Sprøbrudd i Arktiske stål karakterisert med Akustisk Emisjon

Abstract

Gjennom denne masteroppgaven er målsetningen å bruke akustisk emisjon til å karakterisere valgte stålprøver av et 420 stål under bruddmekanisk testing ved temperaturene 0, -30, -60 og-90ºC, for så å utføre en etterbehandlingsanalyse (post-prosessanalyse) av signalene registrert under testing. Er det en måte å karakterisere og skille signalene fra hverandre på? Kan en nærme seg måter å sile ut urelevante signaler? For signaler som er antatt å stamme fra mikrosprekking vil det være interessant om mulig å beskrive hvordan frekvens er som en funksjon av påført sprekkåpning, og hvordan denne er avhengig av parametere som temperatur og constraint nivå i testprøven.

Slike spørsmål er viktige å besvare for å få en grundig forståelse av mekanismene som opererer i sprøbrudd i sveiste konstruksjoner i dag. Da kan vi på en bedre måte tilpasse materialer som stål i de arktiske strøk, som ofte er kritiske med hensyn på brudd.

Får å komme frem til et best mulig svar på problemstillingen i denne oppgaven har det blant annet blitt utført eksperimenter i labb og analysert tidligere prøver utført i Arctic Materialprosjektet.

Etter arbeid med akustisk emisjon, noe mindre enn et halvt år, har det blitt kommet frem til 5 hovedtyper signalsignaturer og 4 kriterier å sile ut signaler på fra tester. Signaltypen en hovedsakelig står igjen med etter utsiling er ”burst”. For et utvalg av testserier sett på i prosjektet viste det seg også at de laveste temperaturene har et større antall signaler registrert ved lavere CMOD verdier enn høye temperaturer, noe som kan indikere på mer mikrosprekking ved lave temperaturer.

Throughout this thesis, the objective is to use acoustic emission to characterize selected steel samples of a 420 steel during fracture mechanic testing at the temperatures 0, -30, -60 and -90º C, and then perform a post-process analysis of the signals recorded during testing. Is there away to characterize and distinguish the signals from each other? Can one approach a way to filter out irrelevant signals? For signals that are believed to originate from micro-cracking, it will be interesting if possible to describe how the frequency is a function of the applied crackopening, and how this depends on parameters such as temperature and constraint level in the test sample.

Such questions are important to answer in order to gain a thorough understanding of the mechanisms operating in brittle fracture in welded structures today. Then we can better adapt materials such as steel in the Arctic, which is often critical with respect to fracture.

In order to produce the best possible answer to the problem in this paper, it has amongst other been carried out experiments in the lab and analyzed earlier tests carried out in the Arctic Materials project.

After working with acoustic emission, less than half a year, it has been found 5 main types of signal signatures and four criteria to filter out signals from tests. The signal type one predominantly is left with after the screening is "burst". For a sample of test series considered in this project, it turned out that the lowest temperatures have a larger number of signals recorded at lower CMOD values than high temperatures, which could indicate on more microcracking at low temperatures.