Ferriittipitoisuusmäärityksen kuva-analyysiohjelmiston verifiointi ja käyttöönotto

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli korvata aikaisemmin käytössä ollut ferriittipitoisuuden manuaalinen pistelaskenta automatisoidulla kuva-analyysiohjelmistolla sekä lyhentää määritykseen kulunutta aikaa. Tarkoituksena oli optimoida elektrolyyttisen syövytyksen parametrit ja analysoida ferriittipitoisuudet viidestä näytteestä. Näytteistä analysoitiin perusaineet, HAZ-alueet ja hitsiaineet sekä manuaalisella että kuva-analyysiohjelmiston automaattisella menetelmällä. Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Metlab Oy. Metlab Oy on Tampereella sijaitseva yksityinen, valmistajista ja raaka-ainetoimittajista riippumaton, akkreditoitu materiaalien tutkimus- ja testauslaboratorio. Menetelmät pohjautuvat ASTM E562 -standardiin. Ferriittipitoisuuden analysointi kuuluu yleisimpiin hitsauskokeiden laadun määrityksiin. Suurissa analyysivolyymeissä mittauksessa kestää pitkään ja prosessi rasittaa mittaajaa.

Syövytyskokeessa parhaiksi syövytysparametreiksi saatiin määritettyä 2 volttia ja 10 sekuntia. Manuaalisella pistelaskennalla saaduilla tuloksilla suhteelliset tarkkuusprosentit olivat lähes kaikilla näytteillä kokonaan alle 10 %. Automaattisella menetelmällä saadut tarkkuusprosentit vaihtelivat 8 %:n ja 25 %:n välillä. Perusaineiden automaattisen menetelmän ferriittipitoisuudet vastasivat 93-prosenttisesti manuaalisen menetelmän tuloksia. Hitsiaineen automaattisen menetelmän tulokset vastasivat 47-prosenttisesti ja HAZ-alueen vain 31-prosenttisesti manuaalisella menetelmällä saatuja tuloksia. Tulosten mukaan automaattisella menetelmällä on haasteita tunnistaa ferriittifaasia luotettavasti rasterikuvasta. Tunnistamisvaikeuden pääsyyksi todettiin, että NaOH-syövytteellä ei pystytty saavuttamaan tarpeeksi kontrastieroa ferriittisten ja austeniittisten faasien välille.

Tulosten perusteella kuva-analyysiohjelmistolla ei voida korvata nykyistä ferriittipitoisuusmäärityksen manuaalista menetelmää ilman faasien kontrastieron parantamista. Ajallisesti arvioituna automaattinen menetelmä toimiessaan säästäisi aikaa. Mittausvirheen minimoimiseksi tutkimuksessa olisi ollut hyvä käyttää toista mittaajaa. Jatkotutkimuksena olisi hyvä selvittää Beraha-syövytteen toimivuus automaattisessa ferriittipitoisuusmäärityksessä. Lisäksi tutkimusta olisi aiheellista laajentaa muihin teräslaatuihin ja lisätä näytteiden määrää.

This thesis was made for Metlab Oy. Metlab is an accredited material testing and research laboratory serving both in Finland and internationally. The purpose of this thesis was to replace the ferrite content measurement manual point count method with automatic image analysis tool and reduce measuring time. The focus was to optimise the electrolytical etching parameters. The focus was also to measure the ferrite content from parent metal, weld metal and heat affected zone (HAZ) both manually and automatically. The manual point count method is based on the standard ASTM E526.

The ferrite content measurement is a commonly used method when researching quality of the weldment. Point counting is performed by measurer who counts manually each test grid from the microstructure picture. This method can be time consuming and ponderous. According to the etching test results, the best etching result was achieved with 2 volts and 10 seconds in 30 % natrium hydroxide solution. The ferrite content measurement results showed that there is a significant fluctuation between the manual point count and the automatic image analysis method. The automatic test results from HAZ corresponded only 31 % to the manual HAZ results. The weld metal test results corresponded 47 % and parent metal 93 % to the manual results from the same test areas. These differences between the methods can be explained by insufficient contrast obtained from the etchant. Although the automatic image analysis method could shorten the measuring time, based on the results, it is stated that the image analysis method cannot replace the manual point count method without improvement of contrast difference between phases.

As the study was limited to only five samples and one specific steel grade, the need for more extensive research is recognised. Further studies could be made about the suitability of Beraha's etchant for automatic image analysis.