se kriva puzanja u koordinatnom sistemu

deformacija - vreme na kojoj se mogu uočiti 3 karakteristične oblasti. AB nagli porast

deformacije, BC blagi i kontinuirani porast deformacije, S- dolazi do loma epruvete.

Napon koji na datoj tempreaturi posle nekog vremena dovede do kidanja epruvete naziva se

trajna (dugovečna) čvrtoće.

2. ISPITIVANJA BEZ RAZARANJA (DEFEKTOSKOPIJA)

Reč defektoskopija: (lat. Defectus, grč. Skopeo- gledam)

Jedan od najvažnijih nedostataka ispitivanja razaranjem je oštećenje uzorka koji praktično

postaje neupotrebljiv. Drugi je da rezultati ispitivanja ne daju vernu sliku o materijalu

ugrađenom u konstrukciju, već samo o uzorku. Uz to, mora se posedovati veoma skupa oprema

za ispitivanje i uzorci se moraju fino obraditi. Cilj ispitivanja materijala bez razaranja je da se u

materijalu utvrdi greška u unutrašnjosti (lunkeri, gasni mjehurovi, troska, pukotine i dr.) a nekim

metodama i teško uočljive površinske greške, kao što su uske pukotine.Ovim ispitivanjem mogu

se uočiti greške, odrediti njihov položaj, veličina i priroda.

Ispitivanjem bez razaranja ne mogu se odrediti mehaničke osobine.

Defektoskopske metode možemo podeliti na ispitivanje: ultrazvučnim talasima, prozračavanjem,

elektromagnetnim talasima, penetrantima (kapilarnim metodama) i metodom uzimanja

metalografskih replika.

2.1. POSTUPAK RADIOGRAFIJE I GAMAGRAFIJE

Na teorijskom planu razlike između gamagrafije i radiografije su male.

Pod terminom radiografija podrazumeva se proces fotografisanja izveden upotrebom

rendgenskih zraka (nazvanih još i X zracima).

Gamagrafija je oblik radiografije koji koristi γ zrake, ali se temelji na istim teoretskim

principima. Radiografskom metodom nedostatak se fotografiše direktno u svojoj poziciji, obliku

i stvarnim dimenzijama. Ako se nakon toga pribegne radioskopiji, koja je jedan oblik primene

radiografije, nedostatak se može «videti» ako se ispitivani predmet pomiče.

Kako rendgenski zraci štetno utiču na čovečji organizam, to je potrebno preduzeti određene mere

za zaštitu osoblja koje sa njima radi. Zaštita se obično izvodi oblaganjem mesta izloženih

zračenju olovnim pločama koje vrlo slabo propuštaju ovo zračenje, zatim vrlo pažljivim radom

sa rendgen aparatom i izvorima zračenja, kao i skraćenjem radnog vremena osoblja.

2.2. RADIOGRAFIJA- ISPITIVANJE RENDGENSKIM ZRACIMA

Ispitivanje rendgenskim zracima (ili X zracima) našlo je veliku primenu kod utvrđivanja

unutrašnjih defekata i uopšte nehomogenosti materijala. Ovo ispitivanje zasnovano je na

sposobnosti rendgenskih zraka da prolaze kroz razne materijale. Prilikom prodiranja zraka kroz

metale dolazi do njihove apsorpcije, tj. zraci slabe. Ovo slabljenje je manje ako zraci nailaze na

greške i nehomogenosti, tj. tada je manja apsorpcija. Druga važna osobina rendgenskih zraka je

da deluju na fotografsku ploču ostavljajući zacrnjenja različitog stepena (fotoefekat), kao i da na

fluoroscentnim ekranima izazivaju fluoroscenciju.

Jonizirajuće zračenje iz rendgenskog aparata ili gama defektoskopa se apsorbuje pri prolazu kroz

objekat. Promena intenziteta zračenja na izlazu nastala usled različite apsorpcije na mestu greške

i zdravom metalu se registruje.

Prijem odnosno uočavanje greške je na filmu odnosno detektoru zračenja i registruje se

kontrastima. Baza za interpretaciju je radiogram zadovoljavajućeg kvaliteta.

Rendgenski zraci nastaju tamo gde elektroni, koji se kreću velikim brzinama, udaraju u neku

prepreku. Kao rezultat oštrog kočenja elektroni gube svoju kinetičku energiju koja se pretvara u

energiju rendgenskih zraka. Prema tome, za dobijanje rendgenskih zraka treba imati takav uređaj

u kome je moguće:

– primorati elektrone da se kreću u određenom pravcu velikim brzinama,

– staviti na put njihovog kretanja neku prepreku koja obezbeđuje oštro kočenje.

Ovo čini osnovu konstruisanja svih tipova rendgenskih cevi. Rendgenska cev predstavlja visoko

vakumski stakleni balon sa dve elektrode- anodom i katodom. Kao izvor elektrona služi katoda, a

ulogu prepreke za kočenje elektrona ispunjava koso postavljena meta (antikatoda). Da bi

elektroni dobili neophodnu brzinu i određeni pravac kretanja, na elektrode se stavljaju visoki

naponi (i do 500 000V).

Snop elektrona sa užarene katode velikom brzinom udara u koso postavljenu metu i tu se

pojavljuju rendgenski zraci, koji će imati utoliko veću moć prodiranja, ukoliko im je manja

talasna dužina. Zraci manjih talasnih dužina dobijaju se stavljanjem većih napona na elektrode.

Intenzitet zraka na izlazu iz materijala je

I = I0 · e-μd

gde je: I – intenzitet zraka na izlazu iz materijala,

I0 – ulazni intenzitet zraka,

d – debljina prozračivanog materijala,

μ – linearni koeficijent apsorpcije (karakterističan za određeni materijal i određenu energiju

zraka).

Sada je potrebno samo registrovati na pogodan način ovu razliku i na taj način utvrditi defekte u

materijalu (delu). Za ovo se koristi druga osobina rendgenskih zraka da slično svetlosnim

zracima, padajući na fotografski film ili ploču izazivaju razlaganje srebro bromida AgBr koji se

nalazi u fotoemulziji. U zavisnosti od intenziteta zraka na filmu ili ploči vide se tamnija mesta

grešaka i svetlija mesta (homogeni materijal). Umesto fotografskog filma ili ploče može se

koristiti i neki fluoroscentni ekran.

Velika prednost radiografije u odnosu na gamagrafiju je u tome što se izvor radijacije može

uključiti, isključiti i modifikovati u skladu sa različitim potrebama i to na takav način da se

omoguće brza i tačna ispitivanja.

2.3. GAMAGRAFIJA- ISPITIVANJE GAMA ZRACIMA

Gama zraci nastaju prilikom raspada prirodnih ili veštačkih radioaktivnih materijala, a

imaju iste osobine kao i rendgenski zraci. Oni takođe prodiru kroz materijal u kome se apsorbuju

u većoj ili manjoj meri, u zavisnosti od toga da li prolaze kroz homogeni materijal ili nailaze na

neke greške, a prilikom dejstva na fotografsku ploču takođe dovode do razlaganja emulzije.

Međutim, njihova talasna dužina je manja od talasne dužine rendgenskih zraka (iznosi 10-10 do

10-11 cm) , pa usled toga gama zraci imaju veću moć prodiranja. U odnosu na primenu

rendgenskih zraka prozračivanje gama zracima (gamagrafija) ima sledeće prednosti:

- radioizotopi i uređaji koji služe za prozračivanje materijala (defektoskopi) lakši su i manje

osetljivi na način rukovanja i transport, tako da mogu odlično da služe pri terenskoj kontroli,

- dimenzije gama radiokativnih izvora mogu da budu vrlo male, tako da je moguće prozračivanje

nepristupačnih delova,

- gama zracima je moguće prozračiti predmete većih debljina nego pomoću rendgenskih zraka.

Nabavka odgovarajućeg gama izvora i defektoskopa vezana je za manje materijalne izdatke.

- Rad sa izotopima nije vezan za izvor električne energije, merne instrumente i transformatore.

Nedostaci korišćenja radioaktivnih izotopa su:

– kontrasti na radiogramu su nešto slabiji od kontrasta na rendgenogramu,

– zbog stalnog zračenja radioizotopa defektoskop se mora držati u posebnom skloništu,

– vreme prozračivanja je duže,

– operater može biti više izložen delovanju zračenja,

– treba imati na raspolaganju nekoliko gama izvora, da bi se u datom momentu mogao

izabrati izotop najpogodnije energije gama zračenja. Naime, pri izboru gama izvora treba voditi

računa o vrsti i debljini ispitivanog materijala. Za prozračivanje debljih uzoraka, težih delova (na

pr. čelično liv), biraju se radioizotopi sa većom energijom gama zračenja, dok se za

prozračivanje tanjih uzoraka lakših delova (na pr. aluminijum) koriste izotopi sa nižom

energijom gama zračenja.

– zbog stalnog zračenja radioizotopa, defektoskop se mora držati u posebnom skloništu.

U industrijskoj gamagrafiji najveću primenusu našli izotopi iridijum (Ir 192), cezijum (Cs 137) i

kobalt (Co 60). Iskustvo je pokazalo da je izotop Ir 192 najpogodniji za prozračivanje tankih

uzoraka debljine do 20mm, Co 60 za prozračivanje debljih uzoraka.

Radioaktivni izotopi se isporučuju u vidu malih kockica ili cilindara normiranih prečnika.

2.4. MAGNETNA ISPITIVANJA

Magnetska metoda ispitivanja materijala je jedna od prvih metoda kontrole bez razaranja

feromagnetnih materijala (železo, nikal, kobalt, ugljenični, niskolegirani i neki legirani čelici)s

ciljem otkrivanja površinskih grešaka, kao i grešaka blizu površine materijala. Metoda otkrivanja

grešaka magnetskim česticama u feromagnetnim materijalima zasniva se na magnetiziranju

stalnim magnetom ili puštanjem struje koja stvara magnetno polje. Ovom metodom mogu se

otkriti i vrlo sitne površinske greške i greške blizu površine. Ove greške, kao što su: površinske

pukotine, gasni mehuri, uključci ispod površine itd, prekidaju tok magnetnih linija.

Usled toga na mestu greške ili iznad nje, ukoliko se radi o unutrašnjoj grešci, dolazi do

nagomilavanja magnetnih linija. Kad se komad u području ispitivanja pospe magnetskim

česticama, usled nagomilavanja magnetskih linija na mestu greške zgusnuće se i magnetske

čestice, a na taj način je i označiti. Naročito jako je skretanje kod grešaka koje imaju pravac

prostiranja upravan na pravac polja, zbog čega se ovakve greške najlakše otkrivaju.Gustoća

otklona polja, osim od položaja greške zavisi od magnetske indukcije (treba da je dovoljno

velika) i od propustljivosti komada (ne sme biti jako visoka). Za nanošenje magnetskih čestica na

komad koji se ispituje koriste se dva načina- mokri i suvi. Mokri način sastoji se iz toga da se

komad prska tečnom smešom magnetskih čestica sa mineralnim uljem (parafinsko ulje,

petroleum itd.) ili se uroni u kadu sa ovom smešom. Kod suvog načina, preko dela koji se

ispituje raspršuje se prah magnetskih čestica, a zrna su pritom nešto krupnija nego kod mokrog

načina. Suvi način je osetljiviji za otkrivanje grešaka ispod površine, a vrlo često je ovaj prah

obojen da bi se dobio bolji kontrast sa bojom komada koji se ispituje. Za otkrivanje defekata, kao

feromagnetske čestice (indikatori), upotrebljavamo crni magnetni Fe2O3 i žuti feromagnetni

oksid gvožđa γ-Fe2O3.

Aparati kojima se vrše magnetna ispitivanja nazivaju se ferofluks ili magnetofluks aparati.

Dimenzionisani su tako, da se komad posle ispitivanja u jednom smeru može okrenuti za 90º da

bi se ispitao i u drugom smeru. Prenosni uređaji se izrađuju za ispitivanje komada većih

dimenzija čije je prenošenje usled toga otežano. Magnetizacija ispitivanog komada može se

izvesti stalnim ili elektromagnetom.

Vrši se kao delimična pomoću elektroda kojima se stvara kružno magnetno polje, ili obavijanjem

namotaja oko dela koji se ispituje ako je pogodnog oblika (uzdužna magnetizacija).

Posle završenog ispitivanja namagnetisani delovi se moraju razmagnetisati. Razmagnetisanje se

vrši u posebnim aparatima ili je u ferofluksu ugrađen poseban uređaj za demagnetizaciju.

2.5. ULTRAZVUČNA ISPITIVANJA

Ultrazvučna defektoskopija je zasnovana na sposobnosti ultrazvučnih talasa da u vidu

usmerenog snopa prodiru kroz materijal, a odbijaju se od raznih nehomogenosti. To omogućava

otkrivanje raznih grešaka, čak i kada su one u dubini materijala, tj. kada je primena magnetne

metode nemoguća, a primena rendgenskih i γ-zraka ograničena debljinom materijala.

Pod ultrazvukom se podrazumeva mehanički talas učestalosti preko 20kHz, što se smatra

granicom čujnosti čovečjeg uha. Mehanički talasi predstavljaju elastična treperenja u čvrstim i

tečnim telima. Učestalost treperenja se izražava u broju treptaja u jedinici vremena, a jedinica za

učestalost je Hz, što predstavlja jednu punu oscilaciju u jedinici vremena. Danas se proizvode

ultrazvučni talasi do 100MHz, a za ispitivanja materijala (delova sistema) uglavnom se koriste

učestalosti od 10MHz.

Ultrazvučna metoda (postupci) se može prilagoditi i materijalima (delovima sistema) koji nisu

feromagnetni, i može otkriti nedostatke koji su prilično duboko u unutrašnjosti komada.

Uva metoda pretpostavlja kao uslov da materijal (deo sistema) bude provodnik zvučnih talasa i u

praksi se može primenjivati na skoro svim materijalima.

Ultrazvučna energija se pomoću sondi emituje u objekat ispitivanja. Odjek ultrazvučnih od

grešaka se istom ili drugom sličnom sondom registruje na ekranu.Greške koje se mogu ispitivati

ovim potupcima su: pukotine, uključci, poroznost, grubozrnost, greške u debljini, gustini,

korozija itd. Dovoljno je da je objekat ispitivanja pristupačan s jedne strane.

Metode ultrazvučnog isptivanja se dele na:

– metode prozvučivanja,

– impulsne eho metode i

– rezonantne metode.

Za ispitivanje materijala se uglavnom koristi impulsna eho metoda. Ova metoda koristi eho

poslatog impulsa za utvrđivanje homogenosti materijala. Ultrazvučni talas prolazi kroz ispitivani

materijal, a reflektuje se onda kada naiđe na graničnu površinu između dve sredine različitih

akustičkih otpora. Ako u materijalu nema grešaka, onda će se ultrazvučni talasi reflektovati od

suprotne površine komada, tj. neće moći da pređe u vazdušnu sredinu.

Kako impulsne metode imaju katodnu cev na čijem se ekranu vizuelno registruju poslati i

primljeni impulsi, to će u ovom slučaju biti registrovana debljina materijala. Ako, međutim, u

materijalu postoji neka greška (šupljina, prskotina, uključci) različitog akustičnog otpora,

refleksija će nastati ranije i registrovaće se u vidu eha na ekranu katodne cevi.

Da bi se postigao dobar prenos ultrazvučnih talasa sa ultrazvučne glave u materijal koji se

ispituje, mora da bude ispunjeno nekoliko uslova. Pre svega površina materijala mora biti

obrađena. Što je površina finije obrađena, ultrazvučni talasi se lakše uvode u materijal, a i

moguće je izvršiti preciznija ispitivanja. Ali i pri nafinijoj obradi nemoguće je obezbediti

akustični kontakt između ultrazvučne glave i materijala, jer između njih uvek ostaje makar i

neznatni vazdušni sloj, a njegov akustični otpor se razlikuje od akustičnog otpora svih materijala

pa se praktično na toj graničnoj površini reflektuje sva ultrazvučna energija. Zbog toga se na

površinu dela nanosi tečni premaz koji potpuno uklanja vazdušni sloj i obezbeđuje akistički

kontakt između glave i predmeta. U praksi se za obezbeđenje ovog kontakta najčešće koriste

razne vrste ulja, voda ili sapunica, a nekad i specijalne paste.

LITERATURA

1. Tehnički materijali, Dragan Mitić, Univerzitet u Nišu, Mašinski fakultet

2. Materijali i životna sredina, Dragan Mitić, Milan Protić (Niš 2010)

3. https://ironlady003.wordpress.com

4. http://afrodita.rcub.bg.ac.rs/~rzoran/NDT%20ZA%20VEZBU%203.pdf

5. http://www.pomacom.unze.ba/pdf/TPC/02%20NDT.pdf