stringtranslate.com

Электрохимический датчик усталостной трещины

Электрохимический датчик усталостных трещин ( EFCS ) — это тип недорогого электрохимического неразрушающего динамического метода испытаний, который в основном используется в аэрокосмической и транспортной инфраструктуре . Метод используется для обнаружения поверхностных и слегка подповерхностных дефектов во всех металлических материалах. [1] В мостовых конструкциях EFCS используется в известных областях, подверженных усталости, таких как остроугольные балки, крепления стрингеров к балкам и кромки сварных швов. Это динамическое испытание может быть формой краткосрочного или долгосрочного мониторинга, пока конструкция подвергается динамической циклической нагрузке.

История

Электрохимический датчик усталостных трещин.

В 1992 году доктор Кэмпбелл Лэрд и доктор Юаньфэн Ли изобрели EFS™. EFS™ основана на запатентованном методе электрического испытания [2] [3] , который отслеживает ток на поверхности металла, пока он механически сгибается. Выходной ток напоминает картину ЭКГ сердца и может быть интерпретирован для указания степени усталости, а также наличия трещин на самых ранних стадиях развития. Технология, лежащая в основе EFS, была разработана исследователями из ВВС США и Университета Пенсильвании для использования в аэрокосмической промышленности. Первоначальное исследование было направлено на разработку технологии обнаружения проблемных трещин в планерах и двигателях. С тех пор дополнительные исследования и разработки привели к адаптации системы EFS для проверки стальных мостов. [4]

Принципы

Электрохимический датчик усталости (EFS) — это неразрушающая технология динамического контроля трещин, схожая по концепции с медицинской ЭКГ , которая используется для определения наличия активно растущих усталостных трещин. Датчик EFS сначала прикладывается к чувствительному к усталости месту на мосту или металлической конструкции, а затем вводится электролит , в этот момент подается небольшое напряжение. Затем система отслеживает изменения в токовой реакции, возникающие в результате воздействия свежей стали во время распространения трещины. Система EFS состоит из электролита, матрицы датчиков и модифицированного потенциостата, называемого каналом передачи данных потенциостата (PDL), для подачи постоянного поляризующего напряжения между мостом и датчиком, а также программного обеспечения для сбора и анализа данных. [ необходима цитата ]

Текущий отклик от массива датчиков, который состоит из датчика измерения трещины и опорного датчика, собирается, анализируется и сравнивается с системным программным обеспечением. Данные представлены как во временной области, так и в частотной области. Алгоритм, специально написанный для этой системы, автоматически указывает уровень активности усталостных трещин в месте инспекции. EFS может обнаруживать трещины в полевых условиях размером до 0,01 дюйма в реальной конструкции (слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом). [ необходима цитата ]

Материалы

Первоначальное исследование EFS было направлено на разработку технологии обнаружения проблемных трещин в планерах и двигателях. [5]

Grade 5, также известный как Ti6Al4V, Ti-6Al-4V или Ti 6-4, является наиболее часто используемым титановым сплавом в аэрокосмической промышленности, например, в шатунах двигателей внутреннего сгорания . Он имеет химический состав 6% алюминия , 4% ванадия , 0,25% (максимум) железа , 0,2% (максимум) кислорода и остальное титан. и оставшаяся часть титана. Примечательно, что Grade 5 значительно прочнее, чем коммерчески чистый титан, при этом разделяя ту же жесткость и термические свойства (за исключением теплопроводности , которая примерно на 60% ниже в Grade 5 Ti, чем в CP Ti). Одним из его заметных преимуществ является его термообработка . Этот сорт демонстрирует исключительное сочетание прочности, коррозионной стойкости, свариваемости и технологичности. Как правило, он находит применение при температурах до 400 градусов по Цельсию.

(Сорт 5 имеет плотность приблизительно 4420 кг/м3, модуль Юнга 110 ГПа и предел прочности на разрыв 1000 МПа. Для сравнения, отожженная нержавеющая сталь типа 316 имеет плотность 8000 кг/м3, модуль 193 ГПа и предел прочности на разрыв всего 570 МПа, а закаленный алюминиевый сплав 6061 имеет плотность 2700 кг/м3, модуль 69 ГПа и предел прочности на разрыв 310 МПа). EFS обнаруживает растущие трещины в стали, алюминии, титановых сплавах и других металлах.

Этапы проверки

Ниже приведены основные этапы использования электрохимических датчиков усталости на мосту:

1. Определение критических областей:

Чтобы использовать EFS на мостах, инспекторы сначала определяют уязвимые части моста. Это могут быть области, наиболее подверженные износу, такие как остроугольные гребневые балки, крепления продольных балок или нижние части сварных швов. Это также могут быть места, где владельцы мостов уже подозревают трещину.

2. Установка датчиков:

Зона, подлежащая мониторингу, должна быть чистой и свободной от любого рыхлого материала. (Краску не нужно полностью удалять, как при других установках датчиков.) Инспекторы подключают зоны с помощью датчиков, которые похожи на версии с отклеиванием и приклеиванием, используемые для считывания ЭКГ. Массив датчиков состоит из датчика измерения трещин и контрольного датчика.

3. Подайте постоянный ток:

Датчики заполнены электролитной жидкостью, которая обеспечивает подачу постоянного электрического тока между датчиками и мостом.

4. Мониторинг:

Система отслеживает изменения в токе отклика, возникающие в результате воздействия на свежую сталь во время распространения трещины.

5. Интерпретация данных:

Текущий отклик от массива датчиков быстро и четко указывает, существует ли растущая трещина в месте инспекции. И поскольку устройство работает во время использования моста, оно может определить, как изменяются трещины по мере изгиба конструкции под напряжением. Данные представлены как во временной области, так и в частотной области. Алгоритм, специально написанный для этой системы, автоматически указывает уровень активности усталостных трещин в месте инспекции. Система может обнаруживать трещины в полевых условиях размером до 0,01 дюйма в реальной конструкции.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Проверка усталостных трещин на мосту CN с использованием электрохимического датчика усталости" (PDF) . Получено 19 июня 2013 г.
  2. ^ "Patents # 6,026,691". Архивировано из оригинала 18 февраля 2014 года . Получено 9 августа 2018 года .
  3. ^ "Patents # 7,572,360". Архивировано из оригинала 18 февраля 2014 года . Получено 9 августа 2018 года .
  4. ^ Moshier, Monty A.; Nelson, Levi; Brinkerhoff, Ryan; Miceli, Marybeth (15 апреля 2016 г.). "Непрерывный мониторинг усталостных трещин мостов: датчик долгосрочной электрохимической усталости (LTEFS)". В Park, Gyuhae (ред.). Active and Passive Smart Structures and Integrated Systems 2016. Vol. 9799. SPIE. pp. 97990F. doi :10.1117/12.2219633. S2CID  124972746. Получено 9 августа 2018 г.
  5. ^ Моррис, У. Л., Джеймс, М. Р., Кокс, Б. Н. (1988), Механика возникновения усталостных трещин в металлических конструкциях самолетов, Отчет № NADC-89044-60, Международный научный центр Роквелла.

Внешние ссылки