Cómo Baowu Group resolvió el ensayo de fatiga de frecuencia variable con ElectroPuls™
Ante las nuevas demandas de ensayo derivadas del auge de los vehículos de nueva energía, el Instituto Central de Investigación de Baowu Group necesitaba una solución para ensayos de fatiga bajo amplitud, frecuencia y temperatura variables, condiciones que las máquinas servohidráulicas tradicionales y las de resonancia electromagnética no podían gestionar. El Instron ElectroPuls E10000 combinó capacidad de alta frecuencia con ensayos de amplitud variable programables en un sistema compacto y de bajo mantenimiento, proporcionando al equipo de Baowu una herramienta versátil para materiales que van desde el acero hasta plásticos ligeros.
Acerca de
Baosteel y WISCO, líderes de la industria siderúrgica de China, se fusionaron en septiembre de 2016 para formar Baowu Iron & Steel Group, ahora el mayor grupo siderúrgico de China. Baowu está llevando a cabo tres estrategias de transformación: del acero a los materiales, de la fabricación al servicio y de líder en China a líder en la industria siderúrgica mundial.
Ubicación
China
Sitio web
Para cumplir con sus tres estrategias de transformación, el Laboratorio de Mecánica del Instituto Central de Investigación (Centro Técnico) de Baowu ha realizado importantes esfuerzos en el campo de los materiales industriales, en particular los materiales de nueva energía, mediante la evaluación de propiedades mecánicas y el desarrollo de métodos de ensayo para materias primas de acero.
La investigación y el desarrollo de materiales y aplicaciones deben seguir el ritmo de las demandas del mundo real. Considere lo que ocurre cuando un vehículo acelera: el mecanismo de propulsión se acelera, alcanza una velocidad de funcionamiento estable, luego frena y desacelera. Este comportamiento cíclico expone los materiales a frecuencias de carga que pasan de alta a baja y a constante. Una aplicación típica es el acero utilizado en la maquinaria eléctrica de vehículos de nueva energía. Los ensayos de fatiga tradicionales que utilizan amplitud y frecuencia constantes ya no pueden abordar los desafíos técnicos que plantean estos materiales más nuevos: los cambios en el entorno, la velocidad, la amplitud y la frecuencia se han convertido en temas centrales en la investigación de materiales para automóviles de nueva energía.
«Los estudios de rendimiento mecánico a largo plazo de materiales bajo frecuencia y amplitud variables serán la tendencia futura», afirmó el Dr. Fang. «Sin embargo, en China todavía seguimos la norma de ensayo GB/T 15248-2008, Ensayo de fatiga de bajo ciclo de materiales metálicos bajo amplitud constante axial, que claramente no puede cumplir con los requisitos de ensayo de estos nuevos materiales. Ya existe una norma internacional, ISO 12110-1:2013, Materiales metálicos — Ensayo de fatiga — Ensayo de fatiga de amplitud variable — Parte 1: Principios generales, método de ensayo y requisitos de informe, para ensayar este tipo de material, pero aún no se ha publicado una norma china correspondiente».
Con el auge de los vehículos de nueva energía y el apoyo del gobierno chino, muchos fabricantes de vehículos conocidos, incluidos Tesla, Volkswagen y General Motors, ya han establecido sus propias normas de ensayo de fatiga de materiales. Nuevos conceptos como ensayos de amplitud variable, frecuencia variable y temperatura variable plantean nuevas demandas a los proveedores de materiales globales. Para proveedores de materiales como Baowu Steel, encontrar las soluciones de ensayo adecuadas rápidamente se ha convertido en un nuevo desafío apremiante.
«Las propiedades mecánicas a largo plazo de los materiales bajo frecuencias y amplitud variables serán una tendencia en el futuro. Para una máquina servohidráulica tradicional, su rango de frecuencia es demasiado pequeño, los costes de mantenimiento son elevados y hay mucho ruido mientras se ejecuta un ensayo. Si queremos ensayar la fatiga de aceros ultrafinos, las máquinas de ensayo de fatiga de alta frecuencia por resonancia electromagnética tradicionales también son difíciles de controlar. Ambos desafíos nos instan a encontrar nuevas soluciones».
Dr. Jian Fang
Ingeniero jefe de ensayos mecánicos, Instituto Central de Investigación, Baowu Group
Encontrar una nueva solución de ensayo
Dado que se trata de un desafío emergente, superar los métodos de ensayo tradicionales para encontrar soluciones eficientes es fundamental. Como técnico jefe, el Dr. Fang aporta una amplia experiencia en el ensayo de materiales metálicos y, en su opinión, aunque hay muchas formas de realizar ensayos de fatiga, pocos dispositivos pueden medir con precisión bajo amplitud, frecuencia y temperatura variables simultáneamente.
Las máquinas de ensayo de fatiga servohidráulicas se utilizan comúnmente para ensayos de fatiga de materiales bajo amplitud, frecuencia y temperatura variables, pero su capacidad de frecuencia se limita a solo unas pocas decenas de hercios, insuficiente para las necesidades de ensayo de alta frecuencia e ineficiente. Las máquinas de ensayo de fatiga de alta frecuencia por resonancia electromagnética pueden gestionar ensayos de alta frecuencia, pero carecen de la capacidad de ensayar bajo frecuencia y amplitud variables, un desafío particular al ensayar materiales ligeros.
«Por un lado, las máquinas de fatiga servohidráulicas tradicionales son ineficientes, ya que la estación de bombeo hidráulico es costosa de mantener y genera mucho ruido», explicó el Dr. Fang. «Por otro lado, las máquinas de ensayo de fatiga de alta frecuencia por resonancia electromagnética tradicionales son difíciles de controlar al realizar ensayos de fatiga en algunos aceros ultrafinos de grado de consumo. Estos desafíos nos impulsaron a encontrar nuevas soluciones para los ensayos de fatiga».
Las máquinas de ensayo de fatiga electrónicas dinámicas y estáticas cuestan poco de mantener y pueden ensayar bajo amplitud y frecuencia variables, combinando la capacidad de alta frecuencia de las máquinas de resonancia electromagnética con la amplitud y frecuencia variables programables de las máquinas de ensayo de fatiga de bajo ciclo. Esto las hace muy adecuadas para ensayos mecánicos de materiales ultrafinos y ligeros. También ocupan poco espacio, son fáciles de mantener y no requieren agua de refrigeración ni aceite hidráulico, funcionando en cambio con una fuente de alimentación monofásica con bajo consumo de energía. El Dr. Fang se sintió inmediatamente atraído por la máquina de ensayo electrónica dinámica y estática bien diseñada y versátil de Instron en una exposición del sector.
Ensayar para lo que viene, no solo para lo que se conoce
«Para los ensayos de fatiga tradicionales, a menudo elegíamos frecuencias lo más altas posible, esperando alcanzar el límite de fatiga en un período corto», afirmó el Dr. Fang. «Pero los ensayos de fatiga para nuevos materiales han cambiado: ahora tenemos curiosidad por saber qué sucederá con las propiedades de fatiga del acero bajo condiciones de amplitud variable o frecuencia variable».
«Todos estos ensayos se pueden realizar utilizando el Instron E10000, y los resultados han sido muy bien recibidos por nuestros clientes», afirmó el Dr. Fang. «Además de materiales metálicos, también utilizamos el E10000 para ensayar materiales ligeros de grado alimentario y plásticos. En resumen, desde ensayos estáticos de baja velocidad hasta ensayos dinámicos de bucle cerrado de alta frecuencia, la máquina de ensayo estática y dinámica ElectroPuls puede cumplir con todos nuestros requisitos de ensayo».
El Dr. Fang también destacó que una ventaja significativa de trabajar con Instron es que los accesorios se pueden compartir en toda la línea de productos: las células de carga, los dispositivos de fijación y los extensómetros se pueden configurar en la misma serie de instrumentos, ahorrando tiempo y coste a los clientes. «Por ejemplo, el extensómetro Instron AVE se puede utilizar en todo nuestro laboratorio, desde una máquina estática de 1 tonelada hasta una máquina dinámica de 25 toneladas», afirmó el Dr. Fang.
Aunque el Instron E10000 se había instalado y estaba en uso desde hacía menos de un año en el momento de redactar este documento, los técnicos de Baowu ya habían acumulado una experiencia significativa en ensayos de fatiga de amplitud y frecuencia variables utilizando el sistema. A medida que la industria de nueva energía continúa creciendo, se espera que las máquinas de ensayo estáticas y dinámicas ElectroPuls de Instron encuentren una gama aún más amplia de aplicaciones.
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