Elektrokemisk utmattningsspricksensor
En Electrochemical Fatigue Crack Sensor ( EFCS ) är en typ av billig elektrokemisk oförstörande dynamisk testmetod som används främst inom flyg- och transportinfrastrukturindustrin . Metoden används för att lokalisera ytbrytande och lätt underjordiska defekter i alla metalliska material. I brokonstruktioner används EFCS vid kända utmattningskänsliga områden, såsom skarpvinklade coped balkar, stringer till balk fästen och tån av svetsar. Denna dynamiska testning kan vara en form av kortsiktig eller långtidsövervakning, så länge strukturen genomgår dynamisk cyklisk belastning.
Historia
1992 uppfann Dr. Campbell Laird och Dr. Yuanfeng Li EFS™. EFS™ bygger på en patenterad elektrisk testmetod, som övervakar strömflödet vid ytan av en metall medan den böjs mekaniskt. Utströmmen liknar ett hjärtas EKG-mönster och kan tolkas för att indikera graden av utmattning såväl som förekomsten av sprickor i deras tidigaste utvecklingsstadier. Tekniken bakom EFS utarbetades av forskare från det amerikanska flygvapnet och University of Pennsylvania för användning inom flygindustrin. Den ursprungliga forskningen syftade till att utveckla en teknik för att upptäcka problemsprickor i flygplan och motorer. Sedan dess har ytterligare forskning och utveckling resulterat i anpassningen av EFS-systemet för stålbroinspektion.
Principer
Den elektrokemiska utmattningssensorn (EFS) är en oförstörande dynamisk sprickinspektionsteknologi, som i konceptet liknar ett medicinskt EKG , som används för att avgöra om aktivt växande utmattningssprickor finns. En EFS-sensor appliceras först på den utmattningskänsliga platsen på bryggan eller metallstrukturen och injiceras sedan med en elektrolyt , varvid en liten spänning appliceras. Systemet övervakar därefter förändringar i strömsvaret som är ett resultat av exponeringen av färskt stål under sprickutbredning. EFS-systemet består av en elektrolyt, en sensoruppsättning och en modifierad potentiostat som kallar potentiostatdatalänken (PDL) för att applicera en konstant polariserande spänning mellan bryggan och sensorn, samt programvara för datainsamling och analys. [ citat behövs ]
Den aktuella responsen från sensorgruppen, som består av en sprickmätningssensor och en referenssensor, samlas in, analyseras och jämförs med systemmjukvaran. Data presenteras i både tidsdomänen och frekvensdomänen. En algoritm, speciellt skriven för detta system, indikerar automatiskt nivån av utmattningssprickaktivitet vid inspektionsplatsen. EFS kan upptäcka sprickor i fältet så små som 0,01 tum i en verklig struktur (för liten för att ses med blotta ögat). [ citat behövs ]
Material
Den ursprungliga forskningen för EFS syftade till att utveckla en teknik för att upptäcka problemsprickor i flygplan och motorer. Grad 5, även känd som Ti6Al4V , Ti-6Al-4V eller Ti 6-4, är den mest använda titanlegeringen inom flygindustrin, t.ex. vevstakar för förbränningsmotorer . Den har en kemisk sammansättning av 6% aluminium , 4% vanadin , 0,25% (maximalt) järn , 0,2% (maximalt) syre och resten titan. Det är betydligt starkare än kommersiellt rent titan samtidigt som det har samma styvhet och termiska egenskaper (exklusive värmeledningsförmåga , som är cirka 60 % lägre i Grad 5 Ti än i CP Ti). Bland dess många fördelar är den värmebehandlingsbar . Denna kvalitet har en utmärkt kombination av styrka, korrosionsbeständighet , svetsning och tillverkningsbarhet. I allmänhet används det i applikationer upp till 400 grader Celsius.
(Sort 5 har en densitet på cirka 4420 kg/m3, Youngs modul på 110 GPa och draghållfasthet på 1000 MPa. Som jämförelse har glödgat rostfritt stål av typ 316 en densitet på 8000 kg/m3, modul på 193 GPa och tensile hållfasthet på endast 570 MPa och härdad 6061 aluminiumlegering har en densitet på 2700 kg/m3, modul på 69 GPa och draghållfasthet på 310 MPa). EFS upptäcker växande sprickor i stål, aluminium, titanlegeringar och andra metaller.
Inspektionssteg
Nedan är de viktigaste stegen för att använda elektrokemiska utmattningssensorer på en bro:
1. Identifiering av kritiska områden:
- För att använda EFS på broar identifierar inspektörerna först de sårbara delarna av en bro. Dessa kan vara de områden som är mest känsliga för slitage, såsom skarpvinklade balkar, stringer till balkfästen eller svetsar. Det kan också vara platser där broägare redan misstänker en spricka.
2. Installation av sensorer:
- Området som ska övervakas ska vara rent och fritt från löst material. (Färgen behöver inte tas bort helt som i andra sensorinstallationer.) Inspektörerna kopplar ihop områdena med sensorer, som liknar de peeling-and-stick-versioner som används för en EKG-avläsning. Sensormatrisen består av en sprickmätningssensor och en referenssensor.
3. Applicera en konstant ström:
- Sensorerna injiceras med en elektrolytvätska som underlättar den pålagda konstanta elektriska strömmen mellan sensorerna och bryggan.
4. Övervakning:
- Systemet övervakar förändringar i strömsvaret som är ett resultat av exponering av färskt stål under sprickutbredning.
5. Tolkning av data:
- Det aktuella svaret från sensorgruppen indikerar snabbt och tydligt om det finns en växande spricka vid inspektionsplatsen. Och eftersom enheten används medan bron används, kan den avgöra hur sprickorna förändras när strukturen böjs under stress. Data presenteras i både tidsdomänen och frekvensdomänen. En algoritm, speciellt skriven för detta system, indikerar automatiskt nivån av utmattningssprickaktivitet vid inspektionsplatsen. Systemet kan upptäcka sprickor i fältet så små som 0,01 tum i en verklig struktur.
Se även
externa länkar
- Demonstration av det elektrokemiska utmattningssensorsystemet vid Transportation Technology Centre Facility [ 1]
- Inspektion av utmattningssprickor på en CN-brygga med hjälp av den elektrokemiska utmattningssensorn [ 2]
- Elektrokemisk utmattningssensordemonstration på stålbron i snabb takt [ 3]