วิธีที่ Baowu Group แก้ปัญหาการทดสอบความล้าแบบความถี่แปรผันด้วย ElectroPuls™
เมื่อต้องเผชิญกับความต้องการในการทดสอบใหม่ๆ จากการเติบโตของยานยนต์พลังงานใหม่ สถาบันวิจัยกลางของ Baowu Group จึงต้องการโซลูชันสำหรับการทดสอบความล้าภายใต้แอมพลิจูด ความถี่ และอุณหภูมิแบบแปรผัน ซึ่งเป็นสภาวะที่เครื่องทดสอบระบบเซอร์โวไฮดรอลิกและระบบเรโซแนนซ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมไม่สามารถรองรับได้ Instron ElectroPuls E10000 ได้รวมความสามารถในการทดสอบความถี่สูงเข้ากับการทดสอบแบบแอมพลิจูดแปรผันที่ตั้งโปรแกรมได้ไว้ในระบบที่มีขนาดกะทัดรัดและมีการบำรุงรักษาต่ำ ช่วยให้ทีมของ Baowu มีเครื่องมือที่อเนกประสงค์สำหรับวัสดุตั้งแต่เหล็กกล้าไปจนถึงพลาสติกน้ำหนักเบา
เกี่ยวกับ
Baosteel และ WISCO ซึ่งเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมเหล็กของจีน ได้ควบรวมกิจการกันในเดือนกันยายน 2016 เพื่อก่อตั้ง Baowu Iron & Steel Group ซึ่งปัจจุบันเป็นกลุ่มบริษัทเหล็กที่ใหญ่ที่สุดในจีน Baowu กำลังดำเนินกลยุทธ์การเปลี่ยนแปลงสามประการ ได้แก่ จากเหล็กสู่การเป็นวัสดุ จากการผลิตสู่การบริการ และจากการเป็นผู้นำในจีนสู่การเป็นผู้นำในอุตสาหกรรมเหล็กระดับโลก
สถานที่ตั้ง
จีน
เว็บไซต์
เพื่อให้สอดคล้องกับกลยุทธ์การเปลี่ยนแปลงทั้งสามประการ ห้องปฏิบัติการกลศาสตร์ของสถาบันวิจัยกลาง Baowu (ศูนย์เทคนิค) จึงได้ทุ่มเทความพยายามอย่างมากในด้านวัสดุอุตสาหกรรม โดยเฉพาะวัสดุพลังงานใหม่ ผ่านการประเมินคุณสมบัติทางกลและการพัฒนาวิธีการทดสอบสำหรับวัตถุดิบเหล็กกล้า
การวิจัยและพัฒนาวัสดุรวมถึงการประยุกต์ใช้งานต้องก้าวให้ทันกับความต้องการในโลกความเป็นจริง ลองพิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อยานยนต์เร่งความเร็ว: กลไกการขับเคลื่อนจะเร็วขึ้น จนถึงระดับการวิ่งที่เสถียร จากนั้นจึงเบรกและลดความเร็ว พฤติกรรมที่เป็นวงจรนี้ทำให้วัสดุต้องเผชิญกับความถี่ของภาระที่เปลี่ยนจากสูงไปต่ำและคงที่ การประยุกต์ใช้งานทั่วไปอย่างหนึ่งคือเหล็กที่ใช้ในเครื่องจักรไฟฟ้าของยานยนต์พลังงานใหม่ การทดสอบความล้าแบบดั้งเดิมที่ใช้แอมพลิจูดและความถี่คงที่ไม่สามารถตอบโจทย์ความท้าทายทางเทคนิคที่เกิดจากวัสดุรุ่นใหม่เหล่านี้ได้อีกต่อไป การเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม ความเร็ว แอมพลิจูด และความถี่ได้กลายเป็นหัวข้อหลักในการวิจัยวัสดุยานยนต์พลังงานใหม่
"การศึกษาประสิทธิภาพทางกลในระยะยาวของวัสดุภายใต้ความถี่และแอมพลิจูดแบบแปรผันจะเป็นแนวโน้มในอนาคต" ดร. Fang กล่าว "อย่างไรก็ตาม ในประเทศจีน เรายังคงปฏิบัติตามมาตรฐานการทดสอบ GB/T 15248-2008 การทดสอบความล้าแบบรอบต่ำของวัสดุโลหะภายใต้แอมพลิจูดคงที่ในแนวแกน ซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการทดสอบวัสดุใหม่เหล่านี้ได้ ปัจจุบันมีมาตรฐานสากลแล้ว คือ ISO 12110-1:2013 วัสดุโลหะ — การทดสอบความล้า — การทดสอบความล้าแบบแอมพลิจูดแปรผัน — ส่วนที่ 1: หลักการทั่วไป วิธีการทดสอบ และข้อกำหนดในการรายงาน สำหรับการทดสอบวัสดุประเภทนี้ แต่มาตรฐานของจีนที่สอดคล้องกันยังไม่ได้มีการประกาศใช้"
ด้วยการเติบโตของยานยนต์พลังงานใหม่และการสนับสนุนจากรัฐบาลจีน ผู้ผลิตยานยนต์ที่มีชื่อเสียงหลายราย รวมถึง Tesla, Volkswagen และ General Motors ได้กำหนดมาตรฐานการทดสอบความล้าของวัสดุของตนเองขึ้นมาแล้ว แนวคิดใหม่ๆ เช่น การทดสอบแอมพลิจูดแปรผัน ความถี่แปรผัน และอุณหภูมิแปรผัน ทำให้เกิดความต้องการใหม่ๆ ต่อซัพพลายเออร์วัสดุทั่วโลก สำหรับซัพพลายเออร์วัสดุรวมถึง Baowu Steel การค้นหาโซลูชันการทดสอบที่เหมาะสมอย่างรวดเร็วจึงกลายเป็นความท้าทายใหม่ที่เร่งด่วน
"คุณสมบัติทางกลในระยะยาวของวัสดุภายใต้ความถี่และแอมพลิจูดแบบแปรผันจะเป็นแนวโน้มในอนาคต สำหรับเครื่องระบบเซอร์โวไฮดรอลิกแบบดั้งเดิม ช่วงความถี่นั้นแคบเกินไป ค่าบำรุงรักษาสูง และมีเสียงรบกวนมากในขณะทำการทดสอบ หากเราต้องการทดสอบความล้าของเหล็กกล้าที่มีความบางเป็นพิเศษ เครื่องทดสอบความล้าความถี่สูงแบบเรโซแนนซ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมก็ควบคุมได้ยากเช่นกัน ความท้าทายทั้งสองประการนี้กระตุ้นให้เราต้องหาโซลูชันใหม่"
ดร. Jian Fang
หัวหน้าวิศวกรการทดสอบทางกล สถาบันวิจัยกลาง Baowu Group
การค้นหาโซลูชันการทดสอบใหม่
เนื่องจากนี่เป็นความท้าทายที่เพิ่งเกิดขึ้น การก้าวข้ามวิธีการทดสอบแบบดั้งเดิมเพื่อค้นหาโซลูชันที่มีประสิทธิภาพจึงเป็นเรื่องสำคัญ ในฐานะหัวหน้าช่างเทคนิค ดร. Fang นำประสบการณ์อันกว้างขวางในการทดสอบวัสดุโลหะมาใช้ และในมุมมองของเขา แม้ว่าจะมีหลายวิธีในการทดสอบความล้า แต่มีอุปกรณ์เพียงไม่กี่ชนิดที่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำภายใต้แอมพลิจูด ความถี่ และอุณหภูมิแบบแปรผันพร้อมกัน
เครื่องทดสอบความล้าแบบเซอร์โวไฮดรอลิกไฟฟ้ามักใช้สำหรับการทดสอบความล้าของวัสดุภายใต้แอมพลิจูด ความถี่ และอุณหภูมิแบบแปรผัน แต่ความสามารถด้านความถี่จำกัดอยู่เพียงไม่กี่สิบเฮิรตซ์ ซึ่งไม่เพียงพอสำหรับความต้องการในการทดสอบความถี่สูงและไม่มีประสิทธิภาพ เครื่องทดสอบความล้าความถี่สูงแบบเรโซแนนซ์แม่เหล็กไฟฟ้าสามารถรองรับการทดสอบความถี่สูงได้ แต่ขาดความสามารถในการทดสอบภายใต้ความถี่และแอมพลิจูดแบบแปรผัน ซึ่งเป็นความท้าทายอย่างยิ่งเมื่อทดสอบวัสดุน้ำหนักเบา
"ในแง่หนึ่ง เครื่องเซอร์โวไฮดรอลิกไฟฟ้าแบบดั้งเดิมนั้นไม่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากสถานีปั๊มไฮดรอลิกมีค่าบำรุงรักษาสูงและสร้างเสียงรบกวนมาก" ดร. Fang อธิบาย "ในอีกแง่หนึ่ง เครื่องทดสอบความล้าความถี่สูงแบบเรโซแนนซ์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมนั้นควบคุมได้ยากเมื่อทำการทดสอบความล้ากับเหล็กกล้าเกรดผู้บริโภคที่มีความบางเป็นพิเศษ ความท้าทายเหล่านี้ผลักดันให้เราต้องหาโซลูชันใหม่สำหรับการทดสอบความล้า"
เครื่องทดสอบความล้าแบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งแบบไดนามิกและสแตติกมีค่าบำรุงรักษาต่ำและสามารถทดสอบภายใต้แอมพลิจูดและความถี่แบบแปรผัน โดยรวมความสามารถด้านความถี่สูงของเครื่องเรโซแนนซ์แม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากับแอมพลิจูดและความถี่แปรผันที่ตั้งโปรแกรมได้ของเครื่องทดสอบความล้าแบบรอบต่ำ สิ่งนี้ทำให้เครื่องเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทดสอบทางกลของวัสดุที่บางเป็นพิเศษและมีน้ำหนักเบา นอกจากนี้ยังใช้พื้นที่ติดตั้งน้อย บำรุงรักษาง่าย และไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็นหรือน้ำมันไฮดรอลิก โดยทำงานด้วยแหล่งจ่ายไฟแบบเฟสเดียวและใช้พลังงานต่ำ ดร. Fang รู้สึกสนใจเครื่องทดสอบอิเล็กทรอนิกส์แบบไดนามิกและสแตติกที่ออกแบบมาอย่างดีและอเนกประสงค์จาก Instron ในงานนิทรรศการอุตสาหกรรมทันที
การทดสอบเพื่ออนาคต ไม่ใช่แค่สิ่งที่รู้อยู่แล้ว
"สำหรับการทดสอบความล้าแบบดั้งเดิม เรามักจะเลือกความถี่ให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยหวังว่าจะถึงขีดจำกัดความล้าในระยะเวลาอันสั้น" ดร. Fang กล่าว "แต่การทดสอบความล้าสำหรับวัสดุใหม่ได้เปลี่ยนไปแล้ว ตอนนี้เราอยากรู้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับคุณสมบัติความล้าของเหล็กภายใต้สภาวะแอมพลิจูดแปรผันหรือความถี่แปรผัน"
"การทดสอบทั้งหมดนี้สามารถทำได้โดยใช้ Instron E10000 และผลลัพธ์ก็ได้รับการยอมรับอย่างดีจากลูกค้าของเรา" ดร. Fang กล่าว "นอกจากวัสดุโลหะแล้ว เรายังใช้ E10000 เพื่อทดสอบวัสดุน้ำหนักเบาเกรดอาหารและพลาสติกอีกด้วย สรุปได้ว่า ตั้งแต่การทดสอบสแตติกความเร็วต่ำไปจนถึงการทดสอบไดนามิกแบบวงรอบปิดความถี่สูง เครื่องทดสอบสแตติกและไดนามิก ElectroPuls สามารถตอบสนองความต้องการในการทดสอบทั้งหมดของเราได้"
ดร. Fang ยังเน้นย้ำว่าข้อได้เปรียบที่สำคัญของการทำงานร่วมกับ Instron คือสามารถใช้อุปกรณ์เสริมร่วมกันได้ในทุกกลุ่มผลิตภัณฑ์ ทั้งโหลดเซลล์ อุปกรณ์ยึดจับ และเครื่องวัดความยืดหยุ่น (extensometer) ล้วนสามารถกำหนดค่าร่วมกันได้ในเครื่องมือซีรีส์เดียวกัน ช่วยให้ลูกค้าประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย "ตัวอย่างเช่น เครื่องวัดความยืดหยุ่น Instron AVE สามารถใช้ได้ทั่วทั้งห้องปฏิบัติการของเรา ตั้งแต่เครื่องสแตติกขนาด 1 ตัน ไปจนถึงเครื่องไดนามิกขนาด 25 ตัน" ดร. Fang กล่าว
แม้ว่า Instron E10000 จะได้รับการติดตั้งและใช้งานมาไม่ถึงหนึ่งปีในขณะที่เขียนบทความนี้ แต่ช่างเทคนิคของ Baowu ก็ได้สะสมประสบการณ์ที่สำคัญในการทดสอบความล้าแบบแอมพลิจูดและความถี่แปรผันโดยใช้ระบบนี้แล้ว ในขณะที่อุตสาหกรรมพลังงานใหม่ยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง คาดว่าเครื่องทดสอบสแตติกและไดนามิก ElectroPuls ของ Instron จะมีการประยุกต์ใช้งานที่กว้างขวางยิ่งขึ้นไปอีก
