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 una tensión de compresión residual controlada , refinamiento del grano y reducción del tamaño del grano . La fatiga de ciclo alto y bajo se ha mejorado y se ha documentado que proporciona aumentos hasta diez veces mayores que en las muestras que no son UIT.
Teoría
En UIT, las ondas ultrasónicas son producidas por un transductor ultrasónico electromecánico y aplicadas a una pieza de trabajo. Se hace vibrar una barra resonadora sintonizada acústicamente 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, 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 , [1] 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 amplitud de 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. Los ejemplos de control mecánico empleados con UIT incluyen:
- Fresadoras CNC
- Tornos
- Control robótico
- Tractores de soldadura
Con este tipo de aplicaciones controladas, el acabado de la superficie 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 lugares de difícil acceso. La flexibilidad facilitada por 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 desarrollada y utilizada para mejorar los atributos de fatiga y corrosión de las estructuras de barcos y submarinos, la UIT se ha utilizado en la industria aeroespacial, minera, perforación mar adentro, construcción naval, infraestructura, automotriz, producción de energía y otras industrias. [2] Actualmente 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. [3] 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 resultado en un aumento de 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. [3]
La Marina de los EE. UU. 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
- ^ "Herramientas del oficio" . Appliedultrasonics.com . Consultado el 24 de febrero de 2012 .
- ^ "Granallado ultrasónico | Mejora el rendimiento del metal" . Ultrasonidos aplicados . Consultado el 24 de febrero de 2012 .
- ^ a b "Granallado ultrasónico | Mejora el rendimiento del metal" . Ultrasonidos aplicados . Consultado el 24 de febrero de 2012 .
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.
- Severdenko, vicepresidente, EG Konovalov, E.Sh. Statnikov et al., Estudio de las propiedades mecánicas de nuevos materiales bajo oscilaciones ultrasónicas, Informe nº 21-971, FTI Acad. Nauk de BSSR, Minsk (1966).
- Statnikov, E.Sh., Activación del proceso de deformación bajo efecto ultrasónico. Conferencia científica y técnica “XXX lecturas de Lomonosov”, Sevmashvtuz, Severodvinsk (2001).
PUBLICACIONES IIW:
- Aumento de la resistencia a la fatiga de las juntas soldadas en compresión cíclica. 47ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1569-94, Pekín, 1994. Y. Kudryavtzev, VI Tryufyakov, PP Mikheev, ES Statnikov.
- Mejora de la resistencia a la fatiga de las juntas soldadas (en aceros de alta resistencia y aleaciones de aluminio) mediante martillo ultrasónico. 48ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1594-95, Estocolmo, 1995. JJ Janosch, H. Koneczny, S. Debiez, ES Statnikov, VI Tryufyakov, PP Mikheev.
- Tratamiento de impacto ultrasónico de juntas soldadas. 48ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1609-95, Estocolmo, 1995. VI Trufyakov, PP Mikheev, Yu. Kudryavtzev, ES Statnikov.
- Especificación para la mejora de la punta soldada mediante tratamiento de impacto ultrasónico. 49ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1617-96, Budapest, 1996. ES Statnikov, VI Trufyakov, PP Mikheev Yu. Kudryavtzev.
- Tratamiento de impacto ultrasónico (UIT) de juntas soldadas. 49ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura, Budapest, 1996., ES Statnikov.
- Aplicaciones de la tecnología de tratamiento de impacto ultrasónico operativo (UIT) en la producción de juntas soldadas. 50ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1667-97, San-Francisco, 1997. ES Statnikov.
- Comparación de la eficiencia y la 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.
- La eficacia del tratamiento de impacto ultrasónico (UIT) para mejorar la resistencia a la fatiga de las juntas soldadas. 51ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1745-98, Hamburgo, 1998. VI Troufyakov, ES Statnikov, PP Mikheev, AZ Kuzmenko.
- 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.
- Guía para la aplicación del tratamiento de impacto ultrasónico que mejora la vida útil de las estructuras soldadas por fatiga. 52ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1757-99, Lisboa, 1999. ES Statnikov.
- Comparación del tratamiento de impacto ultrasónico (UIT) y otros métodos de mejora de la vida por fatiga. 53ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW-Doc. XIII-1817-00, Florencia, 2000. ES Statnikov, VO Muktepavel, A. Blomqvist.
- 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.
- Mejora de la resistencia a la fatiga de vigas de puentes mediante tratamiento de impacto ultrasónico (UIT). 55ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-1916-02, Copenhague, 2002. JW Fisher, ES Statnikov, L. Tehini.
- 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.
- Influencia del tratamiento de impacto ultrasónico sobre el comportamiento a la fatiga de las uniones soldadas en acero de alta resistencia. 56ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura, IIW-Doc. XIII-1976-03, Bucarest, 2003. André Galtier, ES Statnikov.
- Resistencia a la fatiga de un accesorio longitudinal mejorada por tratamiento de impacto ultrasónico. 56ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW. Doc.XIII-1990-03, Bucarest, 2003. Veli-Matti Lihavainen, Gary Marquis, ES Statnikov.
- Física y Mecanismo del Tratamiento de Impacto Ultrasónico. 57ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2004-04, Osaka, 2004, ES Statnikov.
- Comparación de la eficiencia de herramientas UIT de 27, 36 y 44 kHz. 57ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2005, Osaka, 2004. ES Statnikov, VN Vityazev, OV Korolkov.
- Mejora de la Calidad y Fiabilidad de Estructuras mediante UIT Esonix. 58ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2049-05, Praga, 2005. ES Statnikov.
- Tratamiento de impacto ultrasónico versus granallado ultrasónico. 58ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2050-05. Praga, 2005. ES Statnikov.
- Física y mecanismo de impacto ultrasónico. 59ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2096-06, Quebec, 2006. E .S. Statnikov, OV Korolkov, VNVityazev.
- 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.
- Desarrollo de técnicas de tratamiento de impacto ultrasónico de Esonix. 59ª Asamblea Anual del Instituto Internacional de Soldadura. IIW Doc. XIII-2098-06, Quebec, 2006. ES Statnikov, VY Korostel, N. Vekshin, G. Marquis.
- 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
- http://www.appliedultrasonics.com/pdf/pdf8.pdf
- http://www.appliedultrasonics.com/pdf/pdf2.pdf
- http://www.sonats-et.com/page_23-needle-peening.html