laboratuar ıı
advertisement
LABORATUVAR I TAHRİBATSIZ MALZEME MUAYENELERİ Yrd.Doç.Dr. Nilhan ÜRKMEZ TAŞKIN Giriş: Tahribatsız malzeme muayeneleri ile malzemelerin imalat esnasında veya belli bir süre kullandıktan sonra örneğin korozyon veya aşınma gibi nedenlerden dolayı oluşan çatlak, iç kesimlerde oluşan boşluk, kesit incelmesi vb. hataların tespiti yapılır. Burada herhangi bir numune alma durumu yoktur. Muayeneler yani testler doğrudan iş parçası üzerinde yapılır. Hataların üretim sürecinde tamamen yok edilerek veya gerektiği kadar azaltılarak istenen mukavemet özelliklerinin sağlanması, üretimin her kademesinde hataların sıkı bir denetimi ile gerçekleştirilebilir. Denetimin etkin bir biçimde yapılabilmesi için parçaların mukavemet özelliklerinin doğrudan ölçüldüğü ve malzemenin tahribatı ile sonuçlanan “Mekanik Deneyler” in yanında, malzemeyi tahrip etmeden hataların izlenmesini sağlayan “Tahribatsız Deneyler” in de kullanılması gerekmektedir. Tahribatsız Muayene Deneylerinin Tanımı ve İçeriği: Bir malzemenin kullanım amacı için gerekli özelliklerine zarar verecek ölçüde hasar yapmadan o malzemenin muayenesine olanak veren deneyler “Tahribatsız Muayeneler” adı altında toplanır. Tahribatsız Muayenenin gelişimini sağlayan nedenler: Parça ve konstrüksiyonların hafifletilmesiyle, limit dizaynlara gidilmesi ve bu sınırlarda kusursuzluk olayının ön plana çıkması İmalatın belirli bir kademesinde hatayı önceden tespit ederek daha sonraki işçilik masraflarının en aza indirilmesi Kazaları önlemek veya sistemin durmasını önlemek için hatalı parçanın önceden teşhis edilebilmesi ihtiyaçları Tahribatsız Deneylerin Kullanım Yerleri: Parçaların iç kısımları ve yüzeylerinde yapılan tahribatsız muayenelerde bu deneyler, farklı boyutlarda ve derinliklerdeki hataların incelenmesinde kendi fiziksel prensiplerinin izin verdiği ölçüde kullanılmaktadır. Aşağıda çeşitli tahribatsız deneylerin, malzemenin yüzey veya iç kısımlarında bulunabilen çeşitli boyutlardaki hataların incelenmesinde, genel olarak hangi hata boyutu ve derinliklerinde başarılı olarak kullanılabildiği toplu bir biçimde gösterilmiştir. İncelenen yüzeylerin muayenesinde 10-1 cm civarında olan boyutsal sınırının optik mikroskopi ile 10-5 cm’ye, elekron mikroskobu vb. ileri teknikleri yardımı ile 10-8 cm. civarına götürülebildiği görülmektedir. Bunun yanında incelenen hata derinliğinin elektron mikroskobu ile 10-5 cm, gibi çok küçük bir değerden x ışınları ile 10-1 cm radyografi ile 25 cm. civarına getirilebildiği ve ultrasonik deneylerde de 100 cm’ye ulaşabildiği görülmektedir. 1 Yüzey hatalarının muayenesi için kullanılan yöntemler aşağıdaki şekilde toplu olarak gösterilmiştir. Parça yüzeyine uzak olan bölümlerdeki hataların incelenmesinde kullanılan tahribatsız deneyler aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. 2 Tahribatsız Deneylerin Fiziksel Prensiplerine Göre Sınıflandırılması I- II- III- IV- V- IŞINLANDIRMA DENEYLERİ A) X IŞINLARI DENEYLERİ RADYOGRAFİ, RASDOSKOPİ X IŞINLARI MİKROSKOPİSİ X IŞINLARI DİFRAKSİYONU B) GAMA IŞINLARI DENEYLERİ GAMMAGRAFİ, GAMMASKOPİ RADYOAKTİF İZOTOPLA İZLEME C) ELEMANTER PARÇACIK DENEYLERİ ELEKTRON DENEYLERİ ELEKTRON MİKROSKOPİSİ ELEKTRON DİFRAKSİYONU NÖTRON DENEYLERİ NÖTRON MİKROSKOPİSİ NÖTRON DİFRAKSİYONU ELASTİK DALGA DENEYLERİ SONİK DENEYLER ULTRASONİK DENEYLER AKUSTİK YAYINIM DENEYLERİ ELEKTRİK VE MANYETİK DENEYLER DOĞRU AKIM DENEYLERİ GİRDAP AKIMI DENEYLERİ MANYETİK TOZ DENEYLERİ OPTİK DENEYLER SPEKTOGRAFİ, SPEKTROSKOPİ MİKROSKOPİ, MAKROSKOPİ ENTERFEROMETRİ, HOLOGRAFİ DİĞER DENEYLER SIZDIRMA VE PENETRASYON DENEYLERİ Penetran Sıvı ve Süzme Parçacık Deneyleri Basınçlı Gaz ve Basınçlı Sıvı Deneyleri MEKANİK DENEYLER: Sertlik, Mikrometri, Straingage vb. KİMYASAL DENEYLER: Leke deneyleri, Dağlama deneyleri vb. ISIL DENEYLER: Isıl İletkenlik, Isıya duyarlı boya deneyleri vb. MİKRODALGA DENEYLERİ 3 RADYOGRAFİ DENEYİ Bir X ışını cihazının tüpünde yüksek gerilim altında oluşturulan X-ışını demetinin, bir muayene parçası içinden geçirilmesi ve parçadan çıkan ışınların bir fotoğraf filmine etki yaparak bir radyografi elde edilmesi yöntemidir. Hatanın büyüklüğünü ve derinliğini saptama olanağı vardır. Ekseni ışınım doğrultusunda olan çok ince çatlakların saptanması olanaksızdır ayrıca sonuçların yorumlanması uzmanlık gerektirir ve ışınların sağlığa zararlı olması korunmayı gerektirir. RADYOSKOPİ DENEYİ Bir X-ışını demetinin bir muayene parçası içinden geçirilmesi ve parçadan çıkan ışınların bir fluoresan ekran üzerine düşürülerek kalıcı olmayan bir görüntü elde edilmesi yöntemidir. Üstünlükleri : Parçanın iç görüntüsü muayene esnasında anında görülebilir, muayene zamanı kısadır, film banyo zamanı ve masrafı yoktur. Eksiklikleri : İlk tesis masrafları fazla, tesisat ağır ve taşınamaz durumdadır ayrıca çalışanın ışınım bakımından güvenliğinin sağlanması için çok dikkatle dizayn ve imal edilmelidir. 4 ULTRASONİK DENEY Ultrasonik dalgaların bir malzeme içerisine bir prob aracılığı ile bir demet halinde gönderilmesi ve malzemenin iç durumuna bağlı olarak değişmelere uğrayan dalga demetinin malzemeden çıktığı anda aynı prob (yankı yöntemi) veya başka bir prob (iletim yöntemi) aracılığı ile alınarak değişimlerinin saptanmasıdır. Verici probtaki piezoelektrik kristalde elektrik titreşimlerinin dönüştürülmesi ile üretilen mekanik titreşimler (basınç dalgaları) malzeme içinde yayılırken farklı akustik empedanstaki bölgelerin ara yüzeylerinden kısmen geçer kısmen yansır. Böylece alıcı proba gelen dalgalar probun piezoelektrik kristali tarafından tekrar elektrik titreşimlere dönüştürülür. Verici ve alıcı prob bazen aynı bazen de farklıdır. Her iki prob elektronik bir devre ile ultrason cihazını oluşturur. Cihazın osiloskobunda elde edilen görüntüler, giriş çıkış yüzeyleri ile parçada bulunan hata vb. diğer yansıtıcıları belirler. 5 Üstünlükleri: Geniş uygulama alanı (hata, içyapı, elastiklik modülü, kalınlık ölçme vb.) Yüksek malzeme kalınlıklarının muayenesine izin verir. Çok küçük hataların incelenmesine olanak veren yüksek duyarlılık (0.4mm) Yalnız bir yüzeyden yanaşabilmek yeterli Sonucu anında verir. Kalıcı bir kayıt alma olanağı vardır. Cihazlar taşınabilir ve personelin sağlığına zararlı etkisi yoktur. Eksiklikleri: Düzgün olmayan şekilli, kaba yüzeyli, çok küçük ve çok ince parçaların incelenmesi güçtür. Dalgaların malzemeye etkin biçimde girmesini sağlayan bir ara sıvıya gerek vardır. Yüzeyin hemen altındaki tabakadaki hatalar incelenemeyebilir. Muayene işlemi iyi yetişmiş ve dikkatli teknisyen kullanımını gerektirir. Gerek cihaz kalibrasyonu gerekse hataların karakterizasyonu için referans standartlara gereksinme Tespiti yapılabilen en küçük hata boyu, kullanılan ultrasound dalgalarının dalga boyunun hesaplanması ile ortaya çıkar. Hatanın daha boyunun yarısından büyük olması gerekir. c ses hızı f frekans olmak üzere dalga boyu c / f denklemi ile hesaplanabilir. Örnek: Çelik bir malzemede sesin yayılma hızı (c) 6000 m/s, seçilen muayene frekansı (f) 3 Mhz ise dalga boyu 2 mm olarak hesaplanabilir bu durumda tespit edilebilecek hata boyu 1 mm olacaktır. Daha yüksek frekans seçildiğinde 1mm den daha küçük hataların tespit edilmesi mümkün olabilir fakat frekansın daha fazla yükseltilmesi pratikte malzemenin bütün taneleri hata olarak ekrana yansır ve gerçek hatalar belirlenemez olur. 6 MIKNATIS TOZU YÖNTEMİ Mıknatıs tozu yöntemi ile yüzeye ulaşan veya yüzeye ulaşamayan fakat yüzeye çok yakın olan çatlakların muayenesi yapılabilir. Sadece demir, nikel ve kobalt gibi ferro manyetik malzemelere uygulanabilir. Mıknatıs tozu olarak demir tozları (Fe) veya magnetit (Fe3O4) kullanılır. Bu ince tozlar kuru olarak alınabildiği gibi bir sıvı taşıyıcı ile kullanılması daha yaygındır. Test esnasında yapılması gereken, muayenesi yapılacak iş parçasının bir manyetik veya aynı etkiyi yaratacak elektromanyetik alana getirilmesi ve alan çizgilerinin çatlaklarda sapmasını değerlendirerek bu kısımlarda mıknatıs tozlarının toplanmasını, çatlaklar boyunca topaklar oluşturmasını saptamaktan ibarettir. Manyetik alan çizgileri a) yüzeysel, b) yüzey altı Bu yöntemde muayeneden önce çatlakların içindeki kirlerin ince bir temizliği gerekmez, süreksizliklerin dışında metalsel olmayan kalıntı ve segregasyonların incelenmesi olanağı vardır. Yüzeye yakın olmayan iç hataların incelenmesinde kullanılamaz, ferromanyetik olmayan malzemeye uygulanamaz, karışık şekilli parçalarda manyetikleşmemiş bölgeler kalabilir. 7 GİRDAP AKIMI DENEYİ Üzerinden alternatif akım geçen bir bobin iletken bir malzemeye yaklaştırılarak malzeme içinde girdap akımları oluşturulması ve oluşan ilave manyetik alanın, ya onu uyaran bobin ya da ayrıca bir bobin aracılığı ile ölçülmesi yöntemidir. Malzeme içindeki mevcut süreksizlikler yani hatalar, geometrik ve metalürjik yapı değişmeleri malzemenin elektrik iletkenliğinde ve manyetik geçirgenliğinde değişmelere, bunun sonucu olarak endüklenen girdap akımlarında yerel değişmelere neden olur. Bu değişmeler prob tarafından algılanarak uygun bir ölçme cihazına gönderilir ve değerlendirilir. Ölçme sürecinde malzemeye temas gerekmez, 1000 ºC’ ye kadar sıcaklıklarda yapılabilir muayene süresi çok kısadır. Silindirik parçalarda eksene dikey ince düzlemsel süreksizliklerin incelenmesi güçtür. PENETRAN SIVI DENEYİ Bu yöntemle yüzeye ulaşan çatlaklar belirlenebilir. İç kesimlerde bulunan çatlaklar ve boşluklara bu yöntemle ulaşılamaz. Kılcal boru fiziğinin kurallarını kullanır. Yani kılcal borularda sıvıların yükselmesi veya kılcal borulara viskozitesi çok küçük sıvıların sızması yani penetrasyonu özellikle değerlendirilir. Seramik veya beton gibi gözenekli malzemelere penetran sıvı yöntemi uygulanamaz. Sadece çatlaklara ince sıvıların sızdırılması ile ölçüm yapılan bu yöntemde gözenekli malzemenin her tarafına penetran sıvı emileceği için sonuç alınamaz. Kullanılabilen penetran sıvıların viskozitesi, dolayısıyla yüzey gerilmesi çok düşük olması gerekir. Örneğin, suyun oda sıcaklığındaki yüzey gerilmesi 73 dyne/cm sıvı metallerin ise 150-300 dyne/cm seviyesindedir. Burada kullanılabilecek sıvıların ise yüzey gerilmelerinin 20 dyne/cm’ den küçük olmaları istenir. Penetran sıvıların kolay izlenebilmeleri için renk veya ultraviole ışınları altında parlayan fluoresan katkılarının olması istenir. Penetrant sıvı 8 Uygulamadaki işlem sırası şöyledir: Test yüzeyinin temizlenmesi: Temizleme işlemleri mekanik ve/veya tiner gibi çözücüler kullanılarak yapılır. Temizleme etkisini arttırmak için ultrasoundla titreştirilen banyolar da kullanılabilir. Penetran sıvının yüzeye taşınması: Taşıma işlemi fırçayla sürülerek, spreyle püskürtülerek veya daldırarak yapılabilir. Penetran sıvının sızması: Yüzey temizlemesi ile yüzeye ulaşan ağızları açılmış olan çatlaklara düşük vizkoziteli ince sıvının sızabilmesi için 5-15 dakika beklenir. Oda sıcaklığının altındaki yani 15 ºC’nin altındaki sıcaklıklarda daha fazla beklemek gerekir. Yüzeyden penetran sıvının temizlenmesi: Sızma işlemi sonunda fazla sıvının yüzeyden uzaklaştırılması gerekir. Temizleme işlemi temiz bir bezle yapılabileceği gibi uygun sıvılarla da yapılabilir. Bu işlemin hızlı bir şekilde yapılması gerekir. Çatlaklardaki penetran sıvının gözle görünür hale getirilmesi: Yüzeyin penetran sıvıdan temizlenmesinden sonra yüzeye çatlaklardaki sıvıyı dışarı emen higroskopik bir tozun veya sıvının ince bir şekilde taşınması gerekir. Bu şekilde, gözle görülemeyen kılcal çatlaklardaki penetran sıvı dışarıya emilir ve çatlakları kalın bir şekilde görünür hale getirir. Ultraviole ışınlarla yapılan muayenede emici maddeye ihtiyaç olmayabilir. Sadece yüzeyin temizlenmesi genellikle yeterli olur. Dokümantasyon: Görünen çatlakların ya anında değerlendirmesi yapılıp iş parçası hakkında karar verilir ya da fotoğrafı çekilerek rapor hazırlanır. Çok etkili bir yöntem olmasına rağmen, çatlakların yüzeye ulaşmış olması şartı olduğundan diğer yöntemlere de ihtiyaç vardır. Uygulaması kolay ve gereken teçhizat basittir, her türden malzemeye uygulanabilir, sadece yüzeye açılan süreksizliklerin incelenmesinde kullanılabilir, fazla pürüzlü ve gözenekli yüzeyler için uygun değildir, çatlakları örten etkenleri kaldıran ön temizleme güçtür. KAYNAKLAR - W., Weissbach, “Malzeme Bilgisi ve Muayaenesi”, 1977, Birsen Kitabevi, İstanbul - M., Yüksel, “Malzeme Bilimleri Serisi Cilt 1”, 2001, MMO Yayın No:271-1, Ankara - Y., Tekiz, “Tahribatsız Deneyler, 1984, İTÜ Makine Fakültesi, İstanbul - Tahribatsız Malzeme Muayenesi Seminer Notları, 1993, MMO Yayın No: 93-3, İstanbul 9
