Monitoreo de grietas en las pruebas de fatiga por resonancia de especímenes soldados utilizando la correlación de imágenes digitales

La correlación de imágenes digitales se utiliza en pruebas de fatiga en una máquina de prueba de resonancia para detectar grietas macroscópicas y monitorear la propagación de grietas en muestras soldadas. Las grietas en la superficie de la muestra se hacen visibles a medida que aumenta la tensión.

Las propiedades de fatiga de los detalles soldados se determinan comúnmente en muestras a pequeña escala, que se pueden probar eficientemente. La prueba consiste en aplicar una carga cíclica. Eventualmente se iniciará una grieta microscópica.

La grieta crecerá y se propagará a través del espécimen. La prueba se ejecuta hasta que la muestra se desvanece. El resultado de la prueba es el número de ciclos de carga hasta que se produce un error en el nivel de carga de la tubería.

Este hallazgo de fracaso suele ser bastante obvio, pero ¿cómo se puede determinar la iniciación de la grieta? A continuación se presenta un enfoque experimental mediante correlación de imágenes digitales. Las muestras utilizadas en la siguiente prueba contienen una multicapa entre una placa de 10 mm y una de 25 mm.

Los especímenes están hechos de acero estructural a 355. En la fatiga se espera que se formen grietas de carga en el orificio de soldadura en la placa de 10 mm. Para la correlación de imagen digital se aplica un patrón de motas en la superficie de la muestra.

Después de que la soldadura y el área circundante se han limpiado de cualquier suciedad o aceite, el patrón se aplica utilizando pintura en aerosol. Las motas se obtienen alternando capas de pintura blanca y negra. La boquilla se mantiene a cierta distancia de la muestra para que el aerosol forme motas finas y no una capa de pintura cercana.

Las motas deben estar lo más finas posible con una magnitud de 0,1 mm. Las pruebas se realizan en una máquina de prueba de resonancia de newton de 200 kilos. En esta configuración, las cámaras para la correlación de imagen digital se colocan por encima de la muestra.

Es crucial ajustar correctamente el enfoque y la apertura de las lentes de la cámara. Para permitir tiempos de exposición cortos, se debe proporcionar suficiente iluminación. Cuatro luces LED se colocaron cerca de la muestra.

Con el fin de reducir los reflejos, se aplicaron filtros de polarización en las luces y cámaras. Las pruebas se ejecutan a una frecuencia de carga de 34 Hz, lo que da como resultado un período de unos 29 milisegundos para cada ciclo de carga. El tiempo de exposición de las cámaras debe ser una fracción lo suficientemente pequeña de este período de carga.

Para la configuración utilizada, un tiempo de exposición de 0,8 milisegundos ha demostrado ser adecuado. Las cámaras son activadas por la señal de fuerza de la máquina de prueba. Para compensar el retardo entre la señal de disparo y la adquisición de imagen real, podría ser necesario ajustar el gatillo un poco antes del pico de la señal de carga.

El primer ciclo de carga se aplica estáticamente. Con la carga máxima se toma una imagen de la soldadura. A continuación, se inicia la prueba de fatiga real para la carga cíclica.

Las imágenes se graban a intervalos predefinidos de ciclos de carga activados por la señal de fuerza de la máquina de prueba sin interrumpir la prueba. El intervalo debe ser elegido para obtener alrededor de 100 a 200 imágenes durante la duración de la prueba. Esto debería ser suficiente para determinar el inicio de grietas con la precisión necesaria, evitando al mismo tiempo la adquisición excesiva de datos.

La generación de marcas de playa es opcional. Se aplica aquí para verificar la longitud de grieta detectada por la correlación de imagen digital. Los períodos son un rango de carga reducido y se introducen periódicamente durante la duración de la prueba de fatiga.

La disminución de la propagación de grietas durante estos intervalos se hace visible en términos de marcas semiellipticales en la superficie de la grieta después de completar la prueba. Después de la prueba, se evalúa la correlación de imagen digital para calcular las tensiones en la dirección de carga de la muestra. El procedimiento exacto dependerá del software aplicado.

Para calcular las deformaciones unitarias, la imagen del primer ciclo de carga estática se utiliza como referencia, donde todas las deformaciones unitarias calculadas para las imágenes sucesivas serán relativas. El rango de la gráfica de control está adaptado para suprimir la posible formación de grietas de ruido y evidencia. A continuación, ejecute las imágenes adquiridas durante la duración de la prueba.

Eventualmente la tensión en el agujero de soldadura comenzará a aumentar, lo que indica que se está formando otra grieta. Iniciación técnica o microscópica de grietas, mientras que la restricción supuesta superó el 1% de una longitud de 2 mm. En la condición de soldadura, esta muestra contiene tensiones residuales de tracción en el centro de la muestra y las de compresión en los bordes.

Por lo tanto, se espera que la grieta se inicie cerca de la línea central de la muestra. En este punto se ha formado una grieta microscópica. Para validar la longitud de grieta observada, los resultados se comparan con las marcas de playa generadas durante la prueba.

El crecimiento de las grietas se ralentiza visiblemente durante la formación de las marcas de playa. Este espécimen fue aliviado por el estrés después de la soldadura. Por lo tanto, la iniciación de grietas no está influenciada por tensiones residuales.

Varias grietas formadas en diferentes lugares a lo largo de la soldadura. Crecieron como lo indican las marcas de la playa y finalmente se unieron. El procedimiento presentado utilizando la correlación de imagen digital permite el inicio técnico de grietas y la propagación de monitores y grietas durante las pruebas de fatiga.

Es aplicable en máquinas de prueba de resonancia con altas frecuencias de carga, sin interrumpir la prueba de funcionamiento. Adoptado en muestras soldadas permite cubrir todo el ancho de la muestra para detectar grietas que se inician en el agujero de soldadura.