초음파 피로 시험 시스템은 금속 재료의 피로 특성을 측정하는 데 사용됨

제품 설명

산업 기술의 발전에 따라 많은 금속 부품의 설계 피로 수명이 점차 증가하고 있습니다. 금속 재료의 고주기 피로 거동은 연구의 주요 관심사가 되었습니다. 금속 피로는 기계, 차량 또는 구조물의 금속 부품이 반복적인 응력이나 하중으로 인해 약화되는 현상입니다. 초장수명과 초고신뢰성을 요구하는 현대 기계 장비 부품의 요구사항에 부응하기 위해 기존의 전통적인 피로 시험 기술은 현재의 요구를 충족시키지 못하고 있습니다.

당사에서 제작한 초음파 피로 시험기는 상온 상태에서 인장, 압축 또는 교번 인장-압축 하중 조건하에서 금속, 합금 재료 및 그 부품의 피로 특성, 피로 수명, 기존 균열 및 균열 진행을 측정하는 데 사용됩니다.

초음파 피로 시험은 가속 공진 기반의 피로 시험 방법으로, 시험 시간을 크게 단축시킬 수 있으며 항공기 엔진 블레이드의 초장수명 피로 시험에 유일하게 적용 가능한 해결책입니다.

초음파 피로 시험기는 당사가 정압 지지, 측정 및 제어, 센서, 응용 소프트웨어 등 4대 핵심 기술을 10년 이상 축적하고 계승하여 개발한 고급 시험 장비입니다. 반복적인 개선과 업그레이드를 통해 동적 시험에서의 변형률 제어, 동축 조정 측정, 피로 시험 데이터 수집 및 처리와 같은 핵심 기술 난제를 성공적으로 극복하였습니다. 본 장비는 적용 범위가 광범위하며, 제어 정확도가 높고, 적응성이 강하며, 시험 방법이 유연하고, 주파수 대역폭이 넓으며 복잡한 환경 조건을 시뮬레이션할 수 있는 특징을 가지고 있습니다. 동적 고주기 피로, 저주기 피로, 프로그램 피로뿐만 아니라 정적 일정 변형률 속도, 일정 하중 속도 및 다양한 일반 기계 물성 시험에도 폭넓게 사용됩니다. 고급 피로, 파단 등 다양한 시험 분야에서 요구하는 다른 재료 및 부품들의 요구사항을 충족시키며, 장기간에 걸쳐 안정적이고 신뢰성이 뛰어나 국내 기술 격차를 메우고 있습니다.

제품 상세

초음파 피로 시험기는 금속, 합금 및 부품이 상온 조건에서 인장, 압축 또는 교번 인장-압축 하중을 받을 때 피로 특성, 피로 수명, 사전 균열 생성 및 균열 진행을 결정하는 데 사용됩니다.
기계 부품의 극히 긴 수명과 초고신뢰성에 대한 현대적 요구사항을 충족하기 위해 전통적인 피로 시험 기술은 더 이상 충분하지 않습니다. 초음파 피로 시험은 공진 기반의 가속화된 피로 시험 방법으로 시험 시간을 크게 단축시키며 항공기 엔진 블레이드의 초장수명 피로 시험에 유일하게 실행 가능한 해결책입니다.

금속 피로 시험 수행의 중요성

1.금속 피로로 인해 비행기가 추락했습니다.

금속 피로로 인해 비행기가 추락했습니다

2018년 4월 17일, 뉴욕 라가디아 공항에서 댈러스 러브 필드 공항으로 향하던 1380편(보잉 737-700) 항공편에서 창문이 파손되고 엔진이 손상되는 사고가 발생했습니다.

엔진 No. 1의 13번째 팬 블레이드가 상실되었다. 증거는 블레이드가 파손된 부위에 금속 피로의 징후가 있음을 나타낸다. 사고 엔진의 팬 블레이드는 새로 설치된 이후 32,000회 이상의 엔진 사이클을 누적하였다. 피로 징후가 있는 파면(파단면)이다.

2. 금속 피로 시험의 중요성

항공우주용 가스터빈 엔진은 항공기 및 헬리콥터의 주요 동력 장치이며, 오랫동안 중국의 항공 산업 및 군사 장비 발전을 제약해 온 핵심 장비이다. 항공우주 엔진은 다중 로터를 갖춘 고속 회전 기계이며, 운전 조건이 극히 다양하다. 이들 엔진의 구성 부품, 특히 블레이드와 디스크는 매우 복잡한 진동 하중을 견뎌야 한다.

PW4084 엔진, 보잉 777 여객기에 장착됨

진동 하중으로 인한 재료 피로 문제는 항공 엔진의 고신뢰성과 장수명을 제한하는 주요 문제이며, 오랫동안 중국 항공 엔진의 연구 개발, 생산 및 안전 운용을 곤란하게 해 왔습니다.

추락한 항공기 및 엔진

3. 블레이드 피로 요인

고주기 피로(HCF) 및 초고주기 피로(VHCF)는 주로 다양한 공기역학적 및 기계적 원천에서 유발된 진동 응력에 의해 발생하며, 수천 헤르츠에 달하는 주파수를 가질 수 있습니다. 이는 팬 블레이드, 압축기 블레이드, 터빈 블레이드 또는 디스크, 덕트와 같은 엔진의 핵심 구성 요소에서 피로 파손을 유발할 수 있으며, 비행 사고로 이어질 수 있습니다.
--엔진 내부 유동 교란
--자가진동(플러터 및 버퍼링 유동 분리)
--유량 왜곡(압력)
--로터 불균형

초음파 피로 시험 원리

초음파 피로 시험은 시편에 가진 하중을 통해 기계적 공진파를 생성하는 가속화된 공진 기반의 피로 시험 방법입니다. 압전 소자 확장 원리를 기반으로 하여 고에너지 초음파 공진 기술을 활용하여 시험 주파수(20 kHz)가 일반적인 피로 시험 주파수보다 훨씬 높습니다. 실제 시험 시간 내에서 피로 데이터 및 한계 값을 도출할 수 있으며, 고주파 특성 덕분에 다양한 산업용 소재들의 고반복 주기 피로 한계를 신속하게 파악할 수 있습니다.

최신 기계 장비 부품의 초장수명 및 초고신뢰성 요구에 대응하기 위해 당사에서 개발한 제3세대 다기능 초음파 피로 시험기는 초음파 공진 원리를 기반으로 하여 시편에 고주파 진동 하중을 가해(초)고회피 피로 성능 시험을 수행합니다. 본 시험기는 넓은 작동 주파수 범위와 큰 출력 진폭, 높은 제어 정밀도 등의 특성을 가지며, 축 대칭 인장-압축, 변응력비 3점 굽힘, 진동 굽힘 등 다양한 형태의 금속 및 복합재료 초음파 피로 시험을 수행할 수 있습니다. 또한 축 방향 인장-압축, 3점 굽힘, 진동 굽힘 등 다양한 유형의 시편에 맞는 보조 최적 설계 소프트웨어도 제공됩니다.

초음파 피로 시험의 장점

저수준 하중을 포함하여 무작위 진폭 하중 조건을 수행할 수 있어 실제 공학적 조건에 더욱 근접하게 시뮬레이션할 수 있습니다.

컴퓨터로 설정된 파라미터와 제어를 실험에 적용함으로써 미세한 결함으로 인한 피로 파손을 간단하게 재현할 수 있습니다.

시험을 공진 상태에서 수행하기 때문에 높은 응력을 발생시킬 수 있으며, 최대 1000 MPa 강도의 강재까지 시험 가능합니다.

시험 장비에 요구되는 출력 전력이 매우 낮음(수십 와트에서 수백 와트 수준)으로 에너지를 절약하고 시험 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

공진 시 시편 양끝의 응력 수준이 매우 낮아 시편 고정이 간단하며, 한쪽 끝만 고정하면 되므로 취성 재료에 유리합니다.

20 kHz 반복 주파수에서 금속 재료의 피로 수명을 신속하게 평가하여 시험 시간을 수백 배에서 수천 배까지 단축할 수 있습니다.

예를 들어, 109 회의 피로 시험을 기준으로 했을 때, 서보-유압 피로시험기(20Hz)는 1.5년이 소요되며, 회전굽힘 시험기(50Hz)는 231일이 필요하다. 고주파 진동 시험대(300Hz)는 38.5일이 소요되며, 초음파 피로시험(20kHz)의 경우 단지 13.8시간만 필요로 한다.

초음파 피로시험 방법은 주로 적용 분야

항공우주, 고속철도, 자동차 및 발전소 분야에 주로 적용되며, 합금강, 알루미늄합금, 티타늄합금 등의 다양한 금속재료와 탄소섬유 복합재료의 초고회피 피로성능 시험을 수행한다. 기존의 피로시험방법과 비교했을 때 시험 시간을 90% 이상 단축시켜 시험 비용을 크게 절감할 수 있다.