ارزیابی سیگنال‌های آکوستیک امیشن جهت تشخیص مکانیزم‌های ترک‌خوردگی تنشی لوله‌ آلومینیومی AA7075-T6 با استفاده از روش خوشه‌بندی فازی (FCM)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش

2 مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

4 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

کاربرد لوله‌های آلومینیومی آلیاژی دارای عملیات حرارتی با سختی بالا (AA7075-T6) در صنایع مختلف به دلیل خواص مطلوب آن‌‌ها از قبیل نسبت استحکام به وزن بالا، ماشین پذیری عالی و شکل‌دهی مناسب در حال گسترش روزافزون می‌باشد و از طرفی با توجه به حساس بودن این نوع لوله‌‌ها به پدیده ترک‌خوردگی تنشی، ارزیابی و پایش مکانیزم‌های مرتبط با این موضوع اهمیت قابل‌توجهی در صنعت پیدا کرده است. در این پژوهش، از روش خوشه بندی فازی (FCM) جهت تشخیص سیگنال‌های آکوستیک امیشن مرتبط با مکانیزم-های ترک خوردگی تنشی لوله آلومینیومی بهره گرفته شده است. استفاده از این روش، ضمن آشکار نمودن خوشه‌ها به روش بدون ناظر منجر به کلاسه‌بندی و تفکیک مناسب‌تر داده‌ها می‌گردد. در این راستا یک سیستم آزمایشگاهی شامل ویو گاید، محفظه محلول خورنده، نمونه‌های آلومینیومی قوسی‌شکل مطابق استاندارد ASTM-E399 به همراه تجهیزات آکوستیک امیشن طراحی و آماده گردید. سپس با استفاده از آزمون نرخ کرنش آهسته (SSRT) و دریافت سیگنال‌های AE به صورت همزمان، نمونه آلومینیومی AA7075-T6 در دو محیط خورنده (HCL9% و HCL33%) برای شناسایی دو نوع مکانیزم اصلی ترک خوردگی تنشی شامل حل شدن آندی و تردی هیدروژن (کاتدی) قرار گرفت. برای آنالیز سیگنال‌های بدست آمده، پنج پارامتر توصیفی آکوستیکی شامل زمان اوج، ضرب‌آهنگ، انرژی، دامنه و مدت زمان استمرار مورد استفاده قرار گرفت. جهت انتخاب مؤثرترین مشخصه‌های آکوستیکی و کاهش حجم اطلاعات از روش آنالیز اجزای اصلی استفاده شد. در ادامه با روش فازی (خوشه‌بندی FCM) پیرو داده‌های بهینه‌شده از آنالیز اجزاء اصلی، تشخیص و تفکیک این دو نوع مکانیزم خوردگی میسر گردید. مطابق نتایج بدست آمده، مشخص گردید که مکانیزم غالب در پدیده ترک‌خوردگی تنشی در محلول خورنده HCL، مکانیزم حل شدن آندی می‌باشد که با افزایش غلظت یون های H+ و –C، ضمن افزایش چگالی جریان خوردگی، میزان وابستگی خوردگی تنشی به این مکانیزم افزوده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Acoustic Emission Signals to Detect Stress Corrosion Cracking Mechanisms of AA7075-T6 Aluminum Pipe by Fuzzy Clustering Method (FCM)

نویسندگان [English]

  • Saeed Hajighasemi 2
  • Hamid Fazeli 2
  • Jafar Eskandari Jam 3
  • Mehdi Ahmadi Najafabadi 4
1
2 Faculty of Material & Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 Faculty of Material & Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of technology, Tehran, Iran
4 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

High strength aluminum alloy pipes (AA7075-T6) has been widely used in various industries due to their favorable properties, Such as high strength to weight ratio, excellent machinability and proper forming. On the other hand, according to the susceptible to phenomenon of stress corrosion cracking, the evaluation and monitoring of mechanisms related to this issue is of considerable importance in the industry. In this research, Fuzzy clustering method (FCM) has been used to detect acoustic emission signals related to stress corrosion cracking mechanisms of aluminum pipe. Using this method, while revealing the clusters in an unsupervised method, leads to more appropriate classification and separation of data. In this regard, a laboratory system including waveguide, corrosive solution chamber, and arc-shaped aluminum samples according to ASTM-E399 standard along with acoustic emission equipment was designed and prepared. Then, using the slow strain rate test (SSRT) and receiving AE signals simultaneously, the AA7075-T6 aluminum sample was placed in two corrosive environments (HCL9% and HCL33%) to identify the two main mechanisms of stress corrosion cracking, including anodic dissolution and hydrogen embrittlement (cathodic). Five descriptive acoustic parameters including rise time, count, energy, amplitude and duration were used to analyze the obtained signals. In order to select the most effective acoustic characteristics and reduce the amount of information, principal component analysis was used. Subsequently, with the fuzzy method (FCM clustering) based on the optimized data from the analysis of the main components, it was possible to distinguish and separate these two types of corrosion mechanisms. According to the obtained results, it was found that the dominant mechanism in the phenomenon of stress corrosion cracking in HCL corrosive solution is the anodic dissolution mechanism, which in addition to increasing the corrosion current density, increases the dependence of stress corrosion on this mechanism by increasing the concentration of H+ and C- ions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stress Corrosion Cracking
  • Acoustic Emission
  • Fuzzy Clustering
  • Aluminum pipe

مراجع

 [1] Suckow T., Schroeder J., & Groche P. (2021). Roll Forming of a High Strength AA7075 Aluminum Tube. Production Engineering Journal, 15(3), 573–586.
[2] Zhang W., Li H., Hu Z., & Hua L. (2020). Investigation on the Deformation Behavior and Post-Formed Microstructure/Properties of AA7075-T6 Alloy under Pre-Hardened Hot Forming Process, Material Science Engineering A Journal, 792(January), 139749.
[3] Dhanaraj P. S. & Rathinasuriyan C. (2022). Optimization of Fiber Laser Welding Parameters for High Strength Aluminium Alloy AA7075-T6. Materials Today : Proceedings Journal, 52(3),283-289.
[4] Henry Holroyd N.J. & Scamans G.M. (2013),     Stress Corrosion Cracking in Al-Zn-Mg-Cu Aluminum Alloys in Saline Environments.  Metallurgical And Materials Transactions A,      44a( March),1231.
[5] Euesden R.T., Aboura Y., Garner A.J., Jailin T., Grant C., Barrett Z., Engel C., Shanthraj P. , Holroyd N.J.H., Prangnell P.B., & Burnett T.L. (2023).In-Situ Observation of Environmentally Assisted Crack Initiation and Short Crack Growth Behavior of New-Generation 7xxx Series Alloys in Humid Air. Corrosin Science Journal, 216(2023), 11123.
[6] Prabhuraj P., Rajakumar S., Lakshminarayanan A. K., & Balasubramanian V. (2017), Evaluating Stress Corrosion Cracking Behaviour of High Strength AA7075-T651 Aluminium Alloy. Mechanical Behavior Material Journal, 26(3–4), 105–112.
[7] Leinonen H., Schildt T., & Hänninen H. (2011). Stress Corrosion Cracking-Crevice Interaction in Austenitic Stainless Steels Characterized by Acoustic Emission. Metallurgical and Materials Transactions A Journal.  42(2), 424–433.
[8] Lim J.K., Chung D.S., & Chung S.H. (1993).  Evaluation of SCC Susceptibility of Weld HAZ in Structural Steel (I) - Material Properties and Strain Rate. Journal of korean Welding Society, 11(3), 48–60.
[9] Mazille H., Rothea R., & Tronel C. (1995). An Acoustic Emission Technique for Monitoring Pitting Corrosion of Austenitic Stainless Steels. Corrosin Science Journal, 37(9), 1365–1375.
[10] Umamaheshwer Rao A. C., Vasu V., Govindaraju M., & Sai Srinadh K. V. (2016). Stress Corrosion Cracking Behaviour of 7xxx Aluminum Alloys : A Literature Review. Transactions Nonferrous Metals Society of China Journal, 26(6), 1447–1471.
[11] Zhang Z., Zhang Z., Tan J., Wu X. (2019). Quantitatively Related Acoustic Emission Signal With Stress Corrosion Crack Growth Rate of Sensitized 304 Stainless Steel in High-Temperature Water. Corrosion Science Journal, 157 (January), 79-86.
[12] Zhang Z., Wu X., & Tan J. (2019). In-Situ Monitoring of Stress Corrosion Cracking of 304 Stainless Steel in High-Temperature Water by Analyzing Acoustic Emission Waveform, Corrosion Science Journal, 146(July), 90–98.
[13] Hwang W., Bae S., Kim J., Kang S., Kwag N., & Lee B. (2015). Acoustic Emission Characteristics of Stress Corrosion Cracks in a Type 304 Stainless Steel Tube. Nuclear and Engineering Technology Journal, 47( 4), 454–460.
[14] Li B. & Yue X. (2016). Characterization of Intergranular Stress Corrosion Cracking of 304 Stainless Steel by Electrochemical Noise and Acoustic Emission Techniques. International Journal of Electrochemical Science, 11(1), 1–13.
[15] Kovač J., Legat A., Zajec B., Kosec T., & Govekar E. (2015). Detection and Characterization of Stainless Steel SCC by the Analysis of Crack Related Acoustic Emission. Ultrasonics Journal, 62(1), 312–322.
[16] Ruspini E. H., Bezdek J. C., & Keller J. M. (2019) Fuzzy Clustering : A Historical Prespective, IEEE Computinal Intelligence Magazing, 14(February), 45–55.
 [17] ASTM E399-12 (2012). Standard Test Method for Linear-Elastic Elane-Strain Fracture Foughness KIC of Metallic Materials. ASTM International Standard.
 
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری: 10 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش: 26 اسفند 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار