187961. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés príbatestekben létrejövő repedésmegindulás és terjedés mérésére
187 96 i 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés fémes anyagokban fellépő repedésmegindulás és repedésterjedés mérésére. Szerkezetek szilárdsági méretezésénél a törésmechanika mind nagyobb szerepet kap. A törésmechanikában az egyik legfontosabb feladat az anyagban létrejövő repedésmegindulás meghatározása és a repedésterjedés mérése a terhelési paraméter függvényében. A repedés megindulásának meghatározása tulajdonképpen egy extrapolálás a zérus repedésterjedésre. A törésmeehanikai vizsgálatokat általában szabványosított alakú és méretű ún. próbatesteken végzik. Mint ismeretes, a repedésterjedés vizsgálati módszerei a méréseknél kihasznált fizikai jelenségek alapján optikai, mechanikai, elektromos, mágneses, ultrahangos és akusztikus emissziós csoportokra oszthatók. Az elektromos elven működő mérési módszerek közül a leghasználatosabb az ún. elektromos potenciál-különbség módszer. A módszer lényege az, hogy ha repedés keletkezik illetve terjed a vizsgált próbatestben, annak elektromos ellenállása megváltozik. A mérés lényege az, hogy állandó egyen- vagy váltakozóáramot bocsátanak át a próbatesten, és a repedésterjedés hatására fellépő ellenállásváltozást a repedés két oldalán elhelyezkedő szondák közötti feszültségméréssel indikálják. A módszer előnye, hogy robosztus, olcsó, magas és alacsony hőmérsékleten jól használható, átlagos repedéshosszt mér, beilleszthető automatikus mérésadatgyűjtő rendszerekbe. Hátránya, hogy kalibrálni kell (Vagyis minden egyes próbatest típusra, méretre, áram hozzá vezetés és feszültségelvezetés geometriára meg kel! határozni a feszültségváltozás - repedésterjedés mérete közti összefüggést. Az összefüggés meghatározásánál más — abszolút, pl. optikai — módszerek jöhetnek számításba) és hogy a próbatestet elektromosan el kell szigetelni a vizsgáló géptől, (pl. szakítógéptől) Váltakozóáramú potenciálkülönbségmérés elvén működő repedésterjedés-vízsgáló berendezést közöl az ASTM-STP 631. kiadvány (Flaw Growth and Fracture. Proc of 10th National Conference on Fracture Mechanic. 1976. aug. 23 — 25 462-476 oldalak). Az ismertetés szerint váltakozóáramú áramgenerátor áramát bocsátják át a vizsgálandó próbatesten és egy referencia próbatesten. Mindkét próbatesten eső feszültséget külön-külön erősítik, egyenirányítják, majd az így nyert egyenfeszültségek különbségét képezik és ezt a feszültség-különbséget mérik. Ezzel az ún. hídkapcsolással (ugyanis két azonos anyagú és méretű próbatesten eső feszültségek különbségét mérik, ahol az egyik próbatest a mérendő, amelyben terhelés hatására elindul a repedés, a másik csak referenciául szolgál, nem terhelik) növelni lehet a mérés érzékenységét, csökkenteni az áramgenerátor áramingadozása és a hőmérsékletingadozások okozta mérési hibákat. A 173491 1. számú csehszlovák szabadalmi leírás olyan berendezést ismertet, ahol csak egy próbatestet alkalmaznak, amelyen átfolyatják az áramgenerátor áramát, de három potenciál vezetőt helyeznek fel a próbatestre. Az első és második polenciálvezető között van a repedés, amelyet a kísérlet során növelnek, és e két elvezető közötti feszültséget erősítik egy erősítővel, amelynek erősítését egy érzékenységszabályozó áramkör szabályozza. Az érzékenység szabályozó a bemenő jelét a második és harmadik potenciálvezető közötti feszültségből kapja. Ezzel a megoldással csökkenteni tudták a hőmérsékletingadozások és áramingadozások okozta hibákat, növelni a mérés érzékenységét. A váltakozóáramú potenciálkülönbség mérés elvén működő ismert repedésterjedés vizsgáló berendezések hátránya, hogy nagyon érzékenyek a külső e-edetű elektromos és mágneses zajokra, zavarokra. (A gyakorlatban pV, vagy még ennél kisebb váltakozófeszültségű jelek méréséről van szó!) Ahhoz, hogy minél kisebb repedésterjedés indikálható legyen az szükséges, hogy növeljék az erősítést. Az erősítés növelésének két körülmény szab határt: az egyik a külső eredetű zaj, zavar, a másik az, hogy még hídelrendezés esetében sem biztosítható az indulási kiegyenlítés - vagyis az, hogy a két próbatesten azonos nagyságú feszültség mellett további hátrány, hogy az ismert hideirendezések mellett nem biztosítható a híd kiegyenlítése. Amennyiben növelni akarják a berendezések mérési érzékenységét (vagyis hogy minél kisebb repedésterjedés kimutatható legyen), az alkalmazott mérőáram erősségét kell emelni, mivel az erősítés növelésének a zajérzékenység szab határt. Az áram növelésével azonban további hátrányok származnak: a nagy áram a próbatestekben^ felmelegedést okoz (különösen a repedés csúcsában, ahol a legnagyobb az áramsűrűség), ami meghamisítja a mérhető szilárdsági, törésmechanikai jellemzőket, hiszen ezek erősen hőmérsékletfüggőek, (A gyakorlatban általában 10— 100 A áramerősséggel dolgoznak). A nagy áramerősség alkalmazása konstrukciós problémákat is jelent: nehezebb nagy áramerősségre megfelelő stabilitású áramgenerátort építeni, valamint a próbatestekhez való áramhozzávezetéseknek, kontaktusoknak is robosztusabbaknak kell lenniük. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és olyan megoldást adni, amellyel jelentősen csökkenteni lehet a külső zavarokra, zajokra való érzékenységet, biztosítani lehet hídelrendezés esetében a híd kiegyenlítését, ezáltal növelni lehet az alkalmazható erősítést és csökkenteni a méröáram erősségét. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan mérési elrendezés kialakítása, amely egyrészt kevésbé érzékeny a külső eredetű zajokra, zavarokra, másrészt amelynél biztosítani lehet a híd kiegyenlítését. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha a próbatesten egy vezérelhető frekvenciájú áramgenerátor áramát bocsátjuk át, és a próbatesten eső feszültséget erősítés után egy szinkron egyenirányítóval egyenirányítjuk, majd szűrjük, és mérjük az így nyert egyenfeszükséget, és amely szinkron egyenirányítót ugyanannak az óragenerátornak a frekvenciájával szinkronozzuk, amellyel vezéreljük az áramgenerátor frekvenciáját, továbbá hídelrendezés esetében az áramgenerátor áramát a referencia próbatesten és/vagy egy kiegyenlítő elemen is átvezetjük és képezzük a próbatesten valamint a referenciapróbatesten és/vagy a kiegyenlítő elemen eső 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 05 2
