Metoda analýzy Barkhausenova šumu Technická univerzita v Liberci Fakulta strojní Katedra obrábění a montáže Metoda analýzy Barkhausenova šumu Ing. Lucie Vrkoslavová

Úvod Nedestruktivní metoda hodnocení integrity povrchu z hlediska zbytkových napětí, tvrdosti vzorků a strukturních a fázových změn. Magnetická metoda → použití pro feromagnetické materiály. Využití ve vědě i v průmyslových aplikacích.

Historie Barkhausenův šum objevil v 1919 profesor Heinrich Georg Barkhausen. Přiblížíme či vzdálíme-li magnet od jádra, je v reproduktoru slyšitelné chrastění či praskání. Tento šum, jak ukázal paralelní vývoj kvantové mechaniky v oněch dávných dobách, souvisí s nespojitostmi v procesu magnetizace feromagnetika. Heinrich Georg Barkhausen Původní uspořádání

Princip analýzy barkhausenova šumu Feromagnetické materiály  domény (malé magnetické oblasti připomínající jednotlivé tyčové magnety).  Každá doména je magnetizována podél určitého krystalografického směru snadné magnetizace. Hranice domén  doménové stěny. Magnetické pole způsobí pohyb doménových stěn tam a zpět. Výsledkem je změna celkové magnetizace vzorku.  indukce elektrických pulsů v cívce

Princip analýzy barkhausenova šumu Proces magnetizace je charakterizován hysterezní křivkou, není spojitý, ale skládá se z malých skoků. Shrnutím všech elektrických pulsů vzniká signál zvaný Barkhausenův šum.

Princip analýzy barkhausenova šumu Hysterezní smyčka vyjadřuje závislost mezi magnetickou indukcí (B) a intenzitou magnetické (H) Remanentní (zbytková) indukce Br (bod b) zůstává i po snížení intenzity magnetického pole na nulu (po tom, co materiál přestaneme magnetovat). Koercitivní síla Hc (bod c) -je potřebná k odmagnetování materiálu (zrušení Br). Čím je koercitivita větší, tím je materiál tzv. magneticky tvrdší. Saturace (bod a) – dochází k magnetickému nasycení materiálu. Pokud zvýšíme intenzitu magnetického pole nad tuto hodnotu, magnetická indukce se již nezvýší. B = μ.H

Ovlivňující faktory Přítomnost a rozložení elastických napětí – ovlivňují cestu, kterou se domény ubírají za cílem snadné orientace ve směru magnetizace. Tento jev, při kterém elastické vlastnosti ovlivňují doménovou strukturu a magnetické vlastnosti, nazýváme magnetoelastická interakce. Důsledkem této interakce u materiálů s pozitivní magnetostrikcí (většina ocelí a železo) je snižování intenzity Barkhausenova šumu tlakovým napětím, zatímco tahové napětí intenzitu zvyšuje. Díky této skutečnosti můžeme z měření intenzity Barkhausenova šumu stanovit zbytková napětí.

Ovlivňující faktory Metalurgická struktura – lze hrubě popsat za použití pojmu tvrdost. Intenzita signálu spojitě klesá s rostoucí tvrdostí. Je to důsledkem blokace pohybu doménových stěn na mřížkové úrovni v zásadě stejnými překážkami a defekty jako pohyb dislokací při plastické deformaci.

Ovlivňující faktory Vliv tvrdosti a zbytkového napětí

Útlum signálu Je exponenciální v závislosti na vzdálenosti, kterou projde uvnitř materiálu. Příčinou tlumení signálu jsou vířivé proudy, které jsou indukovány při šíření signálu  určuje se tzv. měřící hloubka.

Konstrukce snímače

Microscan 600 digitální analyzátor Barkhausenova šumu kontrola kvality povrchu a podpovrchových vad týkajících se změn v napětí a mikrostruktuře Viewscan Microscan různé druhy snímačů

aplikace 1) Cementovaný vzorek s trhlinkami

aplikace 2) Karbonitridované vzorky

aplikace 3) Využití přeběhů magnetizačního napětí a magnetizační frekvence k hodnocení vzorků Nitridované vzorky cementované vzorky

aplikace 4) Vliv kuličkování na velikost magnetoelastického parametru (mp)

aplikace 4) Vliv kuličkování na velikost mp

aplikace 5) Korelace RTG difrakce vs. Barkhausenův šum - cementovaná a následně broušená ozubená kola - hodnocení boků zubů analýzou Barkhausenova šumu a metodou rentgenové difrakce - korelace povrchových měření i hloubkových profilů

aplikace 5) Korelace RTG difrakce vs. Barkhausenův šum - Mobilní difraktometr X3000

aplikace 5) Korelace RTG difrakce vs. Barkhausenův šum

aplikace 5) Korelace RTG difrakce vs. Barkhausenův šum

Děkuji Vám za pozornost!