Preostali stres odnosi se na unutarnje stanje napona koje ostaje unutar materijala čak i u nedostatku vanjskih opterećenja. Ovo stanje napona obično se inducira faktorima kao što su neravna temperaturna polja, plastična deformacija ili fazne promjene tijekom procesa poput obrade, toplinske obrade i zavarivanja. Prisutnost zaostalog stresa značajno utječe na mehanička svojstva materijala, život umora, otpornost na koroziju i druge karakteristike. Stoga je precizno otkrivanje zaostalih stresa presudno za osiguranje kvalitete i sigurnosti proizvoda. Ovaj će članak uvesti nekoliko najčešće korištenih metoda za otkrivanje zaostalog stresa i analizu njihovih prednosti, nedostataka i primjenjivih raspona.
1. Mehaničko ispitivanje
Mehanička metoda ispitivanja neizravni je pristup za procjenu zaostalog naprezanja mjerenjem malih promjena u dimenzijama objekta. Uobičajeni korišteni instrumenti uključuju mjerače za naprezanje, mikrometre i unutarnje kalipere mikrometra. Osnovni princip ove metode je da će, kada zaostalu stres postoji unutar materijala, njegove dimenzije (poput duljine, promjera itd.) Proći male promjene. Precizno mjerenjem ovih promjena i primjenom principa elastične mehanike može se procijeniti zaostali stres unutar materijala.
Prednosti:
Jednostavan rad i niski troškovi.
Zahtjevi za nisku opremu, što olakšava implementaciju.
Nedostaci:
Sposoban je otkriti samo zaostali stres na površini materijala, s lošom učinkovitošću za otkrivanje unutarnjih naprezanja.
Na točnost mjerenja utječu različiti čimbenici, poput odabira mjernih točaka i preciznosti mjernih instrumenata.
2.Metoda slijepe rupe
Metoda slijepe rupe je destruktivna tehnika ispitivanja koja uključuje bušenje male rupe na površini predmeta za oslobađanje naprezanja oko rupe. Zatim se zaostali napon zaključuje mjerenjem promjena naprezanja prije i nakon izvršene rupe. Ovu metodu predložio je njemački učenjak Mathar 1934. godine i od tada se razvio u relativno zrelu metodu za otkrivanje zaostalih stresa.
Prednosti:
Prikladno za mjerenje zaostalih polja naprezanja sa značajnim gradijentima.
Omogućuje visoku točnost mjerenja, posebno za mjerenje preostalih napona površine.
Nedostaci:
To je destruktivna metoda ispitivanja koja uzrokuje oštećenje objekta.
Proces mjerenja je složen i zahtijeva kvalificirane operatere i specijaliziranu opremu.
3. Metoda difrakcije rendgenskih zraka
Metoda difrakcije rendgenskih zraka koristi se za mjerenje zaostalog naprezanja primjenom fenomena difrakcije rendgenskih zraka u kristalnim materijalima. Kad su rendgenske zrake usmjerene na kristalni materijal, javlja se difrakcija, a kut difrakcije povezan je s kristalnim rešetkastim konstantama. Mjerenjem varijacije u difrakcijskim kutovima u različitim smjerovima može se zaključiti zaostali stres unutar materijala.
Prednosti:
Nerazorna ispitivanja, što znači da ne uzrokuje oštećenje objekta.
Pogodno za širok raspon čvrstih djela s visokom točnošću mjerenja.
Sposoban za testiranje pod različitim kutovima na istoj točki kako bi se otkrili učinci teksture.
Nedostaci:
Oprema je skupa, a operacija složena.
Postoji određena opasnost od zračenja za operatera, koja zahtijeva odgovarajuće sigurnosne mjere.
Metoda još uvijek nije u potpunosti zrela za materijale s velikim zrnama ili teksturiranim strukturama, poput aluminijskih legura i nehrđajućeg čelika.
4. Ultrazvučna metoda testiranja
Ultrazvučna metoda ispitivanja mjeri zaostali stres koristeći odnos između brzine širenja ultrazvuka i gustoće materijala. Kad ultrazvučni valovi putuju kroz materijal, na njihovu brzinu utječe gustoća materijala. Mjerenjem brzine i vremena širenja vala može se zaključiti zaostali stres unutar materijala.
Prednosti:
Nerazorna ispitivanja, što znači da ne uzrokuje oštećenje objekta.
Jednostavan rad i brzo mjerenje.
Prikladno za mjerenje naprezanja u velikom rasponu i u složenim strukturama.
Visoka točnost i osjetljivost.
Nedostaci:
Zahtijeva posebnu pripremu objekta, poput uklanjanja premaza.
Na rezultate mjerenja utječu različiti čimbenici, poput temperature i strukture materijala.
Relativno nova tehnologija, s nedovoljnom validacijom tržišta.
Metoda kemijske analize
Metoda kemijske analize procjenjuje zaostali stres mjerenjem promjena u kemijskom sastavu i mikrostrukturi materijala. Ova metoda uključuje kemijsko liječenje i analizu materijala, a mjerenjem promjena u kemijskom sastavu može se zaključiti zaostali stres.
Prednosti:
Pruža detaljne unutarnje informacije, uključujući kemijski sastav i mikrostrukturu.
Visoka točnost mjerenja.
Nedostaci:
Visoki troškovi i složeni rad.
Zahtijeva destruktivno kemijsko obradu materijala.
Nije prikladno za sve vrste materijala.
6. Metoda ispitivanja magnetske memorije
Metoda ispitivanja magnetske memorije otkriva zaostali stres koristeći nepovratnu preusmjeravanje metalne strukture magnetske domene u područjima koncentriranim na stres, fenomen poznat kao učinak "magnetske memorije". Kad se metal podvrgne stresu, njegove će magnetske domene preusmjeriti. Ova preusmjeravanje ostaje čak i nakon oslobađanja stresa, tvoreći "magnetsku memoriju". Mjerom ovog učinka "magnetske memorije" može se zaključiti zaostali stres unutar materijala.
Prednosti:
Nerazorna ispitivanja, što znači da ne uzrokuje oštećenje objekta.
Jednostavan rad, pogodan za testiranje na licu mjesta.
Nedostaci:
Na točnost mjerenja utječu različiti čimbenici, poput smetnji temperature i magnetskog polja.
Primjenjivo samo na feromagnetske materijale; Nije pogodno za ne-ferromagnetske materijale.
7.Metoda infracrvene termografije
Metoda infracrvene termografije otkriva zaostali stres koristeći toplinske učinke nastale unutar materijala pod naponom. Kad se objekt podvrgne stresu, male količine topline generiraju se interno. Te se temperaturne promjene mogu izmjeriti i analizirati infracrvenom toplinskom kamerom. Mjerenjem i analizom ovih temperaturnih varijacija može se zaključiti zaostali stres unutar materijala.
Prednosti:
Nekontaktno testiranje, što znači da ne uzrokuje oštećenje objekta.
Pogodno za mjerenje naprezanja na velikim područjima i u složenim strukturama.
Nedostaci:
Na točnost mjerenja utječu različiti čimbenici, poput temperature okoliša i površinske emisivnosti materijala.
Skupa oprema i složen rad.
Zaključak
Postoje različite metode za otkrivanje zaostalog stresa, svaka s vlastitim jedinstvenim prednostima, nedostacima i primjenjivosti. U praktičnim primjenama potrebno je sveobuhvatno razmotriti čimbenike kao što su vrsta materijala, veličina, oblik, karakteristike raspodjele stresa i zahtjevi ispitivanja objekta koji se testira kako bi se odabrala odgovarajuća metoda otkrivanja. Uz kontinuirano napredovanje tehnologije, i dalje se pojavljuju nove metode otkrivanja naprezanja, poput onih koje se temelje na tehnologiji optičke senzore i tehnikama prepoznavanja slike. Ove nove metode pružaju svježe ideje i alate za otkrivanje zaostalog stresa.
Ubuduće će se otkrivanje zaostalog stresa sve više usredotočiti na nerazorno testiranje, visoku preciznost, nadzor u stvarnom vremenu i inteligenciju. Ovi će trendovi ponuditi točnije i pouzdanije metode otkrivanja industrijske proizvodnje i znanstvenih istraživanja.
