Акустическая структуроскопия стальных образцов, нагруженных изгибом с вращением при испытаниях на усталость
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-1-37-44Ключевые слова:
сдвиговые волны, рэлеевские волны, электромагнитно-акустический преобразователь, усталость, стальные пруткиАннотация
С целью исследования влияния накопленной поврежденности металла на скорость ультразвуковых сдвиговых и рэлеевских волн образцы стального пруткового проката подвергли циклическому нагружению по схеме консольного изгиба с вращением. Представлены результаты измерения скорости ультразвуковых волн (сдвиговых и рэлеевских) в стальных прутках при малоцикловой усталости под воздействием циклических нагрузок. Исследованы образцы прутков марки стали 40Х в состоянии поставки и после отжига при температуре 700 оС в течение 30 мин. Длина прутков - 270 мм, диаметр - 10 и 19 мм. Циклические нагружения консольным изгибом обеспечивались с помощью специально разработанной установки для испытаний на усталость, в которой пруток одной стороной зажимался в патроне машины, обеспечивающей вращение, на другой стороне через подшипник подвешивался груз. Оценивались скорости сдвиговых волн в направлениях поперечного сечения прутка и рэлеевских волн по огибающей цилиндрической поверхности прутка в зоне максимальных напряжений. Возбуждение и прием волн осуществляли электромагнитно-акустическим способом. Для оценки скорости сдвиговых (поперечных) и рэлеевских волн использовался метод многократных отражений, соответственно, по сечению и огибающей прутка. Представлены результаты изменения скорости в прутках при увеличении консольной нагрузки и числа циклов. Найдено, что скорость сдвиговой волны в прутке максимально уменьшается в зоне максимальных напряжений. При нагрузках, составляющих 60 % от предела текучести, в образцах наблюдается резкое снижение скорости при 300000 циклах. Изменение структуры металла после отжига приводит к снижению числа циклов, после которого происходит резкое изменение скорости волн. Коэффициент Пуассона, рассчитанный по скоростям сдвиговых и рэлеевских волн, также изменяется с ростом числа циклов и позволяет учесть изменение диаметра прутка в процессе испытаний. Проведенные эксперименты по исследованию влияния циклических нагрузок прутков дают хорошие информативные данные по усталости в зависимости от термической обработки и структурных изменений материала. Возможность реализации электромагнитно-акустического метода контроля на многократных отражениях позволяет существенно повысить чувствительность к микродефектам при анализе сигнала на дальних отражениях и обеспечить высокую точность определения скорости волн.Библиографические ссылки
Gonchar A.V., Mishakin V.V., Klyushnikov V.A., Kurashkin K.V. [Variation of elastic characteristics of metastable austenite steel under cycling straining]. Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics, 2017, vol. 62, no. 4, pp. 537-541. DOI: 10.1134/S1063784217040089.
Mishakin V.V., Klyushnikov V.A., Gonchar A.V. Relation between the deformation energy and the Poisson ratio during cyclic loading of austenitic steel. Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics, 2015, vol. 60, no. 5, pp. 665-668. DOI: 10.1134/S1063784215050163.
Диагностика, повреждаемость и ремонт барабанов котлов высокого давления / Н. В. Абабков, Н. И. Кашубский, В. В. Муравьев [и др.] ; под ред. А. Н. Смирнова. М. : Машиностроение, 2011. 256 с.
Критерии оценки технического состояния длительно работающего металла оборудования ТЭС на основе акустической структуроскопии / А. Н. Смирнов, Н. В. Абабков, В. В. Муравьев [и др.] // Дефектоскопия. 2015. № 2. С. 44-51.
Экспериментальное обоснование метода прогнозирования малоцикловой долговечности элементов конструкций / В. И. Добровольский, С. В. Добровольский [и др.] // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2014. № 1. С. 36-38.
Там же.
Smirnov A.N., Knyazkov V.L., Abakov N.V., Ozhiganov E.A., Koneva N.A., Popova N.A. [Acoustic evaluation of the stress-strained state of welded carbon steel joints after different modes of heat input]. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 37-43. DOI: 10.1134/S1061830918010072.
Uglov A.L., Khlybov A.A. [On the inspection of the stressed state of anisotropic steel pipelines using the acoustoelasticity method]. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2015, vol. 51, no. 4, pp. 210-216. DOI: 10.1134/S1061830915040087.
Chertenkov M.V., Ruzin L.M. [Prerequisites to complex use of standard and acoustic logging for the forecast of a Poisson's ratio]. Oil Industry, 2017, no. 1, pp. 16-18.
Davydov V.V., Myazin N.S., Logunov S.E., Fadeenko V.B. [A contactless method for testing inner walls of pipeline]. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2018, vol. 54, no. 3, pp. 213-221. DOI: 10.1134/ S1061830918030051.
Hyung M.K., Doo-Hyun C. Defects detection of gas pipeline near the welds based on self quotient image and discrete cosine transform. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 3, pp. 175-183. DOI: 10.1134/S1061830916030049.
Анализ сравнительной достоверности акустических методов контроля пруткового проката из рессорно-пружинных сталей / В. В. Муравьев, О. В. Муравьева, В. А. Стрижак [и др.] // Дефектоскопия. 2014. Т. 50, № 8. С. 3-12.
Babkin S.E. [The determination of the Poisson ratio for ferromagnetic materials using the EMA method]. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2015, vol. 51, no. 5, pp. 303-307. DOI: 10.1134/ S1061830915050022.
Муравьева О. В., Соков М. Ю. Влияние глубины залегания дефекта на параметры многократно-теневого электромагнитно-акустического метода контроля прутков // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2016. Т. 68, № 4. С. 46-50.
Муравьева О. В., Зорин В. А. Метод многократной тени при контроле цилиндрических объектов с использованием рэлеевских волн // Дефектоскопия. 2017. № 5. С. 3-9.
Аппаратно-программный комплекс контроля прутков зеркально-теневым методом на многократных отражениях / В. А. Стрижак, А. В. Пряхин, Р. Р. Хасанов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60, № 6. С. 565-571. DOI: 10.17586/0021-3454-2017-60-6-565571.
Стрижак В. А., Хасанов Р. Р., Пряхин А. В. Особенности возбуждения электромагнитно-акустического преобразователя при волноводном методе контроля // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 2. С. 159-166. DOI: 10.22213/ 2413-1172-2018-2-159-166.
Информационно-измерительная система возбуждения, приема, регистрации и обработки сигналов электромагнитно-акустических преобразователей / В. А. Стрижак, А. В. Пряхин, С. А. Обухов [и др.] // Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 1 (17). С. 243-250.
Муравьева О. В., Зорин В. А. Уаз. соч.
Муравьева О. В., Соков М. Ю. Указ. соч.
Викторов И. А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М. : Наука, 1981. 287 с.
Там же.
