Способ торможения роста усталостной трещины в конструкциях из электропроводящих материалов

 

Изобретение относится к р.емонтным работам, в частности к восстановлению работоспособности конструкций, в которых возможны усталостные трещины (УТ). Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет обеспечения торможения как сквозных , так и несквозных УТ. Эффект торможения связан с уменьшением коэффициента концентрации напряжений путем увеличения радиуса кривизны поверхности УТ на фронте ее распространения . Увеличение радиуса кривизны осуществляют , пропуская через поврежденную трещиной зону конструкции в направлении , перпендикулярном плоскости УТ, импульс электрического тока, создающий локальное расплавление материала в зоне фронта УТ. Расплавленный материал за счет испарения и действия электродинамических сил удаляется из зоны плавления, что и приводит к увеличению радиуса кривизны УТ и ее торможению. 1 ил., 1 табл. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (l9) (И) (5D 4 В 23 Р 6 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СОИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4070480/31-27 (22) 26.05.86 (46) 07.06.88. Бюл. Ф 21 (71) Физико-технический институт

АН БССР (72) Е.N.Ìàêóøîê, А.В.Белый, С.М.Красневский, Г.И.Лазаревич и М.В.Свекло (53) 658.588.8 (088.8) (56) Патон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения, М.: Наука, 1985, с.161-171.

Авторское свидетельство СССР

В 725862, кл. В 23 Р 6/04, 1978. (54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РОСТА УСТАЛОСТНОИ ТРЕЩИНЫ В КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ

ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к ремонтным работам, в частности к восстановлению работоспособности конструкций, в которых возможны усталостные трещины (УТ). Цель изобретения — расширение технологических возможностей за счет обеспечения торможения как сквозных, так и несквоэных УТ. Эффект торможения связан с уменьшением коэффициента концентрации напряжений путем увеличения радиуса кривизны поверхности УТ на фронте ее распространения. Увеличение радиуса кривизны осуществляют, пропуская через поврежденную трещиной зону конструкции в направлении, перпендикулярном плоскос ти УТ, импульс электрического тока, создающий локальное расплавление материала в зоне фронта УТ. Расплавленный материал за счет испарения и действия электродинамических сил удаляется из зоны плавления, что и приводит к увеличению радиуса кривизны УТ и ее торможению. 1 ил., 1 табл.

1400841

Изобретение относится к ремонтным работам, в частности к восстановлению работоспособности конструкций, в которых возникли усталостные трещины.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей за счет обеспечения торможения несквозных трещин.

На чертеже приведена схема осуществления способа.

Конструкцию из электропроводящего материала 1, содержащую усталостную трещину 2, устанавливают на изоляторы 3. По обе стороны от трещины на расстоянии 1 . 2d, где d — толщина конструкции в месте трещины, устанавливают токовводы 4 так, что направление тока от генератора 5 импульсов тока через токовводы 4 по материалу 2п пропускают импульс электрического тока, амплитуду и длительность которого выбирают такими, что обеспечива ется локальное расплавление металла на фронте трещины. 25

Увеличение радиуса кривизны трещины при пропускании электрического тока основано на явлении концентрации электрического тока вблизи непроводящих дефектов в металле. Максимальное увеличение плотности тока имеет место при его направлении, перпендикулярном плоскости трещины, в точках поверхности с максимальной кривизной, т.е. на фронте трещины.

Так как радиус кривизны усталостных трещин мал (1э = 0,01-1 мкм) то плотность тока на фронте трещины возрастает на несколько порядков. Вследствие этого в небольшой области, прилегающей к фронту трещины, начинает

40 действовать мощный тепловой источник, нагревающий материал в ней до температуры плавления. При этом остальной материал остается практически холодным. Расплавленный материал за счет испарения и действия электродинамических сил удаляется из зоны плавления, что приводит к увеличению радиуса кривизны трещины и ее торможению.

При таком способе увеличение радиуса 59 кривизны происходит на всем фронте трещины независимо от конфигурации, что и позволяет расширить технологические возможности способа за счет эффективного торможения как сквозных 55 так и несквозных трещин.

).

Эффективность способа торможения роста усталостных трещин проверяют при испытаниях на усталость для двух видов нагружения: поперечном изгибе с вращением цилиндрических образцов с рабочей частью переменного сечения и растяжении-сжатии плоских образцов с центральным поперечным круговым отверстием. При первом виде нагружения (изгибе с вращением) моделируется несквозная усталостная трещина в конструкциях типа валов, при втором — сквозная трещина в конструкциях из листовых материалов.

Образцы изготовлены из стали 45, Минимальный диаметр рабочей части цилиндрического образца 8 мм, толщина и диаметр отверстия плоского образца 3 мм. Все образцы после механической обработки отжигают в вао кууме при 800 С в течение 2 ч.

Для каждого вида нагружения испытано на одном уровне напряжения по три партии образцов. Величину напряжения выбирают так, что обеспечивается для обоих видов нагружения долговечность в пределах 10—

10 циклов. Образцы первой партии используют для определения числа циклов до разрушения N на выбранном уровне напряжений. Образцы второй и третьей партий подвергают наработке до появления на их рабочей части устапостной трещины длиной

1-3 мм, что соответствует числу циклов N = (0,9...0,95)Np. После этого осуществляют операцйю торможения трещины: на образцах второй партии— по известному способу, путем высверливания в вершине толщины отверстия диаметром 1 мм, а на образцах третьей партии — по предлагаемому способу, путем пропускания импульса электрического тока через рабочую часть образца в направлении, перпендикулярном трещине.

Электроимпульсную обработку проводят на установке, содержащей батарею высоковольтных импульсных конденсаторов. Параметры тока (амплитуду и длительность), необходимые для локального плавления материала на фронте трещины, определяют экспериментально. Изменение амплитуды тока достигается изменением напряжения зарядки конденсаторов, а изменение длительности тока — включением в разрядную цепь соленоидов с различной индуктивностью. Установленно, что для тре щин заданной длины локальное оплав14008

25 с вра- зная щением

Растяже- Сквозние-сжа- ная тие ление достигается при амплитуде тока

1„ „ = 50 кА и длительности 10 мкс.

После осуществления операции торможения трещины усталостные испытания образцов возобновляют и продолжают

5 их до полного разрушения. Определяют число циклов до разрушения N после операции торможения трещины (без учета наработки до операции торможения трещины). Об эффективности торможения роста трещины судят по величине отношения Np /N< для каждого вида нагружения и способа торможения трещины е 15

Результаты экспериментов приведе.ны в таблице и свидетельствуют об эффективности торможения как сквозных, так и несквозных трещин, а по известному способу — лишь сквозных трещин.

Вид Тип Способ торможе- N нагруже трещины ния Бр ния

Изгиб Нескво- Известный 0,12

IIpegaaraemm О, 91 ЗО

Известный

0,84

Предлагаемый 0,96

41

Использование способа позволяет не менее чем на 807 восстанавливать работоспособность конструкций как из листового материала, так и типа валов, станин и т.п., в которых в процессе эксплуатации возникли усталостные трещины. Способ не требует дополнительных затрат металла, обладает низкой энергоемкостью и высокой производительностью, легко может быть asтоматизирован. Для реализации способа не требуется специального оборудования, а могут использоваться генераторы. импульсов тока, :применяемые в станках для электроэрозионной или магнитоимпульсной обработки.

Формула изо бре тения

Способ торможения роста усталостной трещины в конструкциях из электропроводящих материалов путем увеличения радиуса кривизны поверхности трещины на фронте ее распростраыения, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения торможения несквозных трещин, увеличение радиуса кривизны осуществляют, пропуская через поврежденную трещиной зону конструкции в направлении, перпендикулярном плоскости трещины, импульс электрического тока, создающий локальное расплавление материала в зоне фронта трещины.

BHHHIIH Заказ 2753/16 Тираж 921 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4