Датчик электрохимической усталостной трещины - Electrochemical fatigue crack sensor

An Датчик электрохимической усталостной трещины (EFCS) является одним из видов недорогих электрохимических неразрушающий динамический контроль метод, используемый в основном в аэрокосмический и транспорт инфраструктура отрасли. Этот метод используется для обнаружения поверхностных и слегка приповерхностных дефектов во всех металлических материалах.[1] В мостовых конструкциях EFCS используется в известных областях, подверженных усталости, таких как остроугольные балки со скругленными углами, крепления стрингера к балке и кромка сварных швов. Это динамическое тестирование может быть формой краткосрочного или долгосрочного мониторинга, если конструкция подвергается динамической циклической нагрузке.

История

Датчик электрохимической усталостной трещины.

В 1992 году д-р Кэмпбелл Лэрд и д-р Юаньфэн Ли изобрели EFS ™. EFS ™ основан на запатентованном электрическом тесте. [2][3] метод, который контролирует ток, протекающий по поверхности металла, когда он механически изгибается. Выходной ток напоминает картину ЭКГ сердца, и его можно интерпретировать как показатель степени усталости, а также наличие трещин на самых ранних стадиях их развития. Технология EFS была разработана исследователями из ВВС США и Пенсильванский университет 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

Датчик электрохимической усталости (EFS) - это технология неразрушающего динамического контроля трещин, аналогичная по концепции медицинскому оборудованию. ЭКГ, который 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 отклике от тока, возникающие в результате воздействия на свежую сталь во время распространения трещины. Система EFS состоит из электролита, матрицы датчиков и модифицированного потенциостата, вызывающего канал передачи данных потенциостата (PDL) для подачи постоянного поляризационного напряжения между мостом и датчиком, а также программного обеспечения для сбора и анализа данных.[нужна цитата ]

Текущий отклик от матрицы датчиков, которая состоит из датчика измерения трещин и эталонного датчика, собирается, анализируется и сравнивается с программным обеспечением системы. Данные представлены как во временной, так и в частотной области. Алгоритм, специально написанный для этой системы, автоматически указывает уровень активности усталостной трещины в месте проверки. EFS может обнаруживать в реальных условиях трещины размером от 0,01 дюйма (слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом).[нужна цитата ]

Материалы

Первоначальное исследование EFS было направлено на разработку технологии обнаружения проблемных трещин в планерах и двигателях.[5] Уровень 5, также известный как Ti6Al4V, Ti-6Al-4V или Ti 6-4, является наиболее часто используемым. титан сплав в аэрокосмической промышленности, например двигатель внутреннего сгорания шатуны. Имеет химический состав 6% алюминий, 4% ванадий, 0,25% (максимум) утюг, 0,2% (максимум) кислород, а остальное - титан. Он значительно прочнее, чем технически чистый титан, при той же жесткости и тепловых свойствах (исключая теплопроводность, что примерно на 60% ниже у Ti Grade 5, чем у CP Ti). Среди его многочисленных преимуществ это термообработанный. Этот сорт имеет отличное сочетание прочности, коррозия сопротивление, сварка и технологичность. Обычно он используется при температурах до 400 градусов Цельсия.

(Марка 5 имеет плотность примерно 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 упругости 193 ГПа и предел прочности при растяжении. прочность всего 570 МПа и закаленный алюминиевый сплав 6061 имеет плотность 2700 кг / м3, модуль упругости 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 датчиков электрохимической усталости на мосту:

1. Выявление критических областей:

Чтобы использовать EFS на мостах, инспекторы сначала идентифицируют уязвимые части моста. Это могут быть области, наиболее подверженные износу, такие как остроугольные балки с выступом, крепления стрингера к балке или кромка сварных швов. Это также могут быть места, где владельцы мостов уже подозревают наличие трещины.

2. Установка датчиков:

Обследуемая зона должна быть чистой и свободной от рыхлого материала. (Краску не нужно удалять полностью, как в других установках датчиков.) Инспекторы подключают участки к датчикам, которые аналогичны версиям с отслаиванием и приклеиванием, используемым для считывания ЭКГ. Набор датчиков состоит из датчика измерения трещин и эталонного датчика.

3. Подайте постоянный ток:

В датчики вводится жидкий электролит, который способствует приложению постоянного электрического тока между датчиками и мостом.

4. Мониторинг:

Система отслеживает изменения в отклике от тока, возникающие в результате воздействия на свежую сталь во время распространения трещины.

5. Интерпретация данных:

Текущий ответ матрицы датчиков быстро и четко указывает, существует ли растущая трещина в месте проверки. А поскольку устройство работает во время использования моста, оно может определять, как изменяются трещины, когда конструкция изгибается под нагрузкой. Данные представлены как во временной, так и в частотной области. Алгоритм, специально написанный для этой системы, автоматически указывает уровень активности усталостной трещины в месте проверки. Система может обнаруживать трещины размером от 0,01 дюйма в реальной конструкции.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Обследование усталостных трещин на мостике из CN с помощью электрохимического датчика усталости» (PDF). Получено 19 июн 2013.
  2. ^ «Патенты № 6 026 691». Архивировано из оригинал 18 февраля 2014 г.. Получено 9 августа 2018.
  3. ^ «Патенты № 7,572,360». Архивировано из оригинал 18 февраля 2014 г.. Получено 9 августа 2018.
  4. ^ Moshier, Monty A .; Нельсон, Леви; Бринкерхофф, Райан; Мичели, Мэрибет (15 апреля 2016 г.). «Непрерывный мониторинг усталостных трещин мостов: датчик долговременной электрохимической усталости (LTEFS)». Активные и пассивные интеллектуальные структуры и интегрированные системы 2016. 9799. ШПИОН. С. 97990F. Дои:10.1117/12.2219633. Получено 9 августа 2018.
  5. ^ Моррис, У.Л., Джеймс, М.Р., Кокс, Б.Н. (1988), Механика возникновения усталостных трещин в металле Самолет Структуры, отчет № NADC-89044-60, Международный научный центр Роквелла.

внешняя ссылка

  • Демонстрация системы электрохимического датчика усталости на территории Центра транспортных технологий [1]
  • Обследование усталостных трещин на мостике из CN с помощью датчика электрохимической усталости [2]
  • Демонстрация электрохимического датчика усталости на стальном мосту при быстрой скорости [3]