Ультразвуковое усталостное испытание на частоте 20 кГц: компания Hangzhou Hangchao Technology Co., Ltd. совместно с Институтом механики Китайской академии наук установила новый рекорд предельного срока службы металлов

Перенос лаборатории в промышленное цеховое помещение. Недавно профессор Пан Сяннань из Института механики при Китайской академии наук возглавил свою исследовательскую группу в поездке в компанию Hangzhou Hangchao Technology Co., Ltd. для проведения серии ультразвуковых и сверхвысокочастотных испытаний металлов на усталость. Без каких-либо торжественных церемоний подписания соглашения — лишь развернутый испытательный стенд и алюминиевые коробки, заполненные образцами, — началось это сотрудничество, направленное на «перенос лаборатории непосредственно на производственную линию».

02 «Трио» на испытательном стенде: вибрационный изгиб, изгиб по трём точкам и растяжение

Под руководством Пан Сяннань техники вначале вызвали в образце «танцующее» движение: ультразвуковые волны высокой частоты многократно отражались внутри образца, механические резонансные волны точно усиливались, что приводило к мгновенному увеличению амплитуды напряжения и значительно ускоряло зарождение и распространение усталостных трещин.

Затем начался этап «изгиба по трём точкам». Чтобы воспроизвести условия эксплуатации клапанных пластин компрессоров кондиционеров, команда разместила образец между двумя роликами и нагружающей головкой и подвергала его повторяющимся циклам изгиба по трём точкам до появления разрушения. Профессор Пан тщательно скорректировал форму нагрузочного сигнала, чтобы точно зафиксировать критическое количество циклов изгиба.

Наконец, был проведён испытательный тест на вытягивание. Воздушный компрессор непрерывно подавал холодный воздух, в то время как образец зажимался в специальном приспособлении и подвергался возвратно-поступательным растягивающим усилиям. Каждое движение «перетягивания каната» сопровождалось чёткими ультразвуковыми эхосигналами по мере постепенного появления трещин на поверхности, а кривая S–N на экране данных соответственно возрастала.

Успешное завершение этого эксперимента высокой плотности стало возможным благодаря разработанной компанией ультразвуковой машине для испытаний на усталость третьего поколения, обладающей многофункциональными возможностями.

Её ключевые особенности включают три основных элемента:

1) Ультравысокая частота 20 кГц — значительно превышающая диапазон 1 Гц традиционных машин для испытаний на усталость и сокращающая цикл распространения трещин до миллисекундного уровня;

2) Широкая полоса пропускания, высокая выходная мощность и высокая точность — одно и то же устройство может переключаться между различными режимами нагружения, такими как осевое растяжение/сжатие, изгиб по трёхточечной схеме и вибрационный изгиб;

3) Вспомогательный модуль оптимизированного проектирования, позволяющий за один клик подобрать размер образца, способ зажима и резонансную частоту, что значительно снижает затраты, связанные с пробами и ошибками. Во время работы Пан Сяннань неоднократно выдвигал конкретные пожелания, например: «Можно ли ускорить процесс?» и «Можно ли сделать форму сигнала более чёткой?». Техническая команда Цзячжэнь скорректировала параметры в течение ночи и завершила их оптимизацию к началу следующего утра, обеспечив бесперебойный темп экспериментов без ограничений со стороны оборудования.

Оборудование, произведенное внутри страны, получило высокую оценку экспертов. По мере приближения завершения эксперимента Пан Сяннань вынес редкое «высокое одобрение», заявив, что «его функциональность и масштабируемость в полной мере превосходят аналогичное импортное оборудование той же ценовой категории». Он немедленно принял решение о том, что в последующих проектах будет отдаваться предпочтение закупке ультразвуковых машин для испытаний на усталость отечественного производства, и порекомендовал Цзячжэнь доставить оборудование в Институт механики для дальнейшей академической верификации. Заявление «масштаб сотрудничества будет расширен незамедлительно» согрело сердца всех присутствующих: технологическая реализация более не оставалась лишь идеалом, изложенным в научных статьях, а превратилась в конкретный заказ на производственных линиях.

Усиление трещин для получения данных о ресурсе. После завершения испытаний на разрушение последнего набора образцов Пан Сяннань сохранил фотографии изломов на USB-накопителе и передал Цзячжэнь черновой вариант отчёта по эксперименту. В отчёте не было ни одного цветистого выражения — только чёткая кривая усталостной прочности S–N и краткая записка: «Распространение трещины от момента её зарождения до сквозного прорыва потребовало всего 3,2×10⁵ циклов, что на 28 % ниже среднего показателя в отрасли». Эти цифры стали самым убедительным свидетельством данного межведомственного сотрудничества.