Zastosowanie prądów wirowych w badaniach oznakowań identyfikacyjnych samochodów

Zastosowanie

identyfikacyjnych samochodów

prądów wirowych

w badaniach oznakowań

Jacek Przybylak

Jacek Pędras

Obserwowany, gwałtowny wzrost ilości kryminalistycznych badań ozna­ kowań identyfikacyjnych pojazdów sa­ mochodowych, mających na celu ustalenie ich oryginalności, sprawia, że aktualną jest troska o dobór właści­ wych metod badawczych.

Stosowana dotychczas metoda ba­ dania polega na odwarstwieniu powie­ rzchni lakierniczej nadwozia pojazdu w celu umożliwienia bezpośredniej, optycznej obserwacji badanego ozna­ kowania oraz podłoża, na którym oz­ nakowanie to jest naniesione. Nieste­ ty, jest to metoda niszcząca i w przy­ padku oryginalnego oznakowania po­ jazdu przynosi ewidentną szkodę. Krokiem w kierunku uniknięcia tego rodzaju przypadków jest zapropono­ wana niedawno nieniszcząca metoda badań oznakowań pól numerowych pojazdów samochodowych, realizo­ wana poprzez wykonywanie magnety­ cznych defektogramów proszkowych. Są jednakże okoliczności, gdy zasto­ sowanie tej metody nie zawsze jest najkorzystniejsze, np. w przypadku tzw. szerokich wstawek, kiedy powsta- je konieczność wykonania całego sze­ regu defektogramów proszkowych, a ich interpretacja nie zawsze daje jed­ noznaczne wyniki.

Autorzy proponują w tej sytuacji wy­ korzystanie, opisanej w katalogu ba­ dań nieniszczących, tzw. metody wiro- prądowej. Pozwala ona na ujawnienie pod powłoką lakierniczą miejsca, gdzie metaliczne podłoże ma obszar nieciągłości właściwości magnetycz­ nych. Nieciągłość ta może mieć źródło, np. w miejscowym przetopie­

niu lub przegrzaniu metalu, przekuciu bądź przeszlifowaniu. Ujawnienie tego obszaru metodą wiroprądową, szyb­ kie i proste w realizacji, daje podstawę do zobrazowania stanu własności magnetycznych podłoża poprzez wy­ konanie w tym obszarze magnetycz­ nego defektogramu proszkowego. Ja­ wi się więc metoda wiroprądową jako komplementarna do defektoskopii stałomagnetycznej.

A oto kilka podstawowych zasad do­ tyczących wiroprądów i ich zastoso­ wania w badaniach defektoskopo­ wych.

Podstawy techniki wiroprądowej w badaniach nieniszczących

Prądy wirowe odkrył w połowie XIX wieku francuski fizyk J. B. Foucault. Zrazu postrzegane były jako kłopotli­ we zjawisko towarzyszące pracy urzą­ dzeń elektrycznych, takich jak trans­ formatory oraz silniki elektryczne, a powodujące straty energii elektrycznej w wyniku jej przemiany na ciepło. Przełom wieku przyniósł pozytywne wprzęgnięcie prądów wirowych do przemysłowych zastosowań, np. w li­ cznikach indukcyjnych, hamulcach elektromagnetycznych, grzejnictwie indukcyjnym itp. U progu lat pięćdzie­ siątych XX stulecia niemiecki fizyk Fry­ deryk Forster zapoczątkował wykorzy­ stanie wiroprądów w technice badań nieniszczących. Dzisiaj, po latach żmudnych prac teoretycznych i kon­ strukcyjnych, technika prądów wiro­ wych umożliwia, na drodze nienisz­ czących badań, między innymi:

- wyszukiwanie przypowierzchnio­ wych wad materiałowych, takich jak: pęknięcia, rozwarstwienia, rozrzedze­ nia, wtrącenia niemetaliczne,

-pomiarkonduktywności materiału, - ujawnienie obszarów przemian strukturalnych,

- wskazanie obszarów o różnym stopniu chropowatości powierzchni.

Prądy wirowe powstają w materiale, który znajduje się w obszarze zmien­ nego pola magnetycznego. Źródłem takiego pola sącewki zasilane prądem zmiennym. Wielkość powstającego prądu wirowego jest w konsekwencji funkcją m.in. natężenia i częstotliwo­ ści prądu płynącego w cewce, a także takich własności materiału, w którym generują się wiroprądy, jak jego kon- duktywność i przenikalność magnety­ czna. Istotne są również takie wielko­ ści, jak odległość cewki od materiału podłoża oraz nieciągłość jednorodno­ ści powierzchniowej struktury materia­ łu. Wyindukowane prądy wirowe są z kolei źródłem własnego pola magnety­ cznego skierowanego - w myśl reguły Lenza - przeciwnie niż pierwotne pole magnetyczne cewki. Pole magnetycz­ ne cewki oraz własne pole magnetycz­ ne prądu wirowego, nakładając się wzajemnie, powodują powstanie wy­ padkowego pola magnetycznego, w którym znajduje się zarówno cewka prądowa, jak i obszar materiału zawie­ rający prądy wirowe. Tak uformowane magnetyczne pole wypadkowe pocią­ ga zmianę wartości przepływającego przez cewkę prądu, przy niezmienno­ ści napięcia zasilającego. Tak więc, zmiany wartości prądu wirowego w

Jl A.

U f

B.

Ji

₃₅

A

Ryc. 3. Wskazanie Defc- ktometru MP4C w za­ kłóconej strukturze pod­

łoża

Fig. 3. The indicalion of Defectomeler MP 4C in in interferenced slructure of base

A

Ryc. 2. Wskazanie Defc- ktomelru MP 4C w ob­ szarze niezakłóconej struktury

Fig. 2. Hic indicalion of Defectomeler MP 4C in non-inlerferenced slruc- ture of base

materiale, spowodowane miejscowym zróżnicowaniem jego własności fizy­ cznych, chemicznych bądź geometry­ cznych, mogą być rejestrowane w ob­ wodzie cewki prądowej. Na rycinie 1 przedstawiono dwa najprostsze mo­ dele obrazujące istotę powstawania prądów wirowych. Na ryc. 1a widać schemat zasady powstania prądów wirowych w materiale, w którym cewka styka się z przepływającym przez nią prądem, natomiast na ryc. 1b prąd wirowy inicjowany jest w materiale obejmowanym przez cewkę, w której płynie prąd.

h

W praktyce laboratoryjnej i przemy­ słowej znany jest cały szereg różno­ rodnych rozwiązań przyrządów działa­ jących w oparciu o wiroprądy, w tym także przyrządy wspomagane progra­ mami komputerowymi.

Ryc. 1. Zasada tworzenia sic prądów wirowych - la) cewka stykowa, Ib) cewka przelotowa, h - prąd w cewce, h- prąd wirowy, U i - pole elektromagne­ tyczne cewki, Ha-pole elektromagnetyczne własne Fig. 1. Principle of eddy currenls generale - la) conlact coil, 1 b) measnring coil, ii - current in coil, h - eddy curent, Hi - eleclromagnelic fields of coil, II2 - electro-

magneticfields assocuilewilh eddy current Do rozwiązania konkretnego pro­

blemu, jakim jest ujawnienie struktu­ ralnej nieciągłości warstwy metalu po- Ta prosta w istocie idea wykorzysta- krytego powłoką lakierniczą, użyto w nia prądów wirowych napotyka szereg

trudności w interpretacji uzyskanych wyników. Czyni się to w różny sposób, np. na drodze eksperymentów ze standardowymi próbkami wzorcowy­ mi, na zasadzie metod modelowych

żonej pozycji zerowej. Następnie, tak przygotowany przyrząd reagował wy­ chyleniem wskazówki, gdy przesuwa­ jąca się po podłożu powłoki lakierni­ czej elementu samochodu sonda na­ trafiła na obszar nieciągłości właści­ wości magnetycznych (ryc. 2 i 3). W powyższy sposób wykonano badanie 83 podłoży zawierających oznakowa­ nia identyfikacyjne samochodów. W 62 przypadkach przeprowadzone ba­ dania zasygnalizowały zmiany warto­ ści wywołanych prądów wirowych. Wyniki te każdorazowo weryfikowano poprzez tradycyjne metody odwar- stwienia powłoki lakierniczej i trawie­ nie powierzchni metalu. Stwierdzono następujące rodzaje ingerencji w me­ talowe podłoże pola numerowego:

a) 28 wspawań obcego podłoża, b) 19 przetopień podłoża przy uży­ ciu elektrody spawalniczej,

c) 15 zmian powierzchni metalu w procesie szlifowania bądź frezowania.

Z uwagi na uszkodzenie używane­ go w badaniach defektometru w dal­ szych pracach wykorzystano nowszą wersję tego przyrządu o nazwie

Wiro-badaniach, prowadzonych na przeło­ mie lat 1993/1994 w Laboratorium Kryminalistycznym KWP w Katowi­ cach, urządzenia o nazwie Defekto- metr MP 4C, wyprodukowanego w In­ stytucie Elektrotechniki w Warszawie, itd. Przegląd dyskusji wyników pomia- To proste w obsłudze urządzenie wy­ rów w zależności od rodzaju cechy magało wstępnego dostrojenia, uzy- powodującej mierzalny efekt zawiera skiwanego w wyniku przyłożenia son- bibliografia wyszczególniona w końco- dy pomiarowej w kilku punktach po- wej części niniejszego artykułu [1, 2, włoki lakierniczej i ustawienia wychy- 3]. łowego wskaźnika przyrządu w

zało-BIBLIOGRAFIA

SUMMARY

Wnioski

PROBLEMY

KRYMINALISTYKI

36

test 202A, wykonanego w Instytucie Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie (ryc. 4).

Urządzenie to, wyposażone w son­ dę stykową, umożliwia pośredni po­ miar grubości warstwy powłoki lakier­ niczej oddzielającej sondę od metali­ cznego podłoża, jak również wskaza­ nie (w innym obwodzie pomiarowym) zmian strukturalnych w przypowie­ rzchniowym obszarze metalowego podłoża. Przyrząd ten pozwala na pro­ gową standaryzację wskazań wychy- łowych, przy czym wskazania pomia­ rowe wykraczające poza te progi syg­ nalizowane są optycznie i dźwiękowo.

Wstępna faza badania obejmuje wyzerowanie wskazań przyrządu, ustalenie progów dopuszczalnych od­ chyleń, poziomu wzmocnienia itp.; jest to kluczowy moment dla całego bada­ nia. Dostrojenie takie przeprowadza się w kilku punktach obszaru podłoża, w których występuje stałość struktural­ na materiału. Tak przygotowany przy­ rząd pozwala na szybkie i ciągłe sprawdzenie całego podłoża, na któ­ rym usytuowane jest oznakowanie VIN pojazdu samochodowego. Czy­ niono to przesuwając sondę pomiaro­ wą wolnym ruchem po badanej powie­ rzchni. Jeżeli przyrząd sygnalizował zmianę mierzonej wielkości, wykony­ wano w tym miejscu magnetyczny de- fektogram proszkowy, który obrazo­ wał przebieg stwierdzonej nieciągłości metalu oraz odwarstwiano powłokę la­ kierniczą dla ujawnienia rodzaju nie­ ciągłości. W powyższy sposób zbada­ no podłoża z oznakowaniem

identyfi-1. Wiroprądowe badanie podłoża z oznakowaniem identyfikacyjnym po­ jazdu samochodowego pozwala na szybką lokalizację miejsc ingerencji w powierzchnię podłoża, co ogranicza wykonanie magnetycznych defekto- gramów proszkowych bądź odwarst- wień powłoki lakierniczej, do tych właśnie obszarów.

2. Defektoskopia wiroprądowa umożliwia szybkie wykrycie szeregu

Ryc. 4.Widok ogólny przy­

rządu Wirolcsl202A Fig. 4. View of Wirolest 202A

przypowierzchniowych defektów me­ talicznego podłoża, co może znaleźć zastosowanie także w kryminalistycz­ nych badaniach metaloznawczych, badaniach związanych z rekonstru­ kcją wypadków komunikacyjnych, a zwłaszcza przy ocenie stanu technicz­ nego elementów pojazdów.

3. Zastosowanie przyrządów wyko­ rzystujących wiroprądy w badaniach kryminalistycznych może się upo­ wszechnić, gdy będą to urządzenia przenośne, zasilane bateryjnie, skon­ struowane np. tak, jak elektroniczne mierniki grubości powłoki na ferro­ magnetycznym podłożu.

4. Jawi się potrzeba systematycz­ nych badań z wykorzystaniem techniki wiroprądowej, prowadzonych bądź nadzorowanych przez CLK KGP, zmierzających do opracowania kon­ kretnej metodyki badawczej w po­ szczególnych dziedzinach badań kryminalistycznych.

The article gives basie rules of apply- ing eddy currents in non-destructive methods. The use of this method in forensic tests of authenticity of ve- hicle registration number is de- scribed. The article presents the re- sults of the tests and also pinpoints the perspectives of such methods in forensic examination of physical evi- dence.

1. Malzacher S.: Zastosowanie prądów wi­ rowych w badaniach nieniszczących, Zeszyty naukowe Politechniki Śląskiej, Gliwice 1993 r., „Automatyka", z. 111, s.11-35.

2. Zagajewski T., Malzacher S., Kwieciń­ ski S.: Badania nieniszczące materia­ łów. Elektronika przemysłowa, WNT. Warszawa 1975, s. 306-346.

3. Zbiór referatów: Materiały 22 Krajowej Konferencji Badań Nieniszczących, Szczyrk 1993 r.

kacyjnym 65 pojazdów. W 42 przypad­ kach ujawniono ingerencję w podłoże, w tym:

a) 18 wspawań obcego podłoża, b) 11 przetopień podłoża przy uży­ ciu elektrody spawalniczej,

c) 13 zmian powierzchni metalu w procesie szlifowania bądź frezowania.

W toku badań stwierdzono, że nie­ zwykle istotne jest prawidłowe, tj. rów­ noległe, usytuowanie sondy pomiaro­ wej względem podłoża. Nieprzestrze­ ganie tej zasady pociąga fałszowanie wskazań przyrządu.

Przeprowadzone badania wykazały ponadto, że należy doskonalić sposób wykonania sond pomiarowych, a tak­ że przekonstruować samo urządzenie Wirotest 202A, które winno stać się urządzeniem przenośnym, o bateryj­ nym zasilaniu, z możliwością szybkiej zmiany funkcjonalnej. Wymaga to ca­ łego szeregu prac, które przekraczają możliwości, zwłaszcza finansowe, la­ boratorium kryminalistycznego tere­ nowej jednostki Policji.