Magyarországi előzmények

Magyarországon hídszerkezet építése során keletkező gyártási feszültségek mágneses Barkhausen-zaj- (továbbiakban MBN) méréssel történő vizsgálatára először az M0-s autópálya Hárosi-Duna-hídjának budai oldali ártéri szerkezetén került sor 1989–1990-ben. (Az építés több fázisában, a szerkezeten feljelölt 1200 mérési pontban.) Mechanikai feszültségre való átszámítás az alkalmazott hídanyagokon végzett kalibrációval valósult meg. A méréseket a Közlekedéstudományi Intézet Acélhíd Laboratóriumának munkatársa, dr. Imre Lajos és a szerző végezte [2, 3].

Az MBN első magyarországi vasúti alkalmazására a régi Déli összekötő vasúti Duna-hídon került sor: 2016-ban a szerkezetekre monitoringrendszert telepítettünk, amelynek része volt szerkezetenként 20 darab fixen rögzített MBN-mérőfej.

A mágneses Barkhausen-zaj-mérés mint a monitoring része

A NIF Zrt., mint az új Déli összekötő vasúti híd beruházója, az egyes szerkezetekre állapotfelügyeleti rendszer telepítését írta elő. A kiépítendő mérőrendszer elemei között szerepelt az MBN-mérés mint időszakos mérés. Hidanként 64 mérési helyet jelölt ki a vonatkozó telepítési terv, amelyből az üzemelés során nehezen megközelíthető 32 helyre mérőfejeket, a könnyen megközelíthető helyekre mobil mérőfejjel felkereshető mérőfejfogadó keretek rögzítését írták elő. A hídon kijelölt mérési helyeken a híd gyártásának, építésének különböző fázisaiban is méréseket kellett végezni mobil MBN-mérőrendszerrel.

Ezek a fázisok:

– lemezkivágást követően;

– a mérőpont környezetében végrehajtott hegesztések és utólagos feszültségmentesítést követően;

– a híd összeszerelését követően;

– próbaterheléskor.

Mivel próbaterheléskor egy-egy terhelési fázis időtartama az MBN-mérés időigényéhez képest rövid, olyan mérőrendszert is előírtak, amellyel a telepített 32 pontban kvázi egyidejű méréseket lehet végezni.

Az MBN-mérések eredményeinek mechanikai feszültségre való átszámításához hidanként és mért lemezvastagságonként kalibrációt végeztünk.

A telepített MBN-mérőpontokkal analóg feszültségi állapotú pontokba nyúlásmérő bélyegeket telepítettünk. Az ezek által mért feszültségváltozások mind az MBN, mind a vonat áthaladásakor működő gyors méréseket végző rendszerben felhasználhatók.

A monitoringrendszer végleges megvalósíthatóságáról számos egyeztetés zajlott a projektben részt vevő felek között, amely során a kiírás egyes műszaki részletei módosultak. Ezek közül a legfontosabbak:

– A mérőfej, illetve sablon rögzítése a szerkezeten csak a teljes korrózióvédelem után, ragasztással történhetett.

– Mivel az első szerkezet egyes elemeit már legyártották, ezekben az esetekben a gyári méréseket erre a célra tervezett és gyártott mintákon kellett elvégezni.

A mágneses Barkhausen-zaj-mérés műszerei

A mérési feladatok elvégzésére két műszertípus került kifejlesztésre. A gyártásközi mérésekhez, illetve a szerkezeten a kijelölt mérési pontokban végzendő mérésekre egy hordozható, beépített számítógéppel és akkumulátorral rendelkező műszert, a MOBA-2-t készítettük el. Mivel egyidejűleg folyt a gyártás Lengyelországban, az összeszerelés Magyarországon, célszerűen két példány készült belőle. A műszer és mérőfeje alkalmas a hídnál alkalmazott acél átgerjesztésére a tervezettnél nagyobb bevonatvastagság (~0,8-1,0 mm) mellett is. A fejpozicionáló elemek rögzítésére alkalmas fogadó résszel rendelkezik, így a gyári méréseknél lehetséges az egységes pozicionálás.

A próbaterheléskor előírt, közel egyidejű mérések elvégzésére több készülékből álló mérőrendszer készült. A telepített mérőfejek csatlakozási pontjai a híd járdájáról jól megközelíthetően, csoportosítva és csatlakozódobozokban kerültek elhelyezésre. Egy-egy csomópontban 1–6 mérőfej csatlakozása épült ki. Ennek megfelelően a TEBA-2 mérőrendszer 12 darab mérőegységből áll, amelyekhez egységenként akár 8 mérőfejet lehet egyidejűleg csatlakoztatni. A beépített számítógéppel rendelkező mérőegységeket hálózatba lehet kötni és központi számítógépről üzemeltetni. A 32 beépített mérőfejen a mérés így kevesebb, mint 10 perc alatt elvégezhető.

A mérési eredmények mindkét műszertípus esetében a hídnál telepített szerveren keresztül tölthetők fel a MÁV központi Műtárgy Monitoring Rendszerébe (MÁV MMR). Itt kell szólnunk a mérőműszerek és mérőfejek összeméréséről és az utánépítési lehetőségek biztosításáról. Ezt kalibrált műszerekkel végzett mérésekkel, illetve anyagmintákkal tudjuk biztosítani.

Az MBN kalibrációja mechanikai feszültségre

Az MBN és a mechanikai feszültség közötti összefüggést a vizsgált anyagból származó mintán végzett kalibrációs mérésekkel lehet meghatározni. A kalibrációs mérések és értékelések folyamata a szakmai gyakorlatnak megfelelően, a vonatkozó irodalomban [4] meghatározottak szerint történik.

A vizsgálatokat az AGMI Anyagvizsgáló és Minőségellenőrző Zrt.-ben végeztük, négypontos hajlítással előállított húzó-nyomó feszültségtartományban, illetve húzóvizsgálattal ezekre a célokra gyártott próbatesteken (1. ábra).

A példaként bemutatott 40 mm vastagságú acéllemez mérési-kalibrációs eredményeit a 2. ábra tartalmazza.

Mérési eredmények

A szerkezetek gyártása és próbaterhelése során közel 5000 mérési eredmény született. A mérési eredmények értékelése során választ kaptunk az alábbi kérdésekre:

– Mekkora maradófeszültséggel rendelkeztek az alapanyagok? Milyen mértékű eltérések mutatkoztak az azonos vastagságú és az eltérő vastagságú lemezek között?

– Mekkora volt a hegesztési feszültség hatása, szórása?

– Milyen eltérés volt a szerkezethegesztési és a mintahegesztési feszültség hatása között?

– Milyen feszültséghatása volt a korrózióvédelem részét képező szemcseszórásnak?

– Mekkora az összeállítási feszültség hatása és az azonos szerkezeten szimmetrikus szerkezeti elemek közti eltérés, illetve a különböző szerkezetek azonos szerkezeti elemei közti eltérés mértéke?

– Milyenek a kész szerkezetek azonos pontjaiban ébredő eredő feszültségek összehasonlításának eredményei?

– Mekkorák a próbaterhelés során a nyúlásmérő bélyegekkel mért feszültségváltozások és mi az ennek hatására fellépő Barkhausen-zaj-változások eredménye?

A válaszok ismertetésére az előadásban kerül sor.

Összegzés

Az új Déli összekötő vasúti Duna-híd gyártása, építése során végzett nagyszámú mágneses Barkhausen-zaj-mérések eredményeiből széles körű tapasztalat szűrhető le, amelyek a jövőben beépíthetők a hegesztések tervezésébe és a gyártási folyamatok minőség-ellenőrzésébe.

A kialakított mérőrendszer és az induló mérési eredmények pedig a szerkezetek fáradási állapotának követésére használhatók fel.