Tratamiento de impacto ultrasónico - Ultrasonic impact treatment

El tratamiento de impacto ultrasónico ( UIT ) es una técnica de procesamiento metalúrgico , similar al endurecimiento por trabajo , en la que se aplica energía ultrasónica a un objeto metálico. Esta técnica es parte de los procesos de Impacto Mecánico de Alta Frecuencia (HFMI). Otras siglas también son equivalentes: Ultrasonic Needle Peening (UNP), Ultrasonic Peening (UP). El tratamiento de impacto ultrasónico puede resultar en un esfuerzo de compresión residual controlado , refinamiento del grano y reducción del tamaño del grano . La fatiga de ciclo alto y bajo se mejora y se ha documentado que proporciona aumentos hasta diez veces mayores que las muestras que no son UIT.

Teoría

En la UIT, las ondas ultrasónicas son producidas por un transductor ultrasónico electromecánico y aplicadas a una pieza de trabajo. Una barra resonadora sintonizada acústicamente se hace vibrar al energizarla con un transductor ultrasónico magnetoestrictivo o piezoeléctrico . La energía generada a partir de estos impulsos de alta frecuencia se transmite a la superficie tratada mediante el contacto de pasadores de acero especialmente diseñados . Estos pasadores de transferencia pueden moverse libremente axialmente entre el cuerpo resonante y la superficie tratada.

Cuando la herramienta, compuesta por el transductor ultrasónico, los pines y otros componentes, entra en contacto con la pieza de trabajo, se acopla acústicamente con la pieza de trabajo, creando una resonancia armónica . Esta resonancia armónica se realiza a una frecuencia cuidadosamente calibrada , a la que los metales responden muy favorablemente, lo que resulta en esfuerzos residuales de compresión, alivio de esfuerzos y mejoras en la estructura del grano.

Dependiendo de los efectos deseados del tratamiento, se aplica una combinación de diferentes frecuencias y amplitud de desplazamiento. Dependiendo de la herramienta y del fabricante del equipo original, estas frecuencias oscilan entre 15 y 55  kHz , con la amplitud de desplazamiento del cuerpo resonante de entre 20 y 80 μm (0,00079 y 0,00315 in).

Solicitud

UIT es altamente controlable. Al incorporar un controlador lógico programable (PLC) o un generador ultrasónico digital, la frecuencia y la amplitud de la UIT se configuran y mantienen fácilmente, eliminando así una parte significativa de la dependencia del operador. La UIT también se puede controlar mecánicamente, proporcionando así la repetibilidad de los resultados de una aplicación a la siguiente. Ejemplos de control mecánico empleados con UIT incluyen:

Con este tipo de aplicaciones controladas, el acabado superficial de la pieza de trabajo es altamente controlable.

Para muchas aplicaciones, la UIT se emplea más eficazmente a mano. La alta portabilidad del sistema UIT permite viajar a lugares austeros y de difícil acceso. La flexibilidad que facilitan las variaciones en la configuración de la herramienta (como el cabezal de granallado en ángulo) garantiza que sea posible el acceso a ubicaciones muy estrechas.

La efectividad de la UIT se ha ilustrado en los siguientes metales, entre otros:

Historia

La UIT se desarrolló originalmente en 1972 y desde entonces ha sido perfeccionada por un equipo de científicos rusos bajo el liderazgo del Dr. Efim Statnikov . Originalmente desarrollado y utilizado para mejorar los atributos de fatiga y corrosión de las estructuras de barcos y submarinos, UIT se ha utilizado en la industria aeroespacial, minera, perforación en alta mar, construcción naval, infraestructura, automotriz, producción de energía y otras industrias. Hoy en día existen diferentes soluciones industriales que son comercializadas por un número limitado de fabricantes de equipos originales en todo el mundo.

Aplicaciones prácticas

UIT permite prolongar la vida útil de los puentes de acero. Esta técnica se ha empleado en numerosos estados de EE. UU. Así como en otras naciones. El resultado es un costo de infraestructura muy reducido. La UIT ha sido certificada para este uso por AASHTO .

El uso de UIT en dragalinas y otros equipos pesados en la industria minera ha aumentado la producción y ha disminuido el tiempo de inactividad y los costos de mantenimiento.

UIT se emplea en ejes de transmisión y cigüeñales en varias industrias. Los resultados muestran que la UIT aumenta la vida útil del eje en un factor de 3.

La Marina de los Estados Unidos usa UIT para abordar áreas agrietadas en ciertas plataformas de aluminio. Sin UIT, las reparaciones de grietas dieron como resultado un resquebrajamiento casi inmediato. Con UIT, las reparaciones han demostrado durar más de ocho meses sin grietas.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • Fisher, JW, E.Sh. Statnikov, L. Tehini, Mejora de la resistencia a la fatiga mediante el cambio de diseño de la soldadura y la aplicación del tratamiento de impacto ultrasónico, Proc. de Intl. Symp. Sobre puentes de acero, Chicago (2001).
  • Haagensen, PJ, Weld Improvement Methods - Applications and Implementations in Design Codes, ponencia invitada en la Conferencia sobre fatiga de estructuras soldadas, Senlis, París, Francia, 12-14 de junio de 1996.
  • Prokopenko, GI, TA Lyatun, Estudio de las condiciones de endurecimiento de la superficie por medio del ultrasonido, en: Física y química del procesamiento de materiales, No. 3, p 91, 1977.
  • Blaha, F., B. Langenecker. “Dehnung von Zink-Kristallen unter Ultraschalleinwirkung”, Zeitschrift die Naturwissenschaften, 20, 556, 1955.
  • Konovalov, EG, VM Drozdov, MD Tyavlovski, Resistencia dinámica de los metales (en ruso), Nauka i Tekhnika, Minsk, 1969.
  • Kazantsev, VF, Física básica de la acción ultrasónica en el procesamiento de cuerpos sólidos (en ruso). Tesis doctoral, AKIN, Moscú, 1980, págs. 12–44.
  • Statnikov, ES, Desarrollo y estudio de dispositivos ultrasónicos de propósito específico, tesis, académico NN Andreyev Acoustic Institute, Academia de Ciencias de la URSS, 1982.
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  • Statnikov, E.Sh., Activación del proceso de deformación bajo efecto ultrasónico. Conferencia científica y técnica “XXX lecturas de Lomonosov”, Sevmashvtuz, Severodvinsk (2001).

PUBLICACIONES IIW:

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  • Tratamiento por impacto ultrasónico (UIT) de juntas soldadas. 49ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura, Budapest, 1996., ES Statnikov.
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  • Comparación de la eficiencia y procesabilidad de los métodos de deformación posterior a la soldadura para aumentar la resistencia a la fatiga de las juntas soldadas. 50ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1668-97, San-Francisco, 1997. ES Statnikov.
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  • Pruebas introductorias de fatiga en juntas soldadas en acero de alta resistencia y aluminio tratados mediante varios métodos de mejora, incluido el tratamiento de impacto ultrasónico (UIT). 51ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1748-98, Hamburgo, 1998. PJ Haagensen, ES Statnikov, L. Lopez-Martinez.
  • Reparación de grietas por fatiga. Grupo de Trabajo 5. 51ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-WG5-18-98, Hamburgo, 1998. ES Statnikov, L. Kelner, J. Baker, H. Croft, VI Dvoretsky, VO Muktepavel.
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  • Estudio de caso de reparación de estructuras soldadas por fatiga. Grupo de Trabajo 5. 54ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-WG5-1873-01, Eslovenia, 2001. ES Statnikov, L. Tehini.
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  • Comparación de la mejora en la resistencia a la fatiga por corrosión de hélices de bronce de 3 grados de Cu marino reparadas con soldadura mediante tratamiento de impacto ultrasónico (UIT) o tratamiento térmico. 56ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW. Doc. XIII-1964-03, Bucarest, 2003. ES Statnikov, VO Muktepavel, VN Vityazev, VI Trufyakov, VS Kovalchuk, P. Haagensen.
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  • Mejora de la Calidad y Fiabilidad de las Estructuras mediante UIT Esonix. 58ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2049-05, Praga, 2005. ES Statnikov.
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  • Sobre la evaluación del efecto del tratamiento de impacto ultrasónico sobre la fatiga (Discusión de algunos resultados experimentales). 59ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2097-06, Quebec, 2006. ES Statnikov, VY Korostel.
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  • Mejora de la resistencia a la fatiga de muestras delgadas de acero inoxidable por UIT. 59ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2104-06, Quebec, 2006. L Huhtala, VM Lihavainen, G Marquis, ES Statnikov, VY Korostel, SJ Maddox.
  • Sobre el uso de ultrasonido para acelerar las pruebas de fatiga. 59ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2106-06, Quebec, 2006. ES Statnikov, VY Korostel.
  • Aplicación UIT para compensación de distorsión angular en juntas en T soldadas. 59ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2107-06, Quebec, 2006. ES Statnikov, VY Korostel, W. Fricke.
  • Sobre la identificación en la preparación de la UIT para pruebas comparativas y aplicación de campo. 60ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2180-07, Dubrovnik, 2007. ES Statnikov, VY Korostel, AD Manelik.
  • El uso de ultrasonido para acelerar las pruebas de fatiga durante la evaluación de la efectividad de la UIT. 60ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2182-07, Dubrovnik, 2007. ES Statnikov, VY Korostel.
  • Aplicación UIT para compensación de distorsión angular en juntas en T soldadas. 60ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. X-1603-07, Dubrovnik, 2007. ES Statnikov, Wolfgang Fricke.
  • Inventar la tecnología de impacto ultrasónico y su impacto en la industria. 63a Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura, IIW Doc. XIII-2320-10, Estambul, 2010. L. Kelner, D. Sharman.

enlaces externos