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Engineering

तनाव संपीड़न मोड में अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण

doi: 10.3791/57007 Published: March 7, 2018

Summary

उच्च और अति उच्च चक्र क्षेत्र में अक्षीय तनाव-संपीड़न लोड हो रहा है मोड में अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण के लिए एक प्रोटोकॉल ।

Abstract

अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण अल्ट्रा उच्च चक्र क्षेत्र में थकान संपत्तियों की जांच की अनुमति है जो कुछ तरीकों में से एक है । विधि 20 kHz करने के लिए करीब अपनी प्रतिध्वनि आवृत्ति पर अनुदैर्ध्य कंपन करने के लिए नमूने को उजागर करने पर आधारित है. इस विधि के उपयोग के साथ, यह काफी परीक्षण के लिए आवश्यक समय को कम करने के लिए संभव है, जब पारंपरिक परीक्षण उपकरणों की तुलना में आम तौर पर आवृत्तियों पर काम कर के तहत 200 हर्ट्ज. यह भी जेट इंजन या कार टर्बो पंपों के घटकों द्वारा अनुभवी उन के रूप में उच्च गति की स्थिति में आपरेशन के दौरान सामग्री की लोडिंग अनुकरण करने के लिए प्रयोग किया जाता है । यह उच्च और अति उच्च चक्र क्षेत्र में ही संचालित करने के लिए आवश्यक है, अत्यंत उच्च विरूपण दरों की संभावना के कारण, जो परीक्षण के परिणामों पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है. नमूना आकार और आयामों को ध्यान से चयनित और अल्ट्रासोनिक प्रणाली की प्रतिध्वनि हालत को पूरा करने के लिए गणना की है; इस प्रकार, यह संभव नहीं है कि पूर्ण घटकों या मनमाने ढंग से नमूनों का परीक्षण । प्रत्येक परीक्षण से पहले, यह आदर्श एक से असली आकार के विचलन के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए अल्ट्रासोनिक प्रणाली की आवृत्ति के साथ नमूना अनुरूपित करने के लिए आवश्यक है । यह संभव नमूना की कुल फ्रैक्चर तक एक परीक्षण चलाने के लिए नहीं है, के बाद से परीक्षण स्वचालित रूप से दीक्षा और एक निश्चित लंबाई के लिए दरार के प्रचार के बाद समाप्त हो गया है, जब प्रणाली काफी परिवर्तन की कठोरता से बाहर प्रतिध्वनि के सिस्टम बदलाव आवृत्ति. इस पांडुलिपि उच्च आवृत्ति अल्ट्रासोनिक थकान पर सामग्री ' थकान गुणों के मूल्यांकन की प्रक्रिया का वर्णन एक आवृत्ति करीब 20 kHz पर यांत्रिक अनुनाद के उपयोग के साथ लोड हो रहा है । प्रोटोकॉल नमूना डिजाइन, तनाव गणना, प्रतिध्वनि आवृत्ति के साथ संगत, परीक्षण प्रदर्शन, और अंतिम स्थैतिक फ्रैक्चर सहित एक सही परीक्षण के लिए आवश्यक सभी चरणों का एक विस्तृत विवरण शामिल हैं ।

Introduction

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संरचनात्मक सामग्री की थकान क्षति दृढ़ता से औद्योगिकीकरण के साथ जुड़ा हुआ है और मुख्य रूप से रेलवे परिवहन के लिए भाप इंजन और भाप लोकोमोटिव के उपयोग के साथ, जहां धातु घटकों का एक बहुत, मुख्य रूप से लौह आधारित, इस्तेमाल किया गया है और विभिन्न सामना करने के लिए किया था चक्रीय लोडिंग के प्रकार । सबसे जल्द परीक्षणों में से एक अल्बर्ट द्वारा किया गया था (जर्मनी १८२९)1 वेल्डेड श्रृंखला पर मेरा के लिए फहराया । लोड हो रहा है आवृत्ति प्रति मिनट 10 झुकता था, और अधिक से अधिक परीक्षण दर्ज की गई 100,000 लदान चक्र1पर पहुंच गया । एक अंय महत्वपूर्ण काम १८६४ में विलियम Fairbairn द्वारा किया गया था । परीक्षण एक स्थिर लोड है, जो एक लीवर द्वारा उठाया गया था और फिर कंपन के कारण गिरा के उपयोग के साथ गढ़ा लोहे गर्डरों पर प्रदर्शन किया गया । गर्डर धीरे लोड हो रहा है तनाव आयाम बढ़ाने के साथ भरी हुई थी । विभिन्न लोडिंग तनाव आयाम पर कई सौ हजार चक्र तक पहुँचने के बाद, अंत में गर्डर परम तंयता ताकत के दो पांचवें के एक लोडिंग आयाम पर बस के बारे में ५००० लोडिंग चक्र के बाद विफल रहा है । संरचनात्मक सामग्रियों पर दोहराया गया तनाव के प्रभाव का पहला व्यापक और व्यवस्थित अध्ययन 1860-18701में अगस्त Wöhler द्वारा किया गया था । इन परीक्षणों के लिए, वह मरोड़, झुकने, और अक्षीय लोडिंग मोड का उपयोग कर रहा था । Wöhler कई अनूठी थकान परीक्षण मशीनों डिजाइन, लेकिन उनके नुकसान कम आपरेशन गति थी, उदाहरण के लिए सबसे तेजी से घूर्णन मशीन 72 rpm (1.2 हर्ट्ज) पर संचालित है, इस प्रकार प्रायोगिक कार्यक्रम के पूरा होने में 12 साल1लिया । इन परीक्षणों के बाद, यह माना जाता है कि एक लोडिंग आयाम है जिस पर सामग्री 107 चक्र का सामना करने तक पहुंचने के बाद, थकान गिरावट नगण्य है और सामग्री लदान चक्र की एक अनंत संख्या का सामना कर सकते हैं । इस लोडिंग आयाम "थकान सीमा" नाम दिया गया था और कई वर्षों के लिए औद्योगिक डिजाइन में मुख्य पैरामीटर बन गया2,3.

नई औद्योगिक मशीनों, जो उच्च दक्षता और लागत बचत की आवश्यकता के आगे विकास, उच्च लदान, उच्च संचालन गति, उच्च अवधि, और कम रखरखाव आवश्यकताओं के साथ उच्च विश्वसनीयता की संभावना प्रदान करने के लिए किया था । उदाहरण के लिए, उच्च गति ट्रेन Shinkanzen के घटक, आपरेशन के 10 वर्षों के बाद, लगभग 109 चक्र और एक मुख्य घटक की विफलता का सामना करना पड़ता है घातक परिणाम4हो सकता है । इसके अलावा, जेट इंजन के घटक अक्सर 12,000 rpm पर काम करते हैं, और टर्बो उड़ाने के घटक अक्सर 17,000 rpm से अधिक है । उन उच्च आपरेशन तथाकथित अल्ट्रा उच्च चक्र क्षेत्र में थकान जीवन परीक्षण के लिए आवश्यकताओं में वृद्धि हुई गति, और आकलन करने के लिए अगर एक सामग्री की थकान ताकत वास्तव में अधिक से अधिक १०,०००,००० चक्र के लिए लगातार माना जा सकता है । पहले परीक्षणों के बाद इस धीरज से अधिक द्वारा प्रदर्शन किया, यह स्पष्ट है कि थकान विफलताओं लागू तनाव पर भी हो सकता है, थकान सीमा से कम आयाम है, बहुत अधिक 107चक्र की संख्या के बाद, और नुकसान और विफलता तंत्र 5सामांय लोगों से अलग हो सकता है ।

एक थकान परीक्षण अल्ट्रा उच्च चक्र क्षेत्र की जांच के उद्देश्य से कार्यक्रम बनाने के नए परीक्षण उपकरणों के विकास के लिए दृढ़ता से लोडिंग आवृत्ति वृद्धि की आवश्यकता है । इस विषय पर केंद्रित एक संगोष्ठी पेरिस में जून 1998 में आयोजित किया गया था, जहां प्रयोगात्मक परिणाम प्रस्तुत किए गए थे जो Stanzl द्वारा प्राप्त किए गए थे-Tschegg6 और Bathias7 पर 20 khz लोडिंग आवृत्तियों, द्वारा रिची8 के उपयोग के साथ 1 khz बंद लूप इमदादी हाइड्रोलिक परीक्षण मशीन, और डेविडसन8 द्वारा एक 1.5 kHz चुंबक-सख्त परीक्षण मशीन4के साथ. उस समय से, कई समाधान का प्रस्ताव किया गया था, लेकिन अभी भी परीक्षण के इस तरह के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया मशीन 1950 से Manson की अवधारणा पर आधारित है और आवृत्तियों का उपयोग करता है करीब 20 kHz9. इन मशीनों तनाव दर के बीच एक अच्छा संतुलन प्रदर्शन, चक्र की संख्या का निर्धारण सटीकता, और थकान परीक्षण के समय (1010 चक्र लगभग 6 दिनों में प्राप्त कर रहे हैं) । अन्य उपकरणों के लिए भी उच्च लोड आवृत्तियों प्रदान करने में सक्षम थे, 1959 में Girald द्वारा इस्तेमाल एक की तरह-92 khz और Kikukawa में 1965-199 khz; हालांकि, ये शायद ही कभी इस्तेमाल कर रहे है क्योंकि वे अत्यंत उच्च विरूपण दरों बनाने और, के बाद से परीक्षण केवल कुछ मिनट के लिए रहता है, चक्र की गिनती में एक उल्लेखनीय त्रुटि की उंमीद है । एक और महत्वपूर्ण कारक थकान परीक्षण के लिए अनुनाद उपकरणों की लोडिंग आवृत्ति सीमित नमूना है, जो अनुनाद आवृत्ति के साथ सीधा संबंध में है के आकार है । बड़ा अनुरोध लोडिंग आवृत्ति, छोटे नमूना । यह 40 kHz से ऊपर आवृत्तियों शायद ही कभी10इस्तेमाल कर रहे हैं कारण है.

विस्थापन आयाम के बाद से आमतौर पर 3 और 80 µm के बीच अंतराल के भीतर सीमित है, अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण सफलतापूर्वक सबसे धातु सामग्री पर लागू किया जा सकता है, हालांकि इस तरह के पीएमएमए के रूप में बहुलक सामग्री के परीक्षण के लिए तकनीकों11 और कंपोजिट12 भी विकसित किया गया । आम तौर पर, अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण के अक्षीय लदान के मोड में प्रदर्शन करने के लिए संभव है: तन्य संपीड़न सममित चक्र13,14, तनाव-तनाव चक्र15, तीन-बिंदु झुका15, और वहाँ भी कर रहे हैं कुछ मरोड़ परीक्षण के लिए प्रणाली के विशेष संशोधनों के साथ अध्ययन15,16 और द्विअक्षीय झुकने17. यह संभव नहीं है मनमाना नमूनों का उपयोग करें, क्योंकि इस विधि के लिए, ज्यामिति कड़ाई से 20 kHz की प्रतिध्वनि आवृत्ति को प्राप्त करने के लिए संबंधित है. अक्षीय लदान के लिए, नमूनों के कई प्रकार आमतौर पर इस्तेमाल किया गया है, आम तौर पर 3 से 5 मिमी से एक गेज लंबाई व्यास के साथ एक घंटे के गिलास आकार के साथ. तीन सूत्री झुकने के लिए, पतली चादरें सामांयतः उपयोग किया जाता है, और अंय तरीकों के लिए नमूनों की विशेष प्रकार के डिजाइन किए हैं, विधि प्रकार और परीक्षण की स्थिति के अनुसार । विधि उच्च और अल्ट्रा उच्च चक्र क्षेत्र में थकान जीवन के मूल्यांकन के लिए डिजाइन किया गया था, और यह 20 kHz लोड हो रहा है, एक लाख चक्र 50 एस में प्राप्त होता है कि इसका मतलब है; इसलिए, यह आमतौर पर चक्र निर्धारण की संख्या के संबंध में उचित सटीकता के साथ जांच की जा सकती है, जो चक्र लदान के नीचे की सीमा माना जाता है । नमूना के साथ अल्ट्रासोनिक हॉर्न: प्रत्येक नमूना प्रणाली की सही अनुनाद आवृत्ति प्रदान करने के लिए नमूना के द्रव्यमान को बदलकर अल्ट्रासोनिक हॉर्न के साथ संगत हो गया है ।

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Protocol

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नोट: प्रत्येक नमूना ज्यामिति का चयन किया है और परीक्षण सामग्री के यांत्रिक और भौतिक गुणों के अनुसार गणना की है, ताकि यह अल्ट्रासोनिक परीक्षण प्रणाली के रूप में एक समान अनुनाद आवृत्ति है ।

1. थकान परीक्षण नमूना आयाम का निर्धारण

नोट: मानक "hourglass" तनाव संपीड़न नमूना ज्यामिति, परिभाषित मुख्य आयामों के साथ, चित्रा 1में दिखाया गया है । आयाम डी, डी, और आर उपयोगकर्ता परिभाषित (स्वतंत्र) हैं, जबकि एल और एल आयामों की गणना की जानी है, सही अनुनाद आवृत्ति (निर्भर) की शर्तों के अनुसार । गेज लंबाई एल केवल डी, आर, और डी के बीच ज्यामिति अनुपात से परिणाम , और आसानी से गणना की जा सकती है या एक घटक मॉडल से प्राप्त; इस प्रकार, यह आगे चर्चा की कोई आपत्ति नहीं होगी ।

  1. स्वतंत्र आयामों का निर्धारण
    नोट: नमूना (डी, डी, आर) के मुख्य आयाम सामग्री मापदंडों और परीक्षण की स्थिति के अनुसार चुना जाता है ।
    1. परीक्षण के लिए सामग्री की आवश्यक मात्रा के अनुसार गेज व्यास डी का निर्धारण. कोई आंतरिक दोष के साथ एक समरूप microstructure के मामले में, एक छोटे गेज व्यास पसंद है । महत्वपूर्ण आंतरिक दोषों के साथ एक सामग्री के मामले में (जैसे कि रिक्तियों और shrinkages कास्ट सामग्री में), एक बड़ा गेज व्यास आवश्यक है । गेज व्यास डी आम तौर पर 3 मिमी से 5 मिमी है ।
    2. उपलब्ध प्रयोगात्मक सामग्री के आकार के अनुसार सिर व्यास डी का निर्धारण. इस्तेमाल किया सिर व्यास डी आमतौर पर 10 मिमी से 15 मिमी है ।
      नोट: बड़ा डी है, कम सिर लंबाई (एल) होगा ।
  2. गेज त्रिज्या निर्धारित है नमूना गेज लंबाई में आवश्यक यांत्रिक तनाव वितरण के अनुसार आर । गेज व्यास आर बड़ा है, चिकनी यांत्रिक तनाव वितरण है । एक सामांय रूप से इस्तेमाल गेज त्रिज्या आर = 20 मिमी या आर = 32 मिमी है ।
    नोट: बड़ा r है, अब नमूना होगा ।
  3. निर्भर आयामों का निर्धारण
    1. 9,18निम्न सूत्र के अनुसार लहर संख्या K निर्धारित करें:
      Equation 1
      नोट: यहाँ fr अल्ट्रासोनिक प्रणाली (हर्ट्ज) की प्रतिध्वनि आवृत्ति है, दर्षाया मात्रा घनत्व (केजी एम-3) है, और डी लोच (किग्रा एम-3) के गतिशील मापांक है ।
    2. गेज त्रिज्या के अतिशयोक्तिपूर्ण सन्निकटन का निर्धारण, निम्नलिखित सूत्र के अनुसार9,19:
      Equation 2
      नोट: यहां एल गेज लंबाई (एम) है, डी सिर व्यास (एम) है, और डी गेज व्यास (एम) (चित्रा 1) है ।
    3. निंन सूत्र के अनुसार प्रभावी सनक निर्धारित करें9,18:
      Equation 3
      नोट: यहां एक अतिशयोक्तिपूर्ण सन्निकटन (एम-1) समीकरण द्वारा निर्धारित (2) है, और कश्मीर (1) अभिव्यक्ति के अनुसार निर्धारित तरंग संख्या (-) है.
    4. सिर की लंबाई (L) निंन समीकरण के अनुसार निर्धारित करें9,18:
      Equation 4
      नोट: यहां कश्मीर लहर संख्या (-) बिंदु 1.2.1 में अभिव्यक्ति (1) के अनुसार निर्धारित है, β प्रभावी सनक (एम-1) समीकरण द्वारा निर्धारित (3) है, और एल गेज लंबाई (एम) (चित्रा 1) है ।

2. नमूना की गेज लंबाई में यांत्रिक तनाव की गणना

  1. Equation 5 9,18निंनलिखित समीकरण के अनुसार आदर्श ज्यामितीय कारक निर्धारित करें:
    Equation 6
  2. विरूपण आयाम ɛ निम्न समीकरण के अनुसार निर्धारित करें9,18:
    Equation 7
    नोट: यहां ज्यामितीय कारक है (-) और Equation 5 यू नमूना (एम) के मुक्त अंत के आवश्यक विस्थापन आयाम है ।
  3. 9,18निम्न समीकरण के अनुसार यांत्रिक तनाव आयाम σ निर्धारित करें:
    Equation 8
    नोट: यहाँ ɛ विरूपण आयाम (-) अभिव्यक्ति (5) के अनुसार निर्धारित है, और डी लोच के गतिशील मापांक (किलो एम-3) है. यदि परिकलित यांत्रिक तनाव बहुत कम है, यह विस्थापन आयाम u (m), और इसके विपरीत बढ़ाने के लिए आवश्यक है ।

3. मशीनिंग आपरेशनों के साथ नमूना के विनिर्माण

  1. एक आदर्श आकार से मशीनी नमूनों के विभिंन छोटे विचलन के कारण, अब सिर के साथ नमूनों का निर्माण, आमतौर पर L + 0.5 मिमी ।

4. अल्ट्रासोनिक प्रणाली के साथ नमूना की प्रतिध्वनि आवृत्ति के अनुरूपण

नोट: संगत सही अनुनाद आवृत्ति, जो अल्ट्रासोनिक ध्वनिक sonotrode के साथ सद्भाव में है प्राप्त करने के लिए आदर्श, परिकलित आकार से असली नमूना के विभिन्न छोटे विचलन क्षतिपूर्ति की प्रक्रिया है ।

  1. ध्वनिक sonotrode के उचित प्रकार चुनें, आवश्यक विस्थापन रेंज है, जो नमूना में उचित यांत्रिक तनाव प्रदान करने में सक्षम है के अनुसार ।
    नोट: sonotrode के प्रत्येक प्रकार के लिए डिज़ाइन किया गया है और एक अलग विस्थापन रेंज के लिए नपे, इस प्रकार उचित sonotrode आवश्यक विस्थापन आयाम खंड 2 के अनुसार गणना के अनुसार चुना जाता है ।
  2. पीजो-इलेक्ट्रिक कनवर्टर पर sonotrode माउंट ।
    1. sonotrode पर केंद्रीय छेद के अंदर कनेक्शन पेंच पेंच जब तक यह नीचे तक पहुंचता है ।
    2. sonotrode के चेहरे पर ध्वनिक जेल फैल गया ।
      नोट: जेल की एक छोटी राशि का प्रयोग किया जाता है, बस सतहों की अनियमितता को भरने के लिए पर्याप्त है, जो पीजो-बिजली कनवर्टर और sonotrode के बीच यांत्रिक तरंग के हस्तांतरण में सुधार ।
    3. पीजो-इलेक्ट्रिक कनवर्टर में sonotrode पेंच ।
  3. वास्तविक तापमान पर विशेष प्रणाली की प्रतिध्वनि आवृत्ति को मापने के लिए घुड़सवार sonotrode के साथ एक पीजो बिजली कनवर्टर के साथ अल्ट्रासोनिक प्रणाली चलाने के लिए ।
    1. अल्ट्रासोनिक परीक्षण सॉफ्टवेयर चलाएं (उदा., Win20k) ।
    2. "मॉडल" बॉक्स में ड्रॉप-डाउन मेनू में प्रयुक्त sonotrode के प्रकार का चयन करें ।
    3. "आयाम" बॉक्स में विशेष sonotrode के लिए सबसे कम संभव विस्थापन आयाम दर्ज करें ।
    4. "Start" बटन पर क्लिक करें ।
    5. "आवृत्ति" बॉक्स में सिस्टम की वास्तविक प्रतिध्वनि आवृत्ति पढ़ें.
    6. "Stop" बटन पर क्लिक करें ।
  4. sonotrode के अंत में नमूना माउंट ।
    1. नमूना के केंद्रीय छेद में कनेक्शन पेंच पेंच जब तक यह नीचे तक पहुंचता है ।
    2. sonotrode करने के लिए नमूना पेंच ।
  5. वास्तविक तापमान पर विशेष प्रणाली की प्रतिध्वनि आवृत्ति को मापने के लिए घुड़सवार sonotrode और नमूना के साथ एक पीजो बिजली कनवर्टर के साथ अल्ट्रासोनिक प्रणाली चलाने के लिए ।
    1. अल्ट्रासोनिक परीक्षण सॉफ़्टवेयर चलाएँ ।
    2. "मॉडल" बॉक्स में ड्रॉप-डाउन मेनू में प्रयुक्त sonotrode का प्रकार चुनें ।
    3. "आयाम" बॉक्स में विशेष sonotrode के लिए सबसे कम संभव विस्थापन आयाम दर्ज करें ।
    4. "Start" बटन पर क्लिक करें ।
    5. "आवृत्ति" बॉक्स में सिस्टम की वास्तविक प्रतिध्वनि आवृत्ति पढ़ें.
    6. "Stop" बटन पर क्लिक करें ।
  6. जब घुड़सवार नमूना के साथ प्रणाली की प्रतिध्वनि आवृत्ति से कम है कि नमूना के बिना, बंद है नमूना सिर के चेहरे काटने से नमूना के द्रव्यमान को कम ।
    नोट: यदि एक घुड़सवार नमूना के साथ प्रतिध्वनि आवृत्ति अधिक है, यह गेज व्यास को कम करने के लिए आवश्यक होगा d, जो परीक्षण की शर्तों को बदल जाएगा । इस कारण 0.5 mm निर्माण की प्रक्रिया में सिर की लंबाई में जोड़ा जाता है ।
    1. sonotrode से नमूना डिस ।
    2. एक खराद में नमूना माउंट और पहले सिर के चेहरे के 0.1 mm नीचे बारी ।
    3. एक खराद में नमूना माउंट और नीचे दूसरे सिर के चेहरे के 0.1 mm बारी ।
    4. दोहराएँ चरण 4.6 तक प्रतिध्वनि आवृत्ति ± 10 हर्ट्ज की सहिष्णुता के भीतर है.

5. अंतिम थकान परीक्षण से पहले Sonotrode करने के लिए नमूने के बढ़ते

  1. sonotrode और नमूना के बीच कनेक्शन बनाने के लिए चेहरों पर ध्वनिक जेल लागू करें ।
    1. नमूना के केंद्रीय छेद में कनेक्शन पेंच पेंच जब तक यह नीचे तक पहुंचता है ।
    2. नमूना के चेहरे पर ध्वनिक जेल फैल गया ।
      नोट: बस ध्वनिक जेल की एक छोटी राशि के नमूने के लिए sonotrode से ध्वनिक लहर हस्तांतरण में सुधार करने के लिए सतह पर अनियमितताओं में भरने के लिए प्रयोग किया जाता है ।
    3. sonotrode करने के लिए नमूना पेंच ।

6. भागो नमूना के लिए शीतलन प्रणाली

  1. हवा ठंडा किया जाता है, तो नमूना की गेज लंबाई के बीच पर सीधे हवा धारा ध्यान केंद्रित है, और के बारे में 20 एस के लिए इंतजार है, तो हवा धारा का प्रवाह नमूना संतृप्त ।
  2. यदि पानी ठंडा किया जाता है, नमूना के शीर्ष सिर पर पानी नलिका ध्यान केंद्रित है, और प्रवाह की तीव्रता को समायोजित ताकि पानी गेज लंबाई के साथ सुचारू रूप से बहती है, cavitation से बचने के लिए ।
    नोट: पानी या तेल में नमूना विलय के रूप में अच्छी तरह से संभव है, लेकिन यह केवल कम समय महत्वपूर्ण cavitation प्रभाव, जो थकान दरार दीक्षा प्रक्रिया में तेजी के कारण परीक्षणों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

7. भागो पीजो इलेक्ट्रिक कनवर्टर के शीतलन प्रणाली

  1. हवा की धारा का वाल्व खोलो और 0.5 और 1 बार के बीच अंतराल में दबाव समायोजित करें ।

8. आवश्यक विस्थापन आयाम पर परीक्षण भागो

  1. अल्ट्रासोनिक परीक्षण सॉफ़्टवेयर चलाएँ ।
  2. "मॉडल" बॉक्स में ड्रॉप-डाउन मेनू में प्रयुक्त sonotrode के प्रकार का चयन करें ।
  3. "आयाम" बॉक्स में विशेष sonotrode के लिए अनुरोध विस्थापन आयाम दर्ज करें ।
  4. "Start" बटन पर क्लिक करें ।

9. थकान दरार दीक्षा और प्रचार

  1. निरीक्षण के बाद कि थकान दरार दीक्षा और पार अनुभाग के एक भाग के माध्यम से प्रचार, प्रणाली अनुनाद आवृत्ति से बाहर स्थानांतरित कर दिया है और परीक्षण स्वाभाविक रूप से समाप्त हो गया है ।
  2. परीक्षण एक फ्रैक्चर के साथ समाप्त नहीं होता है, तो लोडिंग चक्र के अनुरोध की संख्या तक पहुँचने के बाद, (परीक्षण एक रन आउट है) अल्ट्रासोनिक परीक्षण सॉफ्टवेयर में "बंद करो" बटन का उपयोग कर समाप्त ।

10. Sonotrode से नमूना डिस

  1. अल्ट्रासोनिक sonotrode से नमूना बंद पेंच ।

11. स्थैतिक लोडिंग बल Fracturing

  1. स्थिर लोडिंग बल का प्रयोग करें एक स्थिर लोडिंग मशीन के उपयोग के साथ पार अनुभाग के बाकी फ्रैक्चर ।
    नोट: वेक्टर और स्थिर फ्रैक्चर के लिए लोडिंग बल के प्रकार थकान लदान के प्रकार के साथ अनुरूप होना चाहिए ताकि फ्रैक्चर सतह अनुरूप चरित्र है ।

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Representative Results

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थकान परीक्षण परिणाम लोड हो रहा है तनाव, लोडिंग चक्र की संख्या, और परीक्षण समाप्ति चरित्र (फ्रैक्चर या रन आउट) में देखा जा सकता है तालिका 1, जहां 50CrMo4 बुझती और टेम्पर्ड स्टील की थकान जीवन के परिणाम प्रदान की जाती हैं । थकान जीवन परीक्षण परिणामों की सबसे आम व्याख्या तथाकथित s-N भूखंड (एस तनाव, N चक्र की संख्या), भी Wöhler's भूखंड के रूप में जाना जाता है । एप्लाइड लोडिंग तनाव पर थकान जीवन की निर्भरता ऐतिहासिक रूप से दिया उल्टे अक्ष, जहां स्वतंत्र मूल्य (लोड हो रहा है तनाव) के साथ एक चित्र में साजिश रची है y अक्ष पर है और निर्भर मूल्य (चक्रों की संख्या) पर है x अक्ष । प्रतिगमन विश्लेषण के विभिंन प्रकार के थकान जीवन परिणामों पर19 लागू कर रहे है और, मामले में एक फिट आरेख में जोड़ा जाता है, यह सामांयतः एस-N वक्र कहा जाता है । हालांकि, मूल प्लॉट के साथ कोई अंतर नहीं था, जिसमें सिर्फ एक डेटा फ़िट होता है । यदि परीक्षण एक फ्रैक्चर के साथ समाप्त नहीं होता है, और यह क्षति के बिना चक्र लदान की आवश्यक संख्या तक पहुँचने के बाद समाप्त हो गया है, इस परिणाम एक रन आउट कहा जाता है और एस एन प्लॉट में आमतौर पर तीर से चिह्नित. Hardox 450, Strenx 700 एम सी, और S355 J2: चित्रा 2 तीन परीक्षण स्टील्स के एक ठेठ एस एन भूखंड से पता चलता है.

इसके अलावा, नमूनों की फ्रैक्चर सतहों का विश्लेषण कर रहे हैं, आमतौर पर स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) के उपयोग के साथ, जहां थकान दरार दीक्षा और प्रचार के चरित्र की पहचान की है और व्याख्या की है । चित्रा 3 50CrMo4 बुझती है और स्वभाव स्टील के अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण के बाद एक थकान फ्रैक्चर सतह से पता चलता है । दरार नमूना की एक मुक्त सतह पर शुरू की और फिर जब तक अल्ट्रासोनिक प्रणाली अनुनाद आवृत्ति (डार्क एरिया) से बाहर स्थानांतरित किया गया था पार अनुभाग के माध्यम से प्रचारित किया गया था । नतीजतन, क्रॉस सेक्शन के बाकी स्थैतिक लोडिंग कि आंकड़ा के शीर्ष पर हल्का क्षेत्र बनाया द्वारा खंडित किया गया था । चित्रा 4 बाहर निकाला ऐडवर्ड्स ७०७५-T6511 एल्यूमीनियम मिश्र धातु में थकान दरार प्रचार के क्षेत्र से पता चलता है । चित्रा 5 एक लंबे समय से परीक्षण (कई घंटे) के लिए एक गुहा ठंडा तरल में नमूना के उपद्रवी (विरोधी के साथ पानी आसुत संक्षारक अवरोधक के कारण सतह पर बनाया से पता चलता है) । गुहा ने थकान वाली दरार दीक्षा में तेजी लाई और इस परीक्षण के परिणाम को मान्य नहीं माना जा सकता.

Figure 1
चित्र 1 : मानक तनाव की ड्राइंग-संपीड़न अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण नमूना । आयाम निम्नानुसार परिभाषित कर रहे हैं: डी गेज व्यास, डी सिर व्यास, आर गेज त्रिज्या, एल सिर लंबाई, एल गेज लंबाई. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2 : एस - एन Hardox 450, Strenx 700 एम सी और S355 J2 स्टील के भूखंड । रन-आउट परीक्षण तीर द्वारा चिह्नित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3 : 50CrMo4 इस्पात 365 MPa पर लोड नमूना के फ्रैक्चर सतह चरित्र और १.९७ × 10 के बाद खंडित 8 लोडिंग चक्र. फ्रैक्चर नमूना की मुक्त सतह पर शुरू किया । फ्रैक्चर सतह स्थिर थकान दरार प्रचार (डार्क एरिया) और अस्थिर दरार प्रचार के क्षेत्र के क्षेत्र के होते हैं, तथाकथित स्थैतिक फ्रैक्चर (प्रकाश क्षेत्र) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : थकान के क्षेत्र ऐडवर्ड्स में ७०७५ एल्यूमीनियम मिश्र धातु नमूना MPa पर भरी हुई और 8.3 × 10 के बाद खंडित नमूने लोडिंग चक्र. एक transcrystalline थकान तंत्र और फ्रैक्चर सतह के बैंड तरह चरित्र के साथ प्रचारित दरार निर्माण की प्रक्रिया में सामग्री के बाहर निकालना के बाद मजबूत विकृति बनावट का परिणाम है । तीर थकान दरार प्रचार की दिशा दिखाता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5 : 50CrMo4 स्टील नमूना की सतह पर गुहा जब एक अनुचित कूलिंग प्रक्रिया का इस्तेमाल किया गया था। नमूना (विरोधी के साथ पानी आसुत-कमरे के तापमान पर संक्षारक अवरोधक) तरल में डूब गया था । गुहाओं थकान दरार दीक्षा प्रक्रिया में तेजी लाने क्योंकि वे तनाव एकाग्रता पायदानों के रूप में सेवा, इस प्रकार इस थकान परीक्षण के परिणाम मांय नहीं है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

नमूना सं. तनाव आयाम लोडिंग चक्रों की संख्या परिणाम
mpa)
1 449 1.22 × 107 फ्रैक्चर
2 505 ४.८७ × 106 फ्रैक्चर
3 421 २.०८ × 107 फ्रैक्चर
4 449 सांय × 106 फ्रैक्चर
5 421 १.५९ × 107 फ्रैक्चर
6 393 ८.९० × 107 फ्रैक्चर
7 ३६५ 1.22 × 108 फ्रैक्चर
8 337 २.३९ × 108 फ्रैक्चर
9 337 5.55 × 108 फ्रैक्चर
10 309 ७.२८ × 108 फ्रैक्चर
11 ३६५ १.९७ × 108 फ्रैक्चर

तालिका 1: अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण द्वारा 50CrMo4 इस्पात थकान जीवन विश्लेषण के परिणाम । थकान जीवन परिणाम लागू लोडिंग तनाव पर लदान चक्र की संख्या की निर्भरता का प्रतिनिधित्व करते हैं । परीक्षण फ्रैक्चर के साथ समाप्त कर सकते हैं, या एक रन से बाहर जब कोई थकान फ्रैक्चर लदान चक्र के अनुरोध की संख्या के बाद होता है ।

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Discussion

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अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण अल्ट्रा उच्च चक्र क्षेत्र में संरचनात्मक सामग्री के परीक्षण की अनुमति देता है जो कुछ तरीकों में से एक है । हालांकि, नमूना आकार और आकार बहुत अनुनाद आवृत्ति के संबंध में सीमित कर रहे हैं । उदाहरण के लिए, अक्षीय लदान के मोड में पतली चादरें के परीक्षण आम तौर पर संभव नहीं है । इसके अलावा, बड़े नमूनों के परीक्षण आमतौर पर संभव नहीं है, क्योंकि परीक्षण मशीनों ऐसी शक्ति प्रदान नहीं करते हैं और यह एक विशेष अल्ट्रासोनिक प्रणाली के डिजाइन की आवश्यकता होगी ।

उचित डिजाइन, गणना, और नमूने के अनुरूप नहीं आंका जाना चाहिए, यहां तक कि जब आधुनिक अल्ट्रासोनिक जनरेटर अल्ट्रासोनिक तरंग को मिलाना और सफलतापूर्वक थोड़ा अलग आयामों के साथ एक नमूना प्रतिध्वनित करने में सक्षम हैं । हालांकि, इसके कारण गेज की लंबाई के मध्य भाग से दूर अल्ट्रासोनिक तरंग नोड की एक shift, और उसके बाद नमूना सही गेज लंबाई में लोड नहीं है । एक ही कारण के लिए, महान देखभाल के लिए दोनों कुल्हाड़ियों के संबंध में परीक्षण नमूना के समरूपता सुनिश्चित करने के लिए लिया जाना है ।

एक बड़ी चर्चा का परीक्षण कम आवृत्ति लदान के साथ पारंपरिक परीक्षण उपकरणों पर प्राप्त डेटा के साथ उच्च आवृत्तियों पर प्रदर्शन परिणामों के सहसंबंध के बारे में आयोजित किया गया था । कई परीक्षणों से पता चला है कि उच्च आवृत्ति परीक्षणों के परिणाम धाराप्रवाह कम आवृत्तियों पर प्राप्त परिणामों का विस्तार किया है, और भी परिणाम का कुछ हिस्सा छा गया है, जब एक ही लोडिंग मोड10माना जाता था. बाद में, यह आम तौर पर समझ में आ रहा था कि लोड करने की आवृत्ति पैरामीटर थकान गुणों का निर्धारण नहीं है, लेकिन विरूपण दर है, और लोडिंग की कम आवृत्ति पर बड़े विकृति छोटे के साथ लदान के रूप में समान विरूपण दरों प्रदान उच्च आवृत्ति पर विकृति । हालांकि, इस तकनीक के उच्च और मुख्य रूप से अति उच्च चक्र क्षेत्र है, जहां विरूपण आयाम छोटे है की सीमा में परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है मुख्य कारण है । विभिंन घटकों के आपरेशन आवृत्तियों की वृद्धि इस चर्चा कम महत्वपूर्ण है, के रूप में अच्छी तरह से बनाया है, क्योंकि इस विधि उच्च गति आपरेशन में लोगों की तुलना में अधिक समान लदान की स्थिति प्रदान करता है ।

परीक्षण सामग्री की आंतरिक भिगोने की क्षमता परीक्षण के दौरान उत्पादित गर्मी की मात्रा निर्धारित करता है (आंतरिक गलन सामग्री की क्षमता को गर्मी के लिए यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित है) । अपर्याप्त ठंडा करने के मामले में, गेज लंबाई काफी गर्म है, जो उच्च तापमान पर परीक्षण सामग्री के निचले यांत्रिक गुणों के कारण एक थकान दरार की दीक्षा में बढ़ौतरी । सबसे एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम मिश्र धातुओं के मामले में, ठंडी हवा की एक धारा परीक्षण के दौरान नमूना शांत करने के लिए पर्याप्त है । इस्पात, निकेल, और टाइटेनियम मिश्र धातु के रूप में उच्च आंतरिक गलन क्षमता के साथ सामग्री के लिए, तरल शीतलक की एक धारा का प्रयोग किया जाता है । तरल शीतलक के साथ ठंडा करने के दौरान, गेज लंबाई के मध्य भाग में cavitation को टाला जा करने के लिए है, क्योंकि गुहाओं दरार की दीक्षा में तेजी लाने, जो परीक्षण के परिणाम अमान्य कर सकते हैं.

पार अनुभाग के एक पूर्ण फ्रैक्चर के साथ पारंपरिक परीक्षण उपकरणों के अंत के अधिकांश पर थकान परीक्षण । नमूना के पार अनुभाग के बाद एक तथाकथित "क्रिटिकल क्रॉस सेक्शन" के लिए लगातार बढ़ रही दरार से कम है, नमूना तो एक चक्र में खंडित है और एक स्थिर फ्रैक्चर का एक चरित्र है । अल्ट्रासोनिक परीक्षण की प्रक्रिया में, जब दरार की लंबाई एक महत्वपूर्ण लंबाई जो प्रणाली की जकड़न अनुनाद आवृत्ति के बाहर परिवर्तन तक पहुँच जाता है, हिल परीक्षण की एक प्राकृतिक समाप्ति के कारण बंद हो जाता है । इसका मतलब यह है कि यह महत्वपूर्ण पार अनुभाग तक पहुँचने के लिए संभव नहीं है और परीक्षण एक पूर्ण फ्रैक्चर के साथ समाप्त नहीं होता है, जो बाद में कृत्रिम रूप से प्रदर्शन किया है. चिकनी थकान नमूनों में थकान दरार दीक्षा के बाद से (एक कृत्रिम पायदान के बिना) के चक्रों की संख्या के 95% से अधिक का प्रतिनिधित्व करता है फ्रैक्चर, जब चक्र के इस तरह के एक उच्च संख्या माना जाता है, अंतर नगण्य माना जाता है ।

अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण एक बहुत ही महत्वपूर्ण तरीका है, जो उच्च गति लोड हो रहा है की शर्तों के अनुकरण की अनुमति देता है, और परीक्षण समय को कम करता है । इस प्रोटोकॉल में, हम सबसे महत्वपूर्ण बिंदुओं, संभावनाओं, और औद्योगिक आपरेशन में सामग्री अनुसंधान और सुरक्षा सत्यापन में सफल अनुप्रयोगों के लिए विधि की सीमाओं पर प्रकाश डाला ।

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Disclosures

हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

काम परियोजनाओं द्वारा समर्थित किया गया था: "Žilina विश्वविद्यालय के अनुसंधान केंद्र-2एन डी चरण", ITMS 313011D011, शिक्षा, विज्ञान और स्लोवाक गणराज्य और स्लोवाक विज्ञान अकादमी के खेल मंत्रालय के वैज्ञानिक अनुदान एजेंसी, अनुदान नहीं: 1/0045/ 17, 1/0951/17 और 1/0123/15 और स्लोवाक अनुसंधान और विकास अभिकरण, अनुदान सं. APVV-16-0276.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ultrasonic fatigue testing device Lasur - 20 kHz, used for fatigue tests
Nyogel 783 Nye Lubricants - Used as acoustic gel for connection of the parts of the ultrasonic system
Win 20k software Lasur - Software for operation of the Lasur fatigue testing machine

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तनाव संपीड़न मोड में अल्ट्रासोनिक थकान परीक्षण
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Cite this Article

Trško, L., Nový, F., Bokůvka, O., Jambor, M. Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode. J. Vis. Exp. (133), e57007, doi:10.3791/57007 (2018).More

Trško, L., Nový, F., Bokůvka, O., Jambor, M. Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode. J. Vis. Exp. (133), e57007, doi:10.3791/57007 (2018).

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