Sensorización on-line de propiedades mecánicas. Ane Martínez-de-Guereñu (amartinez at ceit.es) Ceit-IK4, Manuel de Lardizábal 15, San Sebastián

Transcripción

1 Sensorización on-line de propiedades mecánicas Ane Martínez-de-Guereñu (amartinez at ceit.es) Ceit-IK4, Manuel de Lardizábal 15, San Sebastián

2 Esquema 1. Introducción Técnicas magnéticas como instrumento de medida on line de propiedades mecánicas 2. Ejemplos de proyectos Implementación de técnicas magnéticas como control de calidad producto Proyecto europeo generación de conocimiento Implementaciones industriales o Detección de Quemas de rectificado o Determinación de espesor de capas de endurecimiento o Monitorización de tensiones residuales o Monitorización de variación de resistencia a tracción (cables) Control de integridad superficial en componentes fabricados 3. Resumen Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 1/15 2

3 Introducción Aplicación de Métodos END en materiales: DEFECTOLOGÍA discontinuidades, grietas, corrosión, fugas METROLOGÍA control de espesores, recubrimientos CARACTERIZACIÓN características de los materiales, propiedades físicas Caracterización Medida de propiedades físicaselectromagnéticas/magnéticas Sensores electromagnéticos y sistemas de medida ad hoc Control de calidad de producto Control y monitorización de proceso Mantenimiento predictivo Industria siderúrgica 4.0 Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 2/15 3

4 Introducción Proceso Composición Conocimiento multidisciplinar Desarrollo de sensores y equipos de medida Caracterización de microstructura /propiedades mecánicas en aceros. Control de calidad en procesos de producción. Control de integridad superficial en componentes fabricados. Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 3/15 4

5 Ejemplo de proyecto Programa RFCS: RFSR CT Project period: July 2013 Dec 2017 (4.5 years) Objetivos del proyecto: Optimización de la uniformidad del producto mediante el empleo de sistemas que miden de forma continua parámetros ND (EM y US) que se relacionan con la microestructura del acero. Para detallar la relación entre la microestructura (no)uniforme y la medición ND (no)uniforme en línea, PUC sigue un enfoque concertado que integra investigación experimental, modelado físico y la minería de datos. Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 4/15 5

6 Ejemplo de proyecto Objetivos Ceit IK4: INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL y MODELADO FÍSICO - Generación de microestructuras complejas en aceros Metallurgical Models Process Models Fundamental Property Models - Caracterización - Microestructural - Propiedades mecánicas - Propiedades magnéticas - Generar conocimiento. Sensibilidad a: - Tamaño de grano - Deformación en frío - Fracción de martensita - Propiedades mecánicas Instrument Models Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 5/15 6

7 Ejemplo de proyecto PUC Sensibilidad a tamaño de grano Parámetro magnético 20 µm 2 µm Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 6/15 7

8 Ejemplo de proyecto PUC Sensibilidad a deformación en frío R=12% R=10% Parámetro magnético R=41% R=90% R=30% R=90% Reducción en frío (%) Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 7/15 8

9 Ejemplo de proyecto PUC Sensibilidad a fracción volumétrica de martensita Parámetro magnético (u.a.) Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 8/15 9

10 Ejemplo de proyecto PUC Determinación de propiedades mecánicas: dureza, límite elástico y resistencia a tracción Dureza (HV) R² = Estimación de Rm magnéticamente (u.a.) R² = Dureza magnética (u.a.) Valor experimental de Rm (u.a.) Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 9/15 10

11 Ejemplo: QUEMAS de RECTIFICADO y CAPA ENDURECIDA Desarrollo de sistema de CONTROL DE CALIDAD de QUEMAS DE RECTIFICADO y de CAPA ENDURECIDA por INDUCCIÓN Husillos en miniatura. Engranajes Árboles de levas Tecnologías aplicadas: Emisión Magnética de Barkhausen Electrónica propia Sensores propios Tratamiento digital de señal Análisis multiparámetrico Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 10/15 11

12 Ejemplo: QUEMAS de RECTIFICADO y CAPA ENDURECIDA Ejemplo detección de quema Envolvente EMB (V) Quema No quema H (u.a.) t Parámetro magnético (u.a.) Longitud útil del husillo (mm) Valor umbral Correctos / No quemados Valor umbral Quemados Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 11/15 12

13 Dureza (HRC) Ejemplo: Quemas de Rectificado y Capa Endurecida Ejemplo inspección espesor de capa endurecida Profundidad (µm) M01 M02 M03 M04 M05 Envolvente EMB (V) H (u.a.) t Profundidad a 50 HRC (µm) R 2 =0.98 Medida Regresión lineal Int. conf. 95% Parámetro magnético (u.a.) Estimación de la profundidad de capa con un error de 150 µm Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 12/15 13

14 Ejemplo: monitorización de tensiones residuales En superficie o en perfil en profundidad Control de calidad del granallado: Sistema de Emisión Magnética de Barkhausen capaz de caracterizar tensiones residuales superficiales y perfil de tensiones residuales en profundidad RMS(V) Granallado mayor Granallado menor Sin granallar Muestra sin granallar: Tensiones tractivas RMS Muestra granallada: Menor intensidad Tensiones compresivas RMS intermedio Muestra granallada: Mayor intensidad Tensiones compresivas RMS H(A/m) Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 13/15 14

15 Ejemplo: monitorización de propiedades mecánicas Monitorización de la degradación de cables de acero Sistemas de inspección ND Medida A magnética L-seg (V mm) F Phase 1 2F 3F 1 million bends 4F 5F Phase 2 6F FATIGA Banco de fatiga Número de Number ciclos of bends de fatiga Número de hilos metálicos deteriorados Punto medio del intervalo por metros HILOS ROTOS Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 14/15 15

16 RESUMEN Aplicaciones en control de calidad Soluciones diseñadas ad hoc Sistemas de medida enfocados a determinar propiedades de producto: Cabezal sensor Hardware de excitación y medida Aplicación software Control de calidad / proceso Propiedades mecánicas Quemas de rectificado (Grinding burns) (como alternativa al ataque químico de Nital) Capa endurecida (Case hardening) Endurecimiento por Inducción Carburización Carbonitruración Tensiones residuales Granallado (Shot peening) Jornada Siderurgia Sensorización on-line de propiedades mecánicas 15/15 16

17 Sensorización on-line de propiedades mecánicas Ane Martínez-de-Guereñu (amartinez at ceit.es) Ceit-IK4, Manuel de Lardizábal 15, San Sebastián