Benutzer:Mocha c jp/Ultrasonic impact treatment

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Die Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT) ist eine metallurgische Verarbeitungstechnik, ähnlich der Kaltverfestigung, bei der Ultraschallenergie auf ein Metallobjekt angewendet wird. Diese Technik ist Teil der Hochfrequenz-Mechanischen-Impakt (HFMI) -Prozesse. Andere Akronyme sind auch gleichwertig: Ultraschall-Nadel-Strahlen (UNP), Ultraschall-Strahlen (UP). Die Ultraschall-Impaktbehandlung kann zu kontrollierten Restkompressionsbelastungen, Kornverfeinerung und Korngrößenreduzierung führen. Nieder- und Hochzyklus-Ermüdungsverhalten werden verbessert und haben sich als bis zu zehnmal höher als bei Nicht-UIT-Proben dokumentiert.

Theorie

In UIT werden Ultraschallwellen von einem elektromechanischen Ultraschallwandler erzeugt und auf ein Werkstück aufgebracht. Ein akustisch abgestimmter Resonanzstab wird durch das Energiezufuhr durch einen magneto-striktiven oder piezoelektrischen Ultraschallwandler in Schwingung versetzt. Die Energie, die durch diese Hochfrequenzimpulse erzeugt wird, wird durch den Kontakt von speziell konstruierten Stahlnadeln auf die bearbeitete Oberfläche übertragen. Diese Übertragungsnadeln können axial zwischen dem Resonanzkörper und der bearbeiteten Oberfläche frei bewegt werden.

Wenn das Werkzeug, bestehend aus dem Ultraschallwandler, Nadeln und anderen Komponenten, mit dem Werkstück in Kontakt kommt, koppelt es sich akustisch mit dem Werkstück und erzeugt harmonische Resonanz. Diese harmonische Resonanz wird bei einer sorgfältig kalibrierten Frequenz durchgeführt, auf die Metalle sehr positiv reagieren, was zu einer Verbesserung der Restspannung, der Spannungsentlastung und der Kornstruktur führt.

Je nach gewünschter Wirkung der Behandlung wird eine Kombination aus verschiedenen Frequenzen und Verschiebungsamplituden angewendet. Abhängig vom Werkzeug und dem Originalausrüstungshersteller liegen diese Frequenzen zwischen 15 und 55 kHz, mit einer Verschiebungsamplitude des Resonanzkörpers von zwischen Vorlage:Convert.

Anwendung

UIT ist hochgradig steuerbar. Durch die Integration eines programmierbaren Logik-Controllers (PLC) oder eines digitalen Ultraschallgenerators können Frequenz und Amplitude von UIT einfach eingestellt und aufrechterhalten werden, wodurch ein erheblicher Teil der Betreiberabhängigkeit beseitigt wird. UIT kann auch mechanisch gesteuert werden, was eine Wiederholbarkeit der Ergebnisse von einer Anwendung zur nächsten ermöglicht. Beispiele für die mechanische Steuerung bei UIT sind:

• CNC-Fräsmaschinen
• Drehmaschinen
• Robotersteuerung
• Schweißtraktoren

Mit diesen Arten von kontrollierten Anwendungen ist die Oberflächengüte des Werkstücks sehr gut kontrollierbar.

Für viele Anwendungen wird UIT am effektivsten von Hand eingesetzt. Die hohe Portabilität des UIT-Systems ermöglicht Reisen zu abgelegenen Orten und schwer zugänglichen Orten. Die Flexibilität, die durch Variationen in der Werkzeugkonfiguration (wie z. B. Winkel-Peen-Kopf) ermöglicht wird, gewährleistet, dass der Zugang zu sehr engen Stellen möglich ist.

Die Wirksamkeit von UIT wurde unter anderem an folgenden Metallen veranschaulicht:

• Aluminium (einschließlich sensibilisiertem Aluminium)
• Bronze
• Kobaltlegierungen
• Nickellegierungen
• Stählen
  • Kohlenstoffstahl
  • Edelstahl
  • Hochfester Niedriglegierter Stahl
  • Manganstahl
• Titan

Geschichte

UIT wurde ursprünglich im Jahr 1972 entwickelt und seitdem von einem Team russischer Wissenschaftler unter der Leitung von Dr. Efim Statnikov perfektioniert. Ursprünglich entwickelt und eingesetzt, um die Ermüdungs- und Korrosionseigenschaften von Schiff- und U-Boot-Strukturen zu verbessern, wurde UIT in der Luft- und Raumfahrt, im Bergbau, bei Offshore-Bohrungen, im Schiffbau, im Infrastrukturbau, in der Automobilindustrie, bei der Energieproduktion und in anderen Branchen eingesetzt. Heutzutage existieren verschiedene industrielle Lösungen, die weltweit von einer begrenzten Anzahl von Original Equipment Manufacturers vermarktet werden.

Praktische Anwendungen

UIT ermöglicht die Lebensdauerverlängerung von Stahlbrücken. Diese Technik wurde in zahlreichen US-Bundesstaaten sowie anderen Ländern eingesetzt. Das Ergebnis ist eine erheblich reduzierte Infrastrukturkosten. UIT wurde von AASHTO für diesen Zweck zertifiziert.

Die Verwendung von UIT an Schaufelradbaggern und anderen schweren Geräten in der Bergbauindustrie hat zu einer erhöhten Produktion und einer Verringerung von Ausfallzeiten und Wartungskosten geführt.

UIT wird in verschiedenen Industrien für Antriebs- und Kurbelwellen eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass UIT die Wellenlebensdauer um mehr als das Dreifache erhöht.

Die US Navy verwendet UIT, um Rissbereiche in bestimmten Aluminiumdecks zu behandeln. Ohne UIT führten Reparaturen von Rissen zu fast sofortigem Wiederaufbrechen. Mit UIT haben die Reparaturen gezeigt, dass sie über acht Monate lang ohne Risse halten.

Siehe auch

• Hochfrequenz-Impaktbehandlung
• Korrosionsermüdung
• Spannungsrisskorrosion
• Schweißen

Weiterführende Literatur

• Fisher, J.W., E.Sh. Statnikov, L. Tehini, Fatigue Strength Enhancement by Means of Weld Design Change and the Application of Ultrasonic Impact treatment, Proc. of Intl. Symp. On Steel Bridges, Chicago (2001).
• Haagensen, P.J., Weld Improvement Methods – Applications and Implementations in Design Codes, invited paper at the Conference on Fatigue of Welded Structures, Senlis, Paris, France, 12–14 June 1996.
• Prokopenko, G.I., T.A. Lyatun, Study of Surface Hardening Conditions by Means of Ultrasound, in: Physics and Chemistry of Material Processing, No. 3, p 91, 1977.
• Blaha, F., B.Langenecker.“Dehnung von Zink-Kristallen unter Ultraschalleinwirkung”, Zeitschrift die Naturwissenschaften, 20, 556, 1955.
• Konovalov, E.G., V.M. Drozdov, M.D. Tyavlovski, Dynamic Strength of Metals (in Russian), Nauka i Tekhnika, Minsk, 1969.
• Kazantsev, V.F., Basic Physics of Ultrasonic Action on Solid Body Processing (in Russian). Doctoral thesis, AKIN, Moscow, 1980, pp. 12–44.
• Statnikov, E.S., Development and Study of Ultrasonic Specific-purpose Devices, Thesis, Academician N.N. Andreyev Acoustic Institute, Academy of Sciences of the USSR, 1982.
• Severdenko, V.P., E.G. Konovalov, E.Sh. Statnikov et al., Study of Mechanical Properties of New Materials under Ultrasonic Oscillations, Report # 21-971, FTI Acad. Nauk of BSSR,Minsk (1966).
• Statnikov, E.Sh., Activation of Deformation Process under Ultrasonic Effect,. Scientific and Technical Conference “XXX Lomonosov Readings”, Sevmashvtuz, Severodvinsk (2001).

IIW PUBLICATIONS:

• Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Verbindungen bei zyklischer Kompression. 47. Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes. IIW Doc. XIII-1569-94, Peking, 1994. Y. Kudryavtzev, V.I. Tryufyakov, P.P. Mikheev, E. S. Statnikov.
• Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Verbindungen (in hochfesten Stählen und Aluminiumlegierungen) mittels Ultraschall-Hammerpeening. 48. Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes. IIW Doc. XIII-1594-95, Stockholm, 1995. J.J. Janosch, H. Koneczny, S. Debiez, E. S. Statnikov, V.I. Tryufyakov, P.P. Mikheev.
• Ultraschall-Impaktbehandlung von geschweißten Verbindungen. 48. Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes. IIW Doc. XIII-1609-95, Stockholm, 1995. V.I. Trufyakov, P.P. Mikheev, Yu. Kudryavtzev, E. S. Statnikov.
• Spezifikation für die Verbesserung der Schweißnahtkante mittels Ultraschall-Impaktbehandlung. 49. Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes. IIW Doc. XIII-1617-96, Budapest, 1996. E. S. Statnikov, V.I. Trufyakov, P.P. Mikheev Yu. Kudryavtzev.
• Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT) von geschweißten Verbindungen. 49. Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes, Budapest, 1996., E. S. Statnikov.
• Anwendungen der betrieblichen Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT)-Technologie in der Produktion von geschweißten Verbindungen. 50. Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes. IIW Doc. XIII-1667-97, San Francisco, 1997. E.S. Statnikov.
• Vergleich der Effizienz und Verarbeitbarkeit von Verformungsmethoden nach dem Schweißen zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Verbindungen. 50. Jahrestagung des Internationalen Schweißverbandes. IIW Doc. XIII-1668-97, San Francisco, 1997. E. S. Statnikov.
• Die Effizienz der Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT) zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten Verbindungen. 51. Jahresversammlung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-1745-98, Hamburg, 1998. V.I. Troufyakov, E.S. Statnikov, P.P. Mikheev, A.Z. Kuzmenko.
• inführende Ermüdungsversuche an geschweißten Verbindungen aus hochfestem Stahl und Aluminium, die mit verschiedenen Verbesserungsmethoden behandelt wurden, einschließlich der Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT). 51. *Jahresversammlung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-1748-98, Hamburg, 1998. P.J. Haagensen, E.S. Statnikov, L. Lopez-Martinez.
• Reparatur von Ermüdungsrissen. Arbeitsgruppe 5. 51. Jahresversammlung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-WG5-18-98, Hamburg, 1998. E.S. Statnikov, L. Kelner, J. Baker, H. Croft, V.I. Dvoretsky, V.O. Muktepavel.
• Leitfaden für die Anwendung der Ultraschall-Impaktbehandlung zur Verbesserung der Ermüdungslebensdauer von geschweißten Strukturen. 52. Jahresversammlung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-1757-99, Lissabon, 1999. E.S. Statnikov.
• Vergleich der Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT) und anderer Methoden zur Verbesserung der Ermüdungslebensdauer. 53. Jahresversammlung des Internationalen Schweißinstituts. IIW-Doc. XIII-1817-00, Florenz, 2000. E.S. Statnikov, V.O. Muktepavel, A. Blomqvist.
• Reparatur von ermüdungsgeschweißten Strukturen - Fallstudie zur Reparatur. Arbeitsgruppe 5. 54. Jahresversammlung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-WG5-1873-01, Slowenien, 2001. E.S. Statnikov, L. Tehini.
• Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von Brückenbalken durch Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT). 55. Jahresversammlung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc.XIII-1916-02, Kopenhagen, 2002. J.W. Fisher, E.S. Statnikov, L. Tehini.
• Vergleich der Verbesserung der Korrosionsermüdungsfestigkeit von geschweißten Marine-Cu-3-Grad-Bronze-Propellern durch Ultraschall-Impaktbehandlung (UIT) oder Wärmebehandlung. 56. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW. Doc. XIII-1964-03, Bukarest, 2003. E.S. Statnikov, V.O. Muktepavel, V.N. Vityazev, V.I. Trufyakov, V.S. Kovalchuk, P. Haagensen.
• Der Einfluss der Ultraschall-Impaktbehandlung auf das Ermüdungsverhalten von geschweißten Verbindungen in hochfestem Stahl. 56. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts, IIW-Dok. XIII-1976-03, Bukarest, 2003. André Galtier, E.S. Statnikov.
• Ermüdungsfestigkeit einer Längsbefestigung verbessert durch Ultraschall-Impaktbehandlung. 56. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW. Doc. XIII-1990-03, Bukarest, 2003. Veli-Matti Lihavainen, Gary Marquis, E.S. Statnikov.
• Physik und Mechanismus der Ultraschall-Impaktbehandlung. 57. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2004-04, Osaka, 2004, E. S. Statnikov.
• Vergleich der Effizienz von 27, 36 und 44 kHz UIT-Werkzeugen. 57. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2005, Osaka, 2004. E.S. Statnikov, V.N. Vityazev, O.V. Korolkov.
• Verbesserung von Qualität und Zuverlässigkeit von Strukturen durch UIT Esonix. 58. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2049-05, Prag, 2005. E. S. Statnikov.
• Ultraschall-Impaktbehandlung versus Ultraschall-Peening. 58. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2050-05. Prag, 2005. E. S. Statnikov.
• Physik und Mechanismus von Ultraschall-Impakt. 59. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2096-06, Quebec, 2006. E. S. Statnikov, O.V. Korolkov, V.N.Vityazev.
• Zur Bewertung der Wirkung von Ultraschall-Impaktbehandlung auf Ermüdung (Diskussion einiger experimenteller Ergebnisse). 59. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2097-06, Quebec, 2006. E. S. Statnikov, V.Y. Korostel.
• Entwicklung von Esonix Ultraschall-Impaktbehandlungstechniken. 59. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2098-06, Quebec, 2006. E.S. Statnikov, V.Y. Korostel, N.Vekshin, G. Marquis.
• Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit von dünnen Edelstahlproben durch UIT. 59. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2104-06, Quebec, 2006. L. Huhtala, V-M Lihavainen, G. Marquis, E. S. Statnikov, V.Y. Korostel, S.J. Maddox.
• Über die Verwendung von Ultraschall zur Beschleunigung von Ermüdungsversuchen. 59. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2106-06, Quebec, 2006. E.S. Statnikov, V.Y. Korostel.
• UIT-Anwendung zur Kompensation von Winkeldistorsionen bei geschweißten T-Verbindungen. 59. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2107-06, Quebec, 2006. E.S. Statnikov, V.Y. Korostel, W. Fricke.

Über die Identifizierung in UIT-Vorbereitungen für den Vergleichstest und die Feldanwendung. 60. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2180-07, Dubrovnik, 2007. E.S. Statnikov, V.Y. Korostel, A.D. Manelik.

• Die Verwendung von Ultraschall zur Beschleunigung von Ermüdungsversuchen bei der Bewertung der UIT-Effektivität. 60. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. XIII-2182-07, Dubrovnik, 2007. E.S. Statnikov, V.Y. Korostel.
• UIT-Anwendung zur Kompensation von Winkeldistorsionen bei geschweißten T-Verbindungen. 60. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts. IIW Doc. X-1603-07, Dubrovnik, 2007. E.S. Statnikov, Wolfgang Fricke.
• Erfindung der Ultraschall-Impakt-Technologie und ihrer Auswirkungen auf die Industrie. 63. Jahrestagung des Internationalen Schweißinstituts, IIW Doc. XIII-2320-10, Istanbul, 2010. L. Kelner, D. Sharman.

== Externe Links ==
*http://www.appliedultrasonics.com/pdf/pdf8.pdf
*http://www.appliedultrasonics.com/pdf/pdf2.pdf
*http://www.sonats-et.com/page_23-needle-peening.html

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