FI126728B - A method for finding out the fatigue state in a damaged metal structure - Google Patents

A method for finding out the fatigue state in a damaged metal structure Download PDF

Info

Publication number
FI126728B
FI126728B FI20155506A FI20155506A FI126728B FI 126728 B FI126728 B FI 126728B FI 20155506 A FI20155506 A FI 20155506A FI 20155506 A FI20155506 A FI 20155506A FI 126728 B FI126728 B FI 126728B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
hardness
damage
metal structure
point
Prior art date
Application number
FI20155506A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20155506A (en
Inventor
Markku Käppi
Original Assignee
Markku Käppi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Markku Käppi filed Critical Markku Käppi
Priority to FI20155506A priority Critical patent/FI126728B/en
Publication of FI20155506A publication Critical patent/FI20155506A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI126728B publication Critical patent/FI126728B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40Investigating hardness or rebound hardness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/48Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under impulsive load by indentors, e.g. falling ball
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56Investigating resistance to wear or abrasion
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/62Manufacturing, calibrating, or repairing devices used in investigations covered by the preceding subgroups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

MENETELMÄ VAURIOITUNEEN METALLIRAKENTEEN VÄSY-MISTILAN SELVITTÄMISEKSI Tämän keksinnön kohteena on menetelmä vaurioituneen metallirakenteen väsymistilan selvittämiseksi vauriokohdan, kuten halkeaman, ympäriltä, jossa menetelmässä metallin kovuutta mitataan eri kohdista.The present invention relates to a method for determining the fatigue state of a damaged metal structure around a failure site, such as a crack, wherein the hardness of the metal is measured at various points.

Keksintö liittyy metallien väsymisilmiöihin ja niiden tutkimiseen. Taustaa asialle on löydettävissä väitöskirjasta Markku Käppi: "Ve-nymävaihtelukollektiivin kehittäminen ja käyttö ajoneuvojen ke-ventämissuunnittelussa" vuodelta 2001 sekä suomalaisessa patentissa 104761.The invention relates to the fatigue phenomena of metals and their investigation. The background for this can be found in the dissertation Markku Käppi: "Development and Use of the Voltage Variation Collective in Vehicle Designing" from 2001 and in Finnish Patent 104761.

Liikkuvien laitteiden metallirakenteeseen kohdistuu käytössä lukuisia erilaisia dynaamisia rasituksia, jotka voivat johtaa jollakin aikavälillä metallin väsymiseen. Käytännössä erittäin vaikean kohteen muodostavat kolmannen asteen levypinnat. Tyypillisiä tällaisia ko. metallista rakennettuja tuotteita ovat ajoneuvosäiliöt, veneet ja laivarakenteet, lentokoneet jne. Esimerkiksi laivan liikkuessa siihen kohdistuu, paitsi moottorien ym. laitteiden aiheuttamia tärinöitä, myös aallokon ja mahdollisten aseiden käytön aiheuttamaa rasitusta. Viime mainitut ovat luonteeltaan hyvinkin erilaisia, mutta kuluttavat yhdessä metallin työnsietokykyä sitä samalla väsyttäen. Nämä yhdessä saattavat aiheuttaa nopeasti metallin väsymistä ja johtavat esimerkiksi metallin lujittumisen kautta rakenteen varsin nopeaan, jopa tuhoisaan rikkoutumiseen. Jos esimerkiksi alumiinile-vyyn tulee/kasvaa väsymisen johdosta halkeama, se voidaan hitsata umpeen, mutta kokemus on osoittanut, että rakenne yleensä rikkoutuu varsin nopeasti läheltä hitsaamalla korjattua kohtaa, ei yleensä kuitenkaan perinteisesti hitsin geometrisesta epäjatkuvuudesta tai muutosvyöhykkeeltä (HAZ; Heat Affected Zone). Metalli-rakenteen vaurioituminen ei siis rajoitu pelkästään halkeamakoh-taan tai hitsiin, vaan myös epämääräiselle alueelle sen ympärillä. Tämä vaurioituminen johtuu tyypillisesti metallin syklisestä muodonmuutoksesta, mikä johtaa yleensä joko metallin pehmenemi- seen tai kovettumiseen. Molemmat johtavat väsyttävässä kuormitustilanteessa metallirakenteen vaurioihin, eli tyypillisesti halkeamisiin tai katkeamisiin epämääräiseltä vaikuttavasta kohdasta. Edellä kuvatut ongelmat ovat erittäin tyypillisiä jännitys-venymäkäyrältään myötörajattomille eli epälineaarisesti käyttäytyville metalleille, kuten alumiinille ja ruostumattomalle teräkselle. Alumiinia on myös runsaasti käytetty esimerkiksi ajoneuvoissa, lentolaitteissa ja laivanrakennuksessa.The metal structure of mobile devices is subject to a number of different dynamic stresses that can lead to fatigue of the metal over time. In practice, tertiary plate surfaces are a very difficult object. Typical examples of such. metal products include vehicle tanks, boats and ship structures, airplanes, etc. For example, when a ship is in motion, it is subjected not only to vibrations caused by engines and other equipment, but also to stress caused by waves and the use of weapons. The latter are very different in nature, but together they wear out the work resistance of the metal while fatigueing it. Together, these can quickly cause fatigue of the metal and lead, for example, to a rather rapid, even destructive, breakdown of the structure through the strengthening of the metal. For example, if a crack in the aluminum sheet becomes / grows due to fatigue, it can be welded over, but experience has shown that the structure tends to break quite quickly near the welded repair point, but not traditionally in the weld geometric discontinuity or heat-affected zone. Thus, damage to the metal structure is not limited only to the crack or weld but also to the indefinite area around it. This damage is typically due to a cyclic deformation of the metal, which usually results in either softening or hardening of the metal. Both result in fatigue loading, resulting in metal structure damage, typically cracks or breaks at the vague point. The problems described above are very typical for stress-strain curves, i.e., non-linear behavior metals such as aluminum and stainless steel. Aluminum has also been used extensively in vehicles, aircraft and shipbuilding, for example.

Vastaavan kaltainen tilanne esiintyy myös eräiden myötörajallisten, lineaarisesti käyttäytyvien metallien, etenkin erittäin lujien terästen, väsymisen yhteydessä särön kärjen läheisyydessä. Tämä johtuu pelkistettynä lähinnä siitä, että särön kärjen läheisyydessä olevalla alueella särönkasvussa ylitetään paikallisesti teräksen myötö-raja ja ns. kimmoinen palautuminen ei ole sen jälkeen ko. alueella enää mahdollista. Kuitenkin heti alueen ulkopuolella teräs käyttäytyy kimmoisesti/lineaarisesti. Tilanne on väsymisen yhteydessä hyvin yllättävä ja vaarallinen. Näin pieneltä/kapealta alueelta esimerkiksi koepalan ottaminen on käytännössä mahdotonta.A similar situation occurs with the fatigue of some yield-limited, linearly-acting metals, particularly high-strength steels, near the crack tip. This is mainly due to the fact that in the region near the crack tip, the yield stress of the steel is locally exceeded and the so-called steel stress limit is exceeded. elastic recovery is not after that. area no longer possible. However, immediately outside the range, the steel behaves in an elastic / linear fashion. The situation with fatigue is very surprising and dangerous. From such a small / narrow area, for example, it is virtually impossible to take a biopsy.

Ennen kuin tehdään päätös siitä, miten väsynyt rakenne korjataan onnistuneesti on tarpeen selvittää rakenteen väsymisvaurion koko laajuus, muoto ja laatu sekä materiaalin syklinen lujuuden muutos. Näin saadaan tietää, kuinka iso osa todellisesta rakenteesta on esimerkiksi vaihdettava kokonaan uuteen.Before deciding how to successfully repair a tired structure, it is necessary to determine the full extent, shape and quality of the fatigue damage of the structure and the cyclic strength change of the material. This gives you an idea of how much of the real structure, for example, needs to be replaced with a new one.

Vaurion laajuutta voidaan koettaa tutkia tekemällä kovuusmittauk-sia rakenteessa vaurioalueen ympärillä tai irrotetusta koepalasta. Nykyiset kovuusmittausmenetelmät ovat kuitenkin käytännössä erittäin hankalia ja kalliita varsinkin rakenteen kohteissa, joissa työskentelytilaa on yleensä vähän ja työskentelyasento vaikea. Laitteiden tarkkamuotoiset painimen mittakärjet ovat erittäin vau-rioalttiita, helposti likaantuvia ja vaikeasti puhdistettavia sekä kalliita. Lisäksi metallin sykliset muodonmuutokset tapahtuvat yleensä epämääräisesti vyöhykkeittäin, joten niistä olisi saatava nopeasti tarkkaa mittaustietoa varsin laajasti ja vielä vyöhykkeittäin vaurio-alueen ympäriltä.The extent of the damage can be tested by measuring hardness in the structure around the lesion or from a detached specimen. However, in practice, current hardness measurement methods are very cumbersome and expensive, especially in structures where working space is generally low and working position difficult. The precision presser probes on the equipment are extremely susceptible to damage, easily soiled, difficult to clean and expensive. In addition, cyclic deformations of the metal generally occur indefinitely in the zones, so they should rapidly obtain accurate measurement data over a fairly wide and even zone around the lesion area.

Kovuudella tarkoitetaan tekniikassa materiaalin kykyä vastustaa vierasta esinettä, naarmuuntumista, kulumista ja leikkautumista. Kovuuden mittaamiseen ei ole mitään yksiselitteistä tapaa, vaan se määritellään kulloinkin käytetyn mittausmenetelmän tuloksena. Perinteisesti kovuusmittaus jaetaan kolmeen osaan: a) Naarmuuntumislujuus, jota mitataan perinteisesti Mohsin menetelmällä. b) Painautumiskovuus, jossa mitataan painimen kärjen jättämä pinta-ala tai syvyys, mm. Vickers, Rockwell, Brinell ja Knoop. c) Kimmahduslujuus, esim. Leebin menetelmä.Hardness in technology refers to the ability of a material to resist foreign matter, scratching, wear and shearing. There is no unambiguous way to measure hardness, but it is defined as the result of the measurement method used. Traditionally, hardness measurement is divided into three parts: a) Scratch resistance, which is traditionally measured by the Mohs method. b) Compression hardness, which measures the area or depth left by the tip of the press, eg. Vickers, Rockwell, Brinell and Knoop. c) Tensile strength, eg Leeb's method.

Eri menetelmien tulokset ovat keskenään hyvin heikosti vertailukelpoisia. Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada riittävän yksinkertainen, luotettava ja nopea menetelmä metallirakenteen väsymistilan selvittämiseksi käytännön korjaustilanteessa koepalaa irrottamatta. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että kovuuden kalibrointitulos otetaan tutkittavan metallirakenteen alueelta, jossa metalli ei ole väsynyt tai syklisesti muuttunut, etäisyyden päässä vauriokohdasta, ja että vertailutuloksia otetaan tarvittava määrä vauriokohdan ympäriltä ja verrataan niitä kalib-rointitulokseen. Kalibrointikohtaa voidaan etsiä esimerkiksi etääntymällä vauriokohdasta niin kauas homogeeniselle alueelle, että mittaustulos ei enää muutu.The results of the different methods are very poorly comparable. It is an object of the present invention to provide a sufficiently simple, reliable and fast method for solving the fatigue state of a metal structure in a practical repair without removing the specimen. The method of the invention is characterized in that the hardness calibration result is taken from a non-fatigued or cyclically altered region of the metal structure under investigation, at a distance from the point of failure, and comparing the required results around the point of failure with a calibration result. For example, the calibration point can be searched for by moving away from the point of damage so far into the homogeneous region that the measurement result no longer changes.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle edulliselle toteutusmuodolle on tunnusomaista se, että kovuus mitataan iskemällä tutkittavaan metalliin kuoppia hallitusti vakio lyöntivoimalla, jonka jälkeen mitataan niiden pinta-ala ja/tai syvyys ja verrataan kalibroin-titulokseen.A preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the hardness is measured by impacting the pits of the metal under investigation in a controlled manner with constant impact force, followed by measuring their surface and / or depth and comparing it with the calibration result.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräälle toiselle edulliselle toteutusmuodolle on tunnusomaista se, että kuopat isketään itselaukea-valla ns. automaattipistepuikolla vakio lyöntivoimalla, jossa käytetään koko mittauksen ajan samanlaista kärkeä.Another advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the wells are struck with a self-opening so-called. with an automatic point stick with constant striking force, which uses the same tip throughout the measurement.

Vielä eräälle keksinnön mukaisen menetelmän edulliselle toteutus-muodolle on tunnusomaista se, että kovuus määritetään raaputtamalla tutkittavan metallirakenteen pintaa kovametallikärjellä eri kohdissa, ja verrataan pinnan lujittumisen tai pehmenemisen aiheuttamaa liukkautta kalibrointikohtaan. Tällainen liukkaus voidaan havaita nopeasti ja riittävällä tarkkuudella myös niin ahtaissa kohdissa, joihin ei päästä näkemään tai tekemään muita kokei-ta/mittauksia.Another preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the hardness is determined by scratching the surface of the metal structure being examined with a carbide tip at various points and comparing the slip caused by the hardening or softening of the surface with the calibration point. Such slippage can be detected quickly and with sufficient accuracy, even at such narrow places that no other experiments / measurements can be seen or performed.

Keksinnön etuina voidaan mainita, että menetelmän avulla on yksinkertaista ja edullista selvittää metallin väsymistilanne kokonaisuutena tarpeeksi luotettavasti ja laajalla alueella. Näin saadaan nopeasti ja luotettavasti tietoa siitä, miten ja kuinka laajasti metallirakenteen vaurio kannattaisi edullisimmin korjata. Tämä voidaan saumattomasti yhdistää välittömään korjaushitsaukseen tms. Samoin menetelmän avulla voidaan päätellä syklisten kuormitusten muuten näkymättömät suunnat, eli mikä rakenteessa on väärin suunniteltu/tehty, että vaurio on ylipäätään syntynyt. Näin ollen itse rakennetta voidaan jatkossa luotettavasti parantaa, jolloin tällaisia ongelmia ei enää synny. Pelkkä näkyvä särönkasvu suuntineen ei tähän yleensä riitä.Advantages of the invention may be mentioned that by means of the method it is simple and advantageous to solve the state of fatigue of the metal as a whole with sufficient reliability and over a wide range. This provides quick and reliable information on how and to what extent damage to a metal structure would be most cost effective. This can be seamlessly combined with immediate repair welding, etc. Similarly, the method can be used to deduce otherwise invisible directions of cyclic loads, i.e., what is wrongly designed / done in the structure, that the damage has occurred at all. Thus, the structure itself can be reliably improved in the future, and such problems will no longer arise. Just visible cracking growth with directions is usually not enough for this.

Todellisesta rakenteesta menetelmällä tehtyjen kokeiden etu on havainnollisuuden lisäksi vielä siinä, että esimerkiksi levyn vals-saussuunta ja kaikki valmistuksen aiheuttamat seikat ja sykliset muodonmuutokset otetaan rakenteessa todellisina olevina automaattisesti oikein huomioon.In addition to being illustrative, the advantage of experimenting with the actual structure method is that, for example, the plate's Vals dry direction and all manufacturing factors and cyclic deformations are automatically taken into account in the actual structure.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisemmin edullisten toteutusmuotoesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa on esitetty metallirakenne ja siihen syntynyt halkeama.In the following, the invention will be explained in more detail by means of preferred embodiments with reference to the accompanying drawing, in which the metal structure and the resulting crack are shown.

Viitenumerolla 1 on siis merkitty metallirakennetta, esimerkiksi alumiinilevyä, johon on syntynyt metallin väsymisen johdosta näkyvä halkeama tai särö 2. Alumiinilevy voi olla esimerkiksi säiliön vaipassa, laivan kylki rakenteessa tai lentokoneessa käytettävä levy tai rakenne. Tässä se on esitetty suorakaiteen muotoisena, mutta muodolla ei ole keksinnön kannalta merkitystä. Se voi olla myös tukirakenne, jäykiste, palkki tms.Thus, reference numeral 1 denotes a metal structure, for example an aluminum plate, which has developed a visible crack or crack 2 due to fatigue of the metal. The aluminum plate may be, for example, a plate or structure used in a tank shell, ship side structure or aircraft. Here, it is shown in rectangular form, but the shape is not relevant to the invention. It can also be a support structure, stiffener, beam, etc.

Perinteinen tapa toimia olisi hitsata halkeama 2 umpeen tai vaihtaa epämääräinen tai varmuuden vuoksi riittävän suuri pala alumiinile-vyä uuteen. On kuitenkin vaikea tietää mikä on riittävän suuri ja oikean muotoinen pala, koska vaurion laajuutta ja tarkkaa laatua ei tiedetä. Näin ollen käytännössä yleensä vaihdetaan varmuuden vuoksi tarpeettoman suuri mutta aivan väärän muotoinen pala, jolloin korjaus epäonnistuu.The traditional method of operation would be to weld the crack 2 or replace a vague or, for safety reasons, a sufficiently large piece of aluminum sheet with a new one. However, it is difficult to know what is a sufficiently large and properly shaped piece because the extent and exact quality of the damage is unknown. Thus, in practice, an unnecessarily large but completely incorrectly shaped piece is usually replaced for safety reasons, and the repair fails.

Keksinnön mukaisella menetelmällä pyritään selvittämään mitä me-tallille on tapahtunut halkeaman tms. vauriokohdan lähialueella. Hitsauksesta ei nimittäin ole hyötyä, jos halkeaman ympärillä on metallin väsymisen johdosta epämääräisesti pehmennyttä tai kovettunutta metallia, vaan tällöin vaurio uusiutuu yleensä nopeasti tai yllättäen. Tämä koskee nimenomaan metalleja, joiden jännitys-venymäkäyrä on myötörajaton, eli epälineaarisesti käyttäytyvä.The method of the invention seeks to find out what has happened to the metal in the vicinity of a crack or similar damage site. Namely, welding is of no use if there is an indeterminate softening or curing of metal around the crack due to fatigue of the metal, but the damage is usually quickly or unexpectedly renewed. This is particularly true for metals with a stress-free stress-strain curve, that is, non-linear behavior.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä lyödään pieniä kuoppia 3 me-tallin pintaan eri etäisyyksillä vauriosta/halkeamasta 2. Lyönti tehdään kussakin mittauksessa aina samalla vakio lyöntivoimalla ja samalla kärjellä. Näin muodostuneiden kuoppien 3 pinta-ala ja/tai syvyys ovat verrannollisia keskenään. Lyönti tehdään vakiovoimalla automaattipistepuikolla tms. yksinkertaisella laitteella.In the method according to the invention, small pits are punched on the surface of a 3 metal at different distances from the damage / crack 2. The punch is always made with the same constant striking force and the same tip in each measurement. The surface and / or depth of the wells thus formed are proportional to each other. The punch is performed with a constant force with an automatic point stick or similar simple device.

Kun halutaan saada selville, mitä metallille on tapahtunut, on järkevintä ottaa vertailukohta, eli kalibrointitulos alueelta, jossa metalli on täysin kunnossa, eli riittävän kaukana vaurioituneesta alueesta. Mikäli käytetty materiaali tunnetaan, voidaan lisävertailu-kohta ottaa myös vastaavasta väsymättömästä materiaalista, esimerkiksi käyttämättömästä levystä varastohyllyltä. Kuvassa alin piste voisi olla tällainen vertailukohta. Siitä lähdetään lähestymään varsinaista vauriokohtaa. Kun automaattipistepuikolla lyödään kuoppa 3 metallin pintaan, syntyneen kuopan pinta-ala ja/tai syvyys riippuu siitä mikä on materiaalin kovuus ko. kohdassa. Mitä pehmeämpi metalli on sitä isompi kuoppa luonnollisesti syntyy. Ja päinvastoin, mitä kovempaa metalli on sitä pienempi kuoppa syntyy. Kuoppien koko on vertailukelpoinen kun aina lyödään samalla voimalla ja samalla kärjellä. Tämä saadaan siis yksinkertaisesti ja nopeasti aikaan automaattipistepuikolla. Mitattuja kuoppia verrataan kalibrointitulokseen, jolloin voidaan päätellä onko metalli pehmentynyt, lujittunut vai pysynyt ennallaan ko. mittauskohdas-sa.When it comes to finding out what has happened to a metal, it is best to take a reference, that is, a calibration result from an area where the metal is in perfect condition, that is, far enough away from the damaged area. If the material used is known, the additional reference point may also be taken from a corresponding non-tiring material, for example an unused plate from a storage shelf. The lowest point in the picture could be such a reference point. From here, we start approaching the actual damage site. When a well 3 is punched into the metal surface of the well 3, the surface and / or depth of the resulting well depends on the hardness of the material in question. section. The softer the metal, the bigger the pit will naturally be. Conversely, the harder the metal, the smaller the pit will be. The size of the pits is comparable when always struck with the same force and the same tip. Thus, this is accomplished simply and quickly with an auto-point stick. The measured wells are compared with the calibration result to determine whether the metal has softened, strengthened or remained intact. mittauskohdas-SA.

Kuopan 3 pinta-alan/syvyyden mittaus voidaan tehdä millä tahansa tunnetulla tekniikalla, esimerkiksi digikuvaamalla ja siirtämällä kuva tietokoneelle, jolla sitä voidaan suurentaa. Kuvasta voidaan mitata yleensä ympyräpoikkipintaisten kuoppien halkaisija tai toisen muotoisen, kuten kartio, pallo jne., mittakärjen aikaansaaman kuopan muut päämitat. Toinen vaihtoehto on käyttää mittaamiseen erilaisia 'luuppeja', eli suurennuslaseja, joissa on mitta-asteikko mukana.The surface / depth measurement of the well 3 can be made by any known technique, for example, digital imaging and transferring the image to a computer for enlarging it. The image can be used to measure the diameter of wells of circular cross-section or other major dimensions of a well formed by a probe of another shape, such as a cone, a ball, etc. Another option is to use different 'loupes' for measuring, that is, magnifying glasses with a scale.

Syklisesti epähomogeeniseksi muuttunutta levyä tai rakennetta tai etenkin tihentyneitä/muodostuneita vuoalueita tutkittaessa tai etsittäessä on esimerkiksi mittakärjen ellipsin muotoinen poikkipinta hyvin käyttökelpoinen osoittamalla kuopan isoakselin suunnan ja syntyvän koon keskinäisen riippuvuuden. Näin hankittu uudenlainen tieto on korjauksen ja etenkin suunnittelun parantamisen tai tason noston kannalta ensiarvoisen tärkeää.For example, when examining or searching for a disc or structure that has become cyclically inhomogeneous, or especially for densified / formed flow areas, the elliptical cross-section of the probe is very useful in showing the interdependence of the direction of the well axis and the resulting size. The new knowledge thus acquired is of paramount importance for repair and, in particular, for improving design or raising the level.

Keksinnön avulla saadaan varsin tarkka kuva siitä, mikä vaurioituneen metallirakenteen tila on. Jos rakenne on halkeamaa lukuun ottamatta vaurioitumatonta, halkeama kannattanee hitsata. Jos taas metallin väsymisen aiheuttamia syklisiä muodonmuutoksia on laajemmalla alueella, voidaan metallirakenne irrottaa tältä alueelta ja hitsata uusi paikalle tai tietyissä tapauksissa myös jättää korjaamatta.The invention provides a fairly accurate picture of the state of the damaged metal structure. If the structure is undamaged except for the crack, then the crack should be welded. If, on the other hand, the cyclic deformation caused by metal fatigue is within a wider range, the metal structure may be removed from this area and welded to a new site or, in some cases, left unrepaired.

On huomattava, että kuoppia 3 ei saa lyödä liian lähelle toisiaan, koska ne helposti alkavat muokkauslujittaa metallia ja vääristävät mittaustulosta. Turvallinen minimietäisyys kuoppien välillä on n. 3 mm.It should be noted that the pits 3 should not be struck too close to each other as they easily begin to deform the metal and distort the measurement result. The minimum safety distance between the wells is about 3 mm.

Kun tutkittava kohde on ohut levy, saattaa automaattipistepuikon terävä kärki mennä lyönnin pienestäkin voimasta levystä läpi. Tällöin tapahtuu liian suuri muodonmuutos, jolloin rakenne vaurioituu eikä myöskään luotettavaa tutkimustulosta aina saada. Siinä tapauksessa tutkitaan kovametallikärjellä tms. pinnan liukkautta. Tämä on ammattitaitoisen/kokeneen henkilön melko helposti havaittavissa. Otetaan ensin 'kalibrointiliukkaus' kyllin kaukaa eli väsymisalu-een ulkopuolelta. Maali tms. pinnoite on ensin poistettava pinnasta. Muokkauslujittunut pinta on kovempaa ja tuntuu selvästi liukkaammalta. Pehmentyneeseen pintaan kärki jopa tökkii ja se tuntuu karhealta eikä ole yhtä liukas.When the target to be examined is a thin plate, the sharp point of the auto-point stick may pass through the plate with a slight force of impact. This results in too much deformation, resulting in damage to the structure and not always reliable research results. In this case, the slippage of the surface with a carbide tip or similar is examined. This is quite easily discerned by a skilled / experienced person. First, take the 'calibration slip' far enough from outside the fatigue range. Paint or similar coating must first be removed from the surface. The hardened surface is harder and feels much slippery. On a softened surface, the tip even bumps and feels rough and not as slippery.

Tutkimuskärki voi olla tehty myös tutkittavasta metallista. Silloin kärki vaurioituu/tylsyy lujittuneella alueella, mutta jättää selvän jäljen pehmenneelle alueelle. Tästä selviää edellistä pienemmällä kokemuksella.The test tip may also be made of the metal to be tested. This will cause the tip to become damaged / dull in the stiffened area but leave a clear mark on the softened area. With less experience than this, you can do this.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksintö ei ole rajoittunut edellä esitettyihin toteutusmuotoesimerkkeihin, vaan sitä voidaan vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Menetelmää voidaan tietyin edellytyksin käyttää väsyneen särön lähellä myös myötörajallisilla, eli lineaarisesti käyttäytyvillä, etenkin lujilla, teräksillä. Tällöin särön kärjessä ylitetään paikallisesti myötöraja ja kuormitusvaihtelun palautuminen ei tapahdu särön lähialueella lineaarisesti, vaikka ympärillä oleva alue kauempana käyttäytyykin lineaarisesti.It will be clear to one skilled in the art that the invention is not limited to the exemplary embodiments set forth above, but may be varied within the scope of the appended claims. Under certain conditions, the method can also be used in the vicinity of fatigue cracking with yield-stressed, i.e. linear-acting steels, in particular high-strength steels. In this case, the yield point is exceeded locally at the tip of the crack and the reversal of the load variation does not occur linearly in the vicinity of the crack, although the surrounding area behaves more linearly.

On selvää, että samaa vaurioaluetta voidaan tutkia useammallakin eri kärjellä. Tällöin vertailu tehdään luonnollisesti aina ko. kärjen kalibrointitulokseen.It is clear that several different tips can be used to examine the same area of damage. In this case, the comparison is, of course, always made in the respective case. to the tip calibration result.

Selityksessä mahdollisesti yhdessä muiden tunnusmerkkien kanssa esitettyjä tunnusmerkkejä voidaan tarvittaessa käyttää myös toisistaan erillisinä.If necessary, the symbols which may be presented in the specification together with other characteristics may also be used separately.

Claims (2)

1. Menetelmä vaurioituneen metallirakenteen (1) väsymis-tilan selvittämiseksi vauriokohdan, kuten halkeaman (2), ympäriltä, jossa menetelmässä metallin kovuutta mitataan eri kohdista, tunnettu siitä, että kovuuden kalib-rointitulos otetaan tutkittavan metallirakenteen (1) alueelta, jossa metalli ei ole väsynyt tai syklisesti muuttunut, etäisyyden päässä vauriokohdasta, että vertailutu-loksia otetaan tarvittava määrä vauriokohdan ympäriltä ja verrataan niitä kalibrointitulokseen, joka kovuus mitataan iskemällä tutkittavaan metalliin kuoppia (3) hallitusti vakio lyöntivoimalla, jonka jälkeen mitataan niiden pinta-ala ja/tai syvyys ja verrataan kalibrointitulokseen, jolloin kuopat (3) isketään itselaukeavalla ns. automaat-tipistepuikolla vakio lyöntivoimalla, jossa käytetään koko mittauksen ajan ellipsin muotoista kärkeä. PATENTKRAV1. Menetelmä vaurioituneen metallirakenteen (1) väsymis-tilan selvittämiseksi vauriokohdan, kuten halkeaman (2), ympäriltä, jossa menetelmässä metallin kovuutta mitataan eri kohdista, tunnettu siitä, etä kovuituen kalibuuden väsynyt tai syklisesti muuttunut, etäisyyden päässä vauriokohdasta, että vertailutu-loksia otetaan tarvittava määrä vauriokohdan ympäriltä yes verrataan niitä kalibrointitulokseen, joka kovuus mitataan iskemällä tutkittavaan metalliin kuoppia (3) hallitusti vakio lyöntivoimalla, jonka jälkeen mitataan niiden pinta-ala ja / tai syvyys yes verrataan calibrointituloxene, jolloin kuopat (3) isketään itselaukeavalla ns. automataat-tipistepuikolla vakio lyöntivoimalla, jossa käytetään koko mittauksen ajan ellipsin muotoista kärkeä. CLAIMS 1. Ett förfarande för att ta reda på utmattningstillståndet hos en skadad metallkonstruktion (1) i omgivningen kring en skadepunkt, såsom en spricka (2), vid vilket förfarande man mäter metallens hårdhet på olika ställen, kännetecknat av att man tar ett kalibreringsresul-tat på hårdhet i ett område hos den undersökta metallkonstruktionen (1) där metallen inte är utmattad eller cykliskt ändrad, på avstånd från skadepunkten, och att man tar en behövlig mängd jämförelseresultat i omgivningen kring skadepunkten och jämför dem med kalibre-ringsresultatet, vilken hårdhet mäts genom att man på ett kontrollerat sätt med en konstant slagkraft slår gropar (3) i den undersökta metallen, varefter man mäter deras area och/eller djup och jämför med kalibreringsre-sultatet, varvid man slår groparna (3) med hjälp av en självutlösande s.k. automatkörnare med en konstant slagkraft som under hela mätningen använder sig av en spets i elliptisk form.A method for finding out the fatigue state of a damaged metal structure (1) in the vicinity of a point of damage, such as a crack (2), in which the method of measuring the hardness of the metal in different places, characterized by taking a calibration result on hardness in an area of the investigated metal structure (1) where the metal is not fatigued or cyclically altered, at a distance from the damage point, and that a necessary amount of comparison result is taken in the environment around the damage point and compared with the calibration result, which hardness is measured by that pits (3) are controlled in a controlled manner with a constant impact force in the investigated metal, after which they measure their area and / or depth and compare with the calibration result, whereby the pits (3) are struck by means of a self-triggering automatic runner with a constant impact force that uses a tip in elliptical form throughout the measurement.
FI20155506A 2015-06-26 2015-06-26 A method for finding out the fatigue state in a damaged metal structure FI126728B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20155506A FI126728B (en) 2015-06-26 2015-06-26 A method for finding out the fatigue state in a damaged metal structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20155506A FI126728B (en) 2015-06-26 2015-06-26 A method for finding out the fatigue state in a damaged metal structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20155506A FI20155506A (en) 2016-12-27
FI126728B true FI126728B (en) 2017-04-28

Family

ID=57734038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20155506A FI126728B (en) 2015-06-26 2015-06-26 A method for finding out the fatigue state in a damaged metal structure

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI126728B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI20155506A (en) 2016-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheng et al. Experimental study on fatigue failure of rib-to-deck welded connections in orthotropic steel bridge decks
Verstraete et al. Determination of CTOD resistance curves in side-grooved Single-Edge Notched Tensile specimens using full field deformation measurements
US20160258852A1 (en) Contact Mechanic Tests using Stylus Alignment to Probe Material Properties
Zeinoddini et al. Repair welding influence on offshore pipelines residual stress fields: An experimental study
JP2018536868A (en) Measurement of material properties under local tension through contact mechanics
JP4858773B2 (en) Verification method of nanoindentation test
Nosov et al. Acoustic-emission testing of the strength of metal structures under complex loading
Kosmann et al. Evaluation of a critical impact energy in GFRP under fatigue loading
Al-Salih et al. Evaluation of a digital image correlation bridge inspection methodology on complex distortion-induced fatigue cracking
FI126728B (en) A method for finding out the fatigue state in a damaged metal structure
Masláková et al. Applications of the strain gauge for determination of residual stresses using Ring-core method
US20150066391A1 (en) Methods for characterizing dents in pipelines
Eshtayeh et al. Nondestructive evaluation of welded joints using digital image correlation
Alemdar Experimental study of fatigue crack behavior of rib-to-rib butt welded connections in orthotropic steel decks
Orchowski et al. The post-repair performance of Ti-6Al-4V after foreign object damage
RU2647551C1 (en) Method for determining characteristics of crackbility of materials
Lewis et al. Assessment of laser cladding as an option for repair of rails
RU2570237C1 (en) Method of determining viscosity of metallic materials
Synaszko et al. The an Approach to Damage Detection in Metal Sandwich Structures with Composite-Metal Patch Bonded Repair
Scenini et al. Use of Digital Image Correlation (DIC) for detection of defects and monitoring of structural integrity in the nuclear industry
Fonzo et al. Industrial Application of SENT and Segment Testing on Deepwater Buckle Arrestor Assembly Installed by S-Lay
Kainuma et al. Evaluation on estimation in characteristics of fatigue crack using micro-encapsulated dye mixing paint
Kudrya et al. Possibility of Predicting the Fracture of Metallic Materials with a Heterogeneous Structure
Jamil Defect Size Comparison Using Infrared Thermography Method and Actual Measurement On Glass Fiber Reinforced Polymer
Lindqvist et al. Characterization of JR curves of a HSLA-steel and an Alloy 52 DMW with SE (T) specimens

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 126728

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B