Monitoraggio delle crepe nei test di fatica di risonanza di campioni saldati utilizzando la correlazione digitale delle immagini

Le proprietà di fatica dei dettagli saldati sono comunemente determinate su campioni su piccola scala, che possono essere testati in modo efficiente. La prova consiste nell'applicazione di un carico ciclico. Alla fine inizierà una crepa microscopica.

La fessura crescerà e si propaga attraverso l'esemplare. Il test viene eseguito fino a quando il campione svanisce. Il risultato del test è il numero di cicli di carico fino al guasto per il livello di carico del tubo.

Questa scoperta di fallimento è di solito abbastanza ovvia, ma come può essere determinata l'iniziazione alla fessura? Un approccio sperimentale che utilizza la correlazione delle immagini digitali è presentato di seguito. I provini utilizzati nella prova seguente contengono un multistrato tra una piastra da 10 mm e una piastra da 25 mm.

I provini sono realizzati in acciaio strutturale a 355. A fatica si prevede che le crepe di carico si forino al foro di saldatura sulla piastra da 10 mm. Per la correlazione dell'immagine digitale viene applicato un motivo a macchie sulla superficie del campione.

Dopo che la saldatura e l'area circostante sono state pulite da qualsiasi sporco o olio, il motivo viene applicato utilizzando vernice spray. Le macchie si ottengono alternando strati di vernice bianca e nera. L'ugello viene tenuto a una certa distanza dal campione in modo che lo spray formi macchie fini e non uno strato ravvicinato di vernice.

Le macchie dovrebbero essere il più fine possibile ad una magnitudine di 0,1 mm. I test vengono eseguiti su una macchina di prova di risonanza newton da 200 chili. In questa configurazione le telecamere per la correlazione dell'immagine digitale sono posizionate sopra il campione.

È fondamentale impostare correttamente la messa a fuoco e l'apertura degli obiettivi della fotocamera. Per consentire tempi di esposizione brevi, è necessario fornire un'illuminazione sufficiente. Quattro luci a LED sono state posizionate vicino all'esemplare.

Al fine di ridurre i riflessi, sono stati applicati filtri di polarizzazione sulle luci e sulle telecamere. I test vengono eseguiti a una frequenza di caricamento di 34 Hz, con un periodo di circa 29 millisecondi per ogni ciclo di carico. Il tempo di esposizione delle telecamere dovrebbe essere una frazione abbastanza piccola di questo periodo di carico.

Per la configurazione utilizzata si è dimostrato adatto un tempo di esposizione di 0,8 millisecondi. Le telecamere vengono attivate dal segnale di forza della macchina di prova. Per compensare il ritardo tra il segnale di attivazione e l'effettiva acquisizione dell'immagine potrebbe essere necessario impostare il trigger un po 'prima del picco del segnale di carico.

Il primo ciclo di carico viene applicato staticamente. Al carico massimo viene scattata un'immagine della saldatura. Viene quindi avviata la prova di fatica effettiva per il carico ciclico.

Le immagini vengono scattate a intervalli predefiniti di cicli di carico attivati dal segnale di forza dalla macchina di prova senza interrompere il test. L'intervallo deve essere scelto per ottenere da 100 a 200 immagini per tutta la durata della prova. Questo dovrebbe essere sufficiente per determinare l'avvio della fessura con la precisione necessaria, evitando al contempo un'eccessiva acquisizione dei dati.

La generazione di segni sulla spiaggia è facoltativa. Viene applicato qui per verificare la lunghezza della crepa rilevata dalla correlazione digitale dell'immagine. I periodi sono un intervallo di carico ridotto e introdotti periodicamente per tutta la durata della prova di fatica.

La diminuzione della propagazione della fessura durante questi intervalli diventa visibile in termini di segni semielliptici sulla superficie della fessura dopo aver completato la prova. Dopo il test, viene valutata la correlazione dell'immagine digitale per calcolare i ceppi nella direzione di caricamento del campione. La procedura esatta dipenderà dal software applicato.

Per calcolare i ceppi l'immagine del primo ciclo di carico statico viene utilizzata come riferimento, dove tutti i ceppi calcolati per le immagini successive saranno relativi. La gamma del grafico di controllo è adattata per sopprimere il possibile rumore e la formazione di crepe di prova. Quindi eseguire le immagini acquisite per tutta la durata del test.

Alla fine la deformazione al foro di saldatura inizierà ad aumentare, indicando che si sta formando un'altra fessura. Iniziazione tecnica o microscopica della fessura, mentre il vincolo presunto superava l'1% di una lunghezza di 2 mm. Nelle condizioni as-saldate questo campione contiene sollecitazioni residue di trazione al centro del campione e quelle di compressione ai bordi.

Si prevede quindi che la fessura inizi vicino alla linea centrale del campione. A questo punto si è formata una crepa microscopica. Per convalidare la lunghezza della fessura osservata, i risultati vengono confrontati con i segni della spiaggia generati durante il test.

La crescita del crack è visibilmente rallentata durante la formazione dei segni della spiaggia. Questo campione è stato alleviato dallo stress dopo la saldatura. L'inizio della fessura non è quindi influenzato da sollecitazioni residue.

Diverse crepe si sono formate in diverse posizioni lungo la saldatura. Sono cresciuti come indicato dai segni della spiaggia e alla fine si sono unificati. La procedura presentata utilizzando la correlazione digitale dell'immagine consente l'avvio tecnico della fessura e il monitoraggio e la propagazione delle crepe durante i test di fatica.

È applicabile su macchine di prova di risonanza con alte frequenze di carico, senza interrompere il test di corsa. Adottato su provini saldati permette di coprire l'intera larghezza del campione per rilevare crepe che si avviano al foro di saldatura.