As propriedades de fadiga dos detalhes soldados são comumente determinadas em amostras de pequena escala, que podem ser testadas eficientemente. O teste consiste na aplicação de uma carga cíclica. Eventualmente, uma rachadura microscópica será iniciada.
A rachadura crescerá e se propagará através do espécime. O teste é executado até que a amostra desapareça. O resultado do teste é o número de ciclos de carga até a falha para o nível de carga do tubo.
Este achado de fracasso é geralmente bastante óbvio, mas como a iniciação da rachadura pode ser determinada? Uma abordagem experimental utilizando correlação de imagem digital é apresentada a seguir. As amostras utilizadas no teste a seguir contêm uma multicamadas entre uma placa de 10 mm e uma placa de 25 mm.
Os espécimes são feitos de aço estrutural em 355. Na fadiga espera-se que as rachaduras de carregamento se formem no orifício de solda na placa de 10mm. Para a correlação de imagem digital é aplicado um padrão de manchas na superfície do espécime.
Depois que a solda e a área circundante foram limpas de qualquer sujeira ou óleo, o padrão é aplicado usando tinta spray. As manchas são obtidas por camadas alternadas de tinta branca e preta. O bocal é mantido a alguma distância do espécime para que o spray forme manchas finas e não uma camada próxima de tinta.
As manchas devem ser as mais finas possível em uma magnitude de 0,1 mm. Os testes são executados em uma máquina de teste de ressonância newton de 200 quilos. Nesta configuração, as câmeras para a correlação de imagem digital são colocadas acima do espécime.
É crucial definir adequadamente o foco e a abertura das lentes da câmera. Para permitir curtos tempos de exposição, é preciso fornecer iluminação suficiente. Quatro luzes LED foram posicionadas perto do espécime.
Para reduzir as reflexões, foram aplicados filtros de polarização nas luzes e câmeras. Os testes são executados a uma frequência de carregamento de 34 Hz, resultando em um período de cerca de 29 milissegundos para cada ciclo de carga. O tempo de exposição das câmeras deve ser uma pequena fração suficiente deste período de carga.
Para a configuração utilizada, um tempo de exposição de 0,8 milissegundos provou ser adequado. As câmeras são acionadas pelo sinal de força da máquina de testes. Para compensar o atraso entre o sinal de gatilho e a aquisição de imagem real, pode ser necessário definir o gatilho um pouco antes do pico do sinal de carga.
O primeiro ciclo de carga é aplicado estaticamente. Na carga máxima é tirada uma imagem da solda. O teste de fadiga real para carregamento cíclico é então iniciado.
As imagens são filmadas em intervalos predefinidos de ciclos de carga desencadeados pelo sinal de força da máquina de teste sem interromper o teste. O intervalo deve ser escolhido para obter cerca de 100 a 200 imagens durante a duração do teste. Isso deve ser suficiente para determinar a iniciação da rachadura com a precisão necessária, evitando a aquisição excessiva de dados.
A geração de marcas de praia é opcional. É aplicado aqui para verificar o comprimento da rachadura detectado pela correlação de imagem digital. Os períodos são uma faixa de carga reduzida e introduzidos periodicamente durante a duração do teste de fadiga.
A diminuição da propagação da rachadura durante esses intervalos torna-se visível em termos de marcas semielípticas na superfície da rachadura após a conclusão do teste. Após o teste, a correlação de imagem digital é avaliada para calcular cepas na direção de carregamento da amostra. O procedimento exato dependerá do software aplicado.
Para calcular as cepas, a imagem do primeiro ciclo de carga estática é usada como referência, onde todas as cepas calculadas para as imagens sucessivas serão relativas. O alcance do gráfico de controle é adaptado para suprimir possíveis ruídos e formação de crack de evidências. Em seguida, passe pelas imagens adquiridas durante a duração do teste.
Eventualmente, a tensão no orifício da solda começará a aumentar, indicando que outra rachadura está se formando. Iniciação técnica ou microscópica de crack, enquanto a restrição presumida excedeu 1% de um comprimento de 2mm. Na condição soldada este espécime contém tensões residuais de tração no meio da amostra, e compressivas nas bordas.
Espera-se, portanto, que a rachadura comece perto da linha central do espécime. Neste ponto, uma rachadura microscópica se formou. Para validar o comprimento observado da rachadura, os resultados são comparados com as marcas de praia geradas durante o teste.
O crescimento da rachadura está visivelmente desacelerado durante a formação das marcas da praia. Este espécime foi aliviado pelo estresse após a soldagem. A iniciação do crack não é, portanto, influenciada por estresses residuais.
Várias rachaduras se formaram em diferentes locais ao longo da solda. Eles cresceram como indicado pelas marcas da praia e eventualmente unificados. O procedimento apresentado utilizando correlação de imagem digital permite a iniciação técnica da rachadura e a propagação do monitor e do crack durante os testes de fadiga.
É aplicável em máquinas de teste de ressonância com frequências de alta carga, sem interromper o teste de execução. Adotado em amostras soldadas, permite cobrir toda a largura da amostra para detectar rachaduras iniciando no orifício da solda.
