Diğer Işın ve Dalga Metotları

Bu teknikler, kalıcı gerilmelerin bileşen malzemesinde sebep olduğu fiziksel parametre değerindeki değişimlerin ölçülmesi esasına dayanan tahribatsız metotları içerir. Birçok tahribatsız metodun dezavantajı ölçülmüş olan fiziksel parametre değerlerinin sadece kalıcı gerilme değerlerinin bir fonksiyonu olmamasından kaynaklanır. Değerler sık sık çeliğin bileşimindeki değişikliklerden, metalik fazların durumundan ve çeliğin tane boyutundan etkilenir. Engellenmeye çalışılan bu etkileri hesaba katmamak için deney araçlarının tekrarlanan kalibrasyonları sıkıntıya sebep olduğundan sadece birkaç teknik başarıya ulaşmıştır.

Asıl ilgi odağı tekrarlanan bu kalibrasyona olan ihtiyacı ortadan kaldıracak tahribatsız ölçüm metotlarının geliştirilmesini sağlamaktadır. Bu metotlar manyetik metot ve ultrasonik metot olmak üzere iki ana kategori içerisinde incelenir [95,113].

4.4.1 Manyetik Metotlar

Ferromanyetik malzemelerde elastik gerinim ve mıknatıslanma arasında bir etkileşim olduğu bilinen bir gerçektir. Yıllar önce yapılan deneylerde, bir tel parçasının mıknatıslandığı zaman mıknatıslanma doğrultusunda uzayacağını, gerildiği zaman da gerilme doğrultusunda mıknatıslanacağını doğrulamıştır.

Bu fenomen manyetostriksiyonun (değişmez manyetikleşme) belirli durağan kristalografik doğrultularda manyetik momentlerin atomik hizalanmasından meydana

gelen doğal kafes gerini mi sonucudur. Doğal magnetostriksiyon negatif ya da pozitif olabilir. Domain olarak adlandırılan manyetik olarak sıralanmış bölgeler mıknatıslanmaya paraleldir. Mıknatıslanma bir domain içerisinde uniformdur. Büyüklük olarak doyma noktasına denktir. Domainler uygulanan manyetik alanlar altında yeniden sıralandığı zaman, magnetostriktiv gerinim malzemede boyutsal değişikliklere sebep olur. Depolanmış elastik enerjiyi en aza indirmek için, pozitif manyetostriksiyona (21x106)sahip demirde domain mıknatıslanma vektörlerinin çekme gerilmesi eksenine paralel, basma gerilmesi eksenine dik olacak şekilde hizaya girmeleri tercih edilir. Negatif magnetostriksiyona (-24x10-6) sahip nikelde bu doğrultular tam tersi şekildedir. Gerilme uygulandığı zaman, sırasıyla hizaya girme etkisi malzemenin net mıknatıslanmasında değişikliklere neden olur. Ferromanyetik bir yapıdaki gerinim ve manyetikleşme arasındaki ilişki bu etkileşime bağlıdır. Gerçekte bu metotlar tahribatsızdır, taşınabilir ve alan amaçlı uygulamalarda metodu çekici yapan kalıcı gerilme deneyleri içerisinde hızlı bir alternatiftir. Burada iki değişik metot ele alınmıştır. Barkhausen sesi ve magnetostriksiyon metodudur. İlki manyetik domain duvarları hareketinin analizi esasına dayanır. Diğer yöntem ise manyetik indüksiyon ve geçirgenlik ölçümleri esasına dayanmaktadır [23,96,112,113].

4.4.1.1 Manyetik Barkhausen Sesi Metodu

Ferromanyetik malzemeler domain olarak adlandırılan manyetik olarak sıralanmış mikroskobik bölgelerden oluşur. Her bir domain çubuk bir mıknatısa benzetilebilir. Bu bölgelerin mıknatıslanması belirli bir kristalografik yön boyunca gerçekleşir. Domainler genellikle 1800 ya da 900 dönen mıknatıslanma doğrultuları içerisindeki duvarlarla birbirinden ayrılır. Malzemenin net mıknatıslanması, bütün domain içerisindeki mıknatıslanmanın ortalamasıdır. Manyetik alan ya da mekaniksel gerilmeler ferromanyetik bir yapıya uygulandığı zaman, domain duvarlarının beklenmedik bir hareketiyle domainin mıknatıslanma vektörlerinin dönüşüyle malzemenin domain yapısında değişiklikler meydana gelir. Bu değişiklikler sıra ile bütün numunenin mıknatıslanmasında, numune boyutlarında vs. değişiklikler üretir [95,113].

Eğer telden yapılmış bir bobin numuneye yakın olacak şekilde yerleştirilirse, bir domain duvarı hareket ederken mıknatıslanmadan meydana gelen değişiklikler bobinde bir elektriksel pulsa neden olacaktır. Elektro manyetik indüksiyon esasına dayanan domain duvarları hareketinin ilk gözlemleri Barkhausen tarafından yapılmıştır. O mıknatıslanma sürecini bulmuştur. Domainler uygulanan bir manyetik alan altındaki bir pozisyondan diğerine beklenmedik bir şekilde sıçradıkları zaman histeri eğrileri sürekli değildir, fakat meydana getirdikleri değişiklikler küçük adımlarda oluşur. Elektriksel pulslar bütün domain hareketlerinin bobin alanı altında beraberce toplanmasıyla üretildiği zaman, Barkhausen Sesi denilen sese benzeyen bir sinyal meydana gelir. Barkhausen sesi manyetikleşme frekansında başlayan ve 2~3 MHz’nin üzerine ulaşan güçlü bir spektruma sahiptir. Ses malzeme içerisinde ilerleme mesafesinin üstel bir fonksiyonu olarak sönümlenir. Bu öncelikle hareket eden domain duvarları etrafında meydana getirilen elektromanyetik sönümleme yeteneğine sahip girdap akımlarından dolayıdır. Bu alanlar sadece yüzeyde ölçülebildiği sönümleme mertebesi bilgilerinin elde edileceği derinlikleri belirler. Bu derinlikleri etkileyen temel faktörler; deney numunesinin geçirgenliği ve iletkenliği ile analiz sinyalinin frekans sınırıdır. Pratik uygulamalarda çelikler için ölçüm derinliği 0.01~3 mm arasında değişir [95,113].

Domain duvarlarının hareket büyüklüğü, örneğin Barkhausen Sesinin yoğunluğu, malzemenin mikro yapısına ve gerilmelere bağlıdır. Uygun biçimde kalibre edilmiş Barkhausen Sesi tek eksenli ve çift eksenli yüzey gerilmelerin tahribatsız olarak belirlenmesinde hızlı bir şekilde uygulanabilir. Metodun temel hassasiyeti gerçek deney parçasıyla kalibrasyon numunesinin mikro yapısal parametreleri ve yüzey özellikleriyle ne kadar benzeştiğine bağlıdır [95,113].

4.4.1.2 Manyetostriksiyon Metodu

Şekil 4.5, ferromanyetik bir malzemenin mıknatıslanma eğrilerini göstermektedir. Eğri, mıknatıslanma aşamaları için dört parçaya bölünebilir. 1. aşamada (ilk mıknatıslanma bölgesi), sadece oynak manyetik alan duvarları hareket eder ve mıknatıslanmaya katkıda bulunur. 2. aşamada (mıknatıslanmaya ara verilen

bölge), duvar hareketi biter ve manyetik alan yapısı değişikliklere uğrar. 3. aşamada (mıknatıslanmanın değiştiği bölge), duvar hareketi biter ve manyetik momentler doğal mıknatıslanma doğrultusunda uygulanmış olan manyetik alan doğrultusuna doğru yönelir. 4. aşamada (doymuş mıknatıslanma bölgesi) bütün manyetik momentler uygulanmış manyetik alan doğrultusundadır ve manyetik alanlar tamamen gözden kaybolur [36].

Manyetik Alan H M ık na tı sl an m a M I II III IV

Şekil 4.5. Ferromanyetik Yapıların Mıknatıslanma Eğrisi [36]

Manyetik metodun en önemli avantajı 6 ila 10 mm derinliğindeki çift eksenli gerilmeleri çok hızlı bir şekilde birkaç saniye içerisinde yapabilmesidir. Tüm ekipmanı taşınabilirdir [96,113].

4.4.2 Ultrasonik Metotlar

Hassas ve hızlı ultrasonik dalgalar gerilme seviyesinin belirlenmesinde kullanılır. Malzemenin içindeki ultrasonik dalgaların hızındaki değişiklikler gerilmeyi direkt gösterir. Gerilme ölçümü için kullanılan ultrasonik teknikler,

ilişkisi ile tanımlanabilen dalga hızındaki değişim esasına dayanmaktadır. Burada V0 gerilmesiz bir atomdaki dalganın hızı, σ gerilme ve J ise akustoelastik sabit olarak bilinen bir parametredir [36].

Ultrasonik tekniğin kullanılma amacı öncelikle malzemenin içerisindeki gerilmeler hakkında bilgiler elde etme çabasıdır. Hız değişimi dalgaların yayıldığı bölgeler boyunca var olan gerilmelerin ortalaması ile orantılıdır [36].

Ultrasonik tekniğin avantajları; araç gereç kullanımı için elverişliliği, çabuk ayarlama, taşınabilir, ucuz ve radyasyon tehlikesinin olmamasıdır. Karşılaşılan problemler ise düşük uzaysal çözünürlülük, sıcaklık değişimi ve mikro yapısal etkilerden dolayı hız değişimlerinin rakip kaynaklara hassasiyeti, çok keskin zaman ölçümleri için duyulan zorunlulukları içerir [96,111,113].

4.4.3 Raman Spektroskopisi

Raman spektroskopisi ışığın cisim ile etkileşimini içerir. Gelen lazer ışınları atomlar arası bağların titreşimine neden olur. Raman Spektrumu bir numunenin fiziksel durumu ve kimyasal yapısı hakkında çok önemli bilgileri ortaya çıkarmadaki dağınık ışığın analizi olarak bilinir. Bu teknik tahribatsız muayene yöntemi, non- invasive ve yüksek yüzeysel çözüme sahiptir. Bu metot ile optik mikroskop kullanmak şartıyla uzaysal çözümler yapılabilir. Genellikle yüzeydeki ve yüzeye çok yakın gerilmeleri ölçebilme yeteneğine sahiptir. Fakat bazı ilavelerle yüzey altı bilgileri de tespit edebilmektedir [96].

4.5. Kalıcı Gerilme Ölçüm Yöntemlerinin Karşılaştırılması ve Uygun