Un sensor de grietas por fatiga electroquímica ( EFCS ) es un tipo de método de prueba dinámica no destructiva electroquímica de bajo costo que se utiliza principalmente en las industrias aeroespacial y de infraestructura de transporte . El método se utiliza para localizar defectos superficiales y ligeramente subsuperficiales en todos los materiales metálicos. [1] En estructuras de puentes, EFCS se utiliza en áreas conocidas como susceptibles a la fatiga, como vigas remates de ángulos agudos, uniones de largueros a vigas y puntas de soldaduras. Esta prueba dinámica puede ser una forma de monitoreo a corto o largo plazo, siempre que la estructura esté sometida a cargas cíclicas dinámicas.
En 1992, el Dr. Campbell Laird y el Dr. Yuanfeng Li inventaron el EFS™. El EFS™ se basa en un método de prueba eléctrica patentado [2] [3] , que monitorea el flujo de corriente en la superficie de un metal mientras se flexiona mecánicamente. La corriente de salida se asemeja al patrón de un electrocardiograma del corazón y puede interpretarse para indicar el grado de fatiga, así como la presencia de grietas en sus primeras etapas de desarrollo. La tecnología detrás de EFS fue ideada por investigadores de la Fuerza Aérea de EE. UU. y la Universidad de Pensilvania para su uso en la industria aeroespacial. La investigación original tenía como objetivo desarrollar una tecnología para detectar grietas problemáticas en estructuras y motores de aviones. Desde entonces, la investigación y el desarrollo adicionales han dado como resultado la adaptación del sistema EFS para la inspección de puentes de acero. [4]
El sensor de fatiga electroquímica (EFS) es una tecnología de inspección dinámica de grietas no destructiva, similar en concepto a un electrocardiograma médico , que se utiliza para determinar si hay grietas por fatiga en crecimiento activo. Primero se aplica un sensor EFS a la ubicación sensible a la fatiga en el puente o estructura metálica y luego se inyecta un electrolito , momento en el cual se aplica un pequeño voltaje. Posteriormente, el sistema monitorea los cambios en la respuesta actual que resulta de la exposición del acero fresco durante la propagación de la grieta. El sistema EFS consta de un electrolito, una matriz de sensores y un potenciostato modificado llamado enlace de datos del potenciostato (PDL) para aplicar un voltaje de polarización constante entre el puente y el sensor, así como un software de análisis y recopilación de datos. [ cita necesaria ]
La respuesta actual del conjunto de sensores, que consta de un sensor de medición de grietas y un sensor de referencia, se recopila, analiza y compara con el software del sistema. Los datos se presentan tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencia. Un algoritmo, escrito específicamente para este sistema, indica automáticamente el nivel de actividad de grietas por fatiga en el lugar de inspección. EFS puede detectar grietas en el campo tan pequeñas como 0,01 pulgadas en una estructura real (demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista). [ cita necesaria ]
La investigación original del EFS tenía como objetivo desarrollar una tecnología para detectar grietas problemáticas en estructuras de aviones y motores. [5]
El grado 5, también conocido como Ti6Al4V, Ti-6Al-4V o Ti 6-4, es la aleación de titanio más utilizada en la industria aeroespacial, como las bielas de los motores de combustión interna . Presenta una composición química de 6% de aluminio , 4% de vanadio , 0,25% (máximo) de hierro , 0,2% (máximo) de oxígeno y el resto de titanio. y la porción restante de titanio. En particular, el Grado 5 es considerablemente más resistente que el titanio comercialmente puro, aunque comparte la misma rigidez y propiedades térmicas (excluyendo la conductividad térmica , que es aproximadamente un 60 % menor en el Grado 5 Ti que en el CP Ti). Una de sus ventajas destacables es su tratabilidad térmica . Este grado exhibe una combinación excepcional de fuerza, resistencia a la corrosión , soldabilidad y fabricabilidad. Normalmente, encuentra aplicación en usos con temperaturas de hasta 400 grados Celsius.
(El grado 5 tiene una densidad de aproximadamente 4420 kg/m3, un módulo de Young de 110 GPa y una resistencia a la tracción de 1000 MPa. En comparación, el acero inoxidable recocido tipo 316 tiene una densidad de 8000 kg/m3, un módulo de 193 GPa y una resistencia a la tracción). resistencia de sólo 570 MPa y la aleación de aluminio templado 6061 tiene una densidad de 2700 kg/m3, un módulo de 69 GPa y una resistencia a la tracción de 310 MPa). EFS detecta grietas crecientes en acero, aluminio, aleaciones de titanio y otros metales.
A continuación se detallan los pasos principales para utilizar sensores de fatiga electroquímica en un puente:
1. Identificación de Áreas Críticas:
2. Instalación de Sensores:
3. Aplicar una corriente constante:
4. Monitoreo:
5. Interpretación de los Datos: