होल ड्रिलिंग मेथड

होल ड्रिलिंग विधि किसी सामग्री में अवशिष्ट तनाव को मापने की विधि है। बाहरी भार की अनुपस्थिति में किसी सामग्री में अवशिष्ट तनाव उत्पन्न होता है। अवशिष्ट तनाव सामग्री पर प्रयुक्त लोडिंग के साथ संपर्क करके सामग्री की समग्र शक्ति, थकान और संक्षारण प्रदर्शन को प्रभावित करता है। अवशिष्ट तनावों को प्रयोगों के माध्यम से मापा जाता है। होल ड्रिलिंग विधि अवशिष्ट तनाव माप के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधियों में से एक है।

होल ड्रिलिंग विधि सामग्री की सतह के पास स्थूल अवशिष्ट तनाव को माप सकती है। सिद्धांत सामग्री में छोटे होल की ड्रिलिंग पर आधारित है। जब अवशिष्ट तनाव वाली सामग्री को हटा दिया जाता है, तो शेष सामग्री नई संतुलन स्थिति में पहुंच जाती है। नई संतुलन स्थिति में ड्रिल किए गए होल के चारों ओर विकृतियाँ जुड़ी हुई हैं। विकृतियाँ ड्रिलिंग के माध्यम से हटाई गई सामग्री की मात्रा में अवशिष्ट तनाव से संबंधित हैं। प्रयोग के समय स्ट्रेन गेज या ऑप्टिकल विधियों का उपयोग करके होल के आसपास की विकृतियों को मापा जाता है। सामग्री में मूल अवशिष्ट तनाव की गणना मापी गई विकृतियों से की जाती है। होल ड्रिलिंग विधि अपनी सरलता के लिए लोकप्रिय है और यह अनुप्रयोगों और सामग्रियों की विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयुक्त है।

होल ड्रिलिंग विधि के मुख्य लाभों में तीव्रता से तैयारी, विभिन्न सामग्रियों के लिए तकनीक की बहुमुखी प्रतिभा और विश्वसनीयता सम्मिलित है। इसके विपरीत, होल ड्रिलिंग विधि विश्लेषण और नमूना ज्यामिति की गहराई में सीमित है, और कम से कम अर्ध-विनाशकारी है।



इतिहास और विकास
होल ड्रिल करके अवशिष्ट तनाव को मापने और होल के व्यास में परिवर्तन को अंकित करने का विचार सबसे पहले 1934 में मथार द्वारा प्रस्तावित किया गया था। 1966 में रेंडलर और विग्निस ने अवशिष्ट तनाव को मापने के लिए होल ड्रिलिंग की व्यवस्थित और दोहराने योग्य प्रक्रिया प्रारंभ की थी। निम्नलिखित अवधि में इस पद्धति को ड्रिलिंग तकनीक, सहायता प्राप्त विकृतियों को मापने और अवशिष्ट तनाव मूल्यांकन के संदर्भ में और विकसित किया गया था। अंशांकन गुणांक की गणना करने और मापी गई सहायता विकृतियों से अवशिष्ट तनाव का मूल्यांकन करने के लिए परिमित तत्व विधि का उपयोग बहुत ही महत्वपूर्ण मील का पत्थर है (शेजर, 1981)। इसने विशेष रूप से अवशिष्ट तनावों के मूल्यांकन की अनुमति दी, जो गहराई के साथ स्थिर नहीं हैं। इसने विधि का उपयोग करने की और संभावनाएं भी लाईं, उदाहरण के लिए, अमानवीय सामग्रियों, कोटिंग्स आदि के लिए। माप और मूल्यांकन प्रक्रिया को मानक एएसटीएम ई837 द्वारा मानकीकृत किया गया है। अमेरिकन सोसाइटी फॉर टेस्टिंग एंड मैटेरियल्स ने भी इस पद्धति की लोकप्रियता में योगदान दिया था। होल ड्रिलिंग वर्तमान में अवशिष्ट तनाव को मापने के सबसे व्यापक विधियों में से एक है। मूल्यांकन के लिए आधुनिक कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग किया जाता है। यह विधि विशेष रूप से ड्रिलिंग तकनीक और विकृतियों को मापने की संभावनाओं के संदर्भ में विकसित की जा रही है।

मौलिक सिद्धांत
अवशिष्ट तनाव को मापने की होल ड्रिलिंग विधि सामग्री की सतह में छोटा होल ड्रिलिंग पर आधारित है। यह होल के चारों ओर अवशिष्ट तनाव और संबंधित विकृतियों से सहायता देता है। सहायता प्राप्त विकृतियों को होल के चारों ओर कम से कम तीन स्वतंत्र दिशाओं में मापा जाता है। सामग्री में मूल अवशिष्ट तनाव का मूल्यांकन मापी गई विकृतियों के आधार पर और तथाकथित अंशांकन गुणांक का उपयोग करके किया जाता है। होल बेलनाकार सिरे वाली चक्की या वैकल्पिक तकनीकों द्वारा बनाया जाता है। विकृतियों को अधिकांशतः स्ट्रेन गेज (स्ट्रेन गेज रोसेट्स) का उपयोग करके मापा जाता है।

सतह तल में द्विअक्षीय तनाव को मापा जा सकता है। छोटी सामग्री क्षति के कारण इस विधि को अधिकांशतः अर्ध-विनाशकारी कहा जाता है। विधि अपेक्षाकृत सरल, तीव्र है, मापने वाला उपकरण सामान्यतः पोर्टेबल होता है। हानि में तकनीक का विनाशकारी चरित्र, सीमित रिज़ॉल्यूशन और गैर-समान तनाव या अमानवीय सामग्री गुणों की स्थिति में मूल्यांकन की कम स्पष्टता सम्मिलित है।

तथाकथित अंशांकन गुणांक अवशिष्ट तनाव मूल्यांकन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इनका उपयोग सामग्री में सहायता प्राप्त विकृतियों को मूल अवशिष्ट तनाव में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। गुणांक को सैद्धांतिक रूप से होल और सजातीय तनाव के लिए प्राप्त किया जा सकता है। फिर वे केवल भौतिक गुणों, होल की त्रिज्या और होल से दूरी पर निर्भर करते हैं। चूँकि, व्यावहारिक अनुप्रयोगों के विशाल बहुमत में, सैद्धांतिक रूप से व्युत्पन्न गुणांक का उपयोग करने के लिए पूर्व नियम पुरे नहीं किये जा सकते हैं, उदाहरण के लिए, टेन्सोमीटर क्षेत्र पर अभिन्न विरूपण सम्मिलित नहीं है, होल के अतिरिक्त ब्लाइंड है, इत्यादि। इसलिए, गुणांक को ध्यान में रखकर माप के व्यावहारिक पहलुओं का उपयोग किया जाता है। वे अधिकतर परिमित तत्व विधि का उपयोग करके संख्यात्मक गणना द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। वे होल के आकार, होल की गहराई, टेन्सोमेट्रिक रोसेट के आकार, सामग्री और अन्य मापदंडों को ध्यान में रखते हुए, सहायता प्राप्त विकृतियों और अवशिष्ट तनावों के बीच संबंध व्यक्त करते हैं।

अवशिष्ट तनावों का मूल्यांकन मापी गई सहायता विकृतियों से उनकी गणना करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि पर निर्भर करता है। सभी मूल्यांकन विधियाँ मूलभूत सिद्धांतों पर बनी हैं। वे उपयोग के लिए पूर्व नियमों, अंशांकन गुणांक पर स्पष्टता आवश्यकताओं, या अतिरिक्त प्रभावों को ध्यान में रखने की संभावना में भिन्न होते हैं। सामान्य तौर पर, होल क्रमिक चरणों में किया जाता है और प्रत्येक चरण के बाद उभरी हुई विकृतियों को मापा जाता है।

अवशिष्ट तनाव के लिए मूल्यांकन विधियाँ
सहायता प्राप्त विकृतियों से बचे हुए तनाव के मूल्यांकन के लिए कई विधियाँ विकसित की गयी हैं। मौलिक विधि समतुल्य एक समान तनाव विधि है। विशेष होल व्यास, रोसेट प्रकार और होल की गहराई के गुणांक मानक एएसटीएम ई837 में प्रकाशित किए गए हैं। यह विधि गहराई के साथ निरंतर या कम परिवर्तित होते तनाव के लिए उपयुक्त है। इसका उपयोग गैर-निरंतर तनावों के लिए दिशानिर्देश के रूप में किया जा सकता है, चूँकि, यह विधि अत्यधिक विकृत परिणाम दे सकती है।

सबसे सामान्य विधि अभिन्न विधि है। यह दी गई गहराई में सहायता दिए गए तनाव के प्रभाव की गणना करता है, जो, चूँकि, होल की कुल गहराई के साथ परिवर्तित होता है। अंशांकन गुणांक आव्यूह के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। मूल्यांकन समीकरणों की प्रणाली की ओर ले जाता है जिसका समाधान विशेष गहराई में अवशिष्ट तनावों का सदिश होता है। अंशांकन गुणांक प्राप्त करने के लिए संख्यात्मक सिमुलेशन की आवश्यकता होती है। अभिन्न विधि और उसके गुणांक मानक ASTM E837 में परिभाषित हैं।

ऐसी अन्य मूल्यांकन विधियां हैं, जिनकी अंशांकन गुणांक और मूल्यांकन प्रक्रिया पर कम मांग है। इनमें औसत तनाव विधि और वृद्धिशील तनाव विधि सम्मिलित हैं। दोनों विधियां इस धारणा पर आधारित हैं कि विरूपण में परिवर्तन पूरी तरह से ड्रिल किए गए वेतन वृद्धि पर कम तनाव के कारण होता है। वे केवल तभी उपयुक्त हैं, जब तनाव प्रोफाइल में छोटे परिवर्तन हों। दोनों विधियाँ समान तनावों के लिए संख्यात्मक रूप से सही परिणाम देती हैं।

पावर श्रृंखला विधि और स्पलाइन विधि इंटीग्रल विधि के अन्य संशोधन हैं। वे दोनों सतह से तनाव प्रभाव की दूरी और कुल होल गहराई दोनों को ध्यान में रखते हैं। अभिन्न विधि के विपरीत, परिणामी तनाव मान बहुपद या तख़्ता द्वारा अनुमानित होते हैं। पावर श्रृंखला विधि बहुत स्थिर है लेकिन यह तीव्रता से परिवर्तित होते तनाव मूल्यों को पकड़ नहीं सकती है। इंटीग्रल विधि की तुलना में स्पलाइन विधि अधिक स्थिर और त्रुटियों के प्रति कम संवेदनशील है। यह पावर श्रृंखला विधि की तुलना में वास्तविक तनाव मूल्यों को उत्तम ढंग से पकड़ सकता है। मुख्य नुकसान गैर-रेखीय समीकरणों की प्रणाली को हल करने के लिए आवश्यक जटिल गणितीय गणनाएं हैं।

होल ड्रिलिंग विधि का उपयोग करना
होल ड्रिलिंग विधि का उपयोग सामग्री उत्पादन और प्रसंस्करण से संबंधित कई औद्योगिक क्षेत्रों में किया जाता है। सबसे महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकियों में ताप उपचार, यांत्रिक और थर्मल सतह परिष्करण, मशीनिंग, वेल्डिंग, कोटिंग, या विनिर्माण कंपोजिट सम्मिलित हैं। इसकी सापेक्ष सार्वभौमिकता के अतिरिक्त, विधि के लिए इन मूलभूत पूर्व नियमों को पूरा करना आवश्यक है: सामग्री को ड्रिल करने की संभावना, टेन्सोमेट्रिक रोसेट्स (या विकृतियों को मापने के अन्य साधन) को प्रयुक्त करने की संभावना, और भौतिक गुणों का ज्ञान। अतिरिक्त स्थितियाँ माप की स्पष्टता और दोहराव को प्रभावित कर सकती हैं। इनमें विशेष रूप से नमूने का आकार और आकार, किनारों से मापे गए क्षेत्र की दूरी, सामग्री की एकरूपता, अवशिष्ट तनाव प्रवणताओं की उपस्थिति आदि सम्मिलित हैं। होल ड्रिलिंग प्रयोगशाला में या क्षेत्र माप के रूप में की जा सकती है, जो इसे आदर्श बनाती है। बड़े घटकों में वास्तविक तनाव को मापने के लिए जिन्हें स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है।

यह भी देखें

 * अवशिष्ट तनाव
 * गहरे होल की ड्रिलिंग
 * घर्षण ड्रिलिंग

बाहरी संबंध

 * Measuring residual stresses by the hole drilling method, University of West Bohemia, New Technologies - Research Centre, department Thermomechanics of Technological Processes
 * Laboratory and Field Measurements of Residual Stress by Hole Drilling