Способ определения поверхностных остаточных напряжений

 

Способ относится к методам неразрушающего контроля с применением нагрева и может быть использован для диагностики конструкций и деталей машин. Способ заключается в том, что поверхности нагревают непрерывным потоком излучения, в результате которого возникают остаточные деформации. Деформации после нагрева и охлаждения определяют одним из прецезионных способов. По деформациям судят об остаточных напряжениях. Обеспечивается определение остаточных напряжений без разрушения и нагружения объекта в условиях эксплуатации.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения остаточных напряжений на поверхности объекта.

Известен способ определения остаточных напряжений - метод сверления Келси [1] , заключающийся в том, что в материале высверливают глухие отверстия на разные глубины и по деформации формы отверстия судят об остаточных напряжениях.

Недостатком метода является наличие концентрации напряжений в области отверстия, которая может быть источником зарождения трещины или коррозии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения остаточных напряжений [2], заключающийся в том, что в образце выполняют отверстия разной глубины с помощью потока излучения, к которому данный материал непрозрачен. Определяют скорость уноса материала с поверхности образца в нагруженном и ненагруженном состояниях. По разности скоростей судят о среднем напряжении. О разности главных напряжений судят по эллипсности отверстия. Недостатком наиболее близкого технического решения является сложность реализации в условиях эксплуатации реального объекта, разрушение материала объекта экономически неэффективно.

Требуемый технический результат заявленного изобретения состоит в том, что разработан способ определения остаточных напряжений без разрушения и нагружения исследуемого объекта в условиях эксплуатации.

Сущность изобретения заключается в том, что участок поверхности нагревается непрерывным потоком излучения, например лазером ИМГМ-6 мощностью 90-100 Вт, с длиной волны 10.6 мкм, с диаметром луча на мишени 18-20 мм в течение 8-10 секунд. Остаточные напряжения определяются по остаточной деформации области нагрева поверхности. В качестве инструмента для измерения деформации используют: системы меток, методы тензометрии, фотоупругие покрытия и другие методы определения деформаций. Наиболее оптимальным и простым способом определения деформации в том, числе по критерию "эффективность-цена" являются методы тензометрии.

Сравнительный анализ показал, что заявляемое изобретение отличается от прототипа нагревом участка поверхности потоком излучения без нагружения и разрушения объекта, остаточные напряжения определяют по деформациям после охлаждения образца известными методами [3]. Что соответствует требованию "новизны" заявляемого изобретения.

Требуемый технический результат достигается вновь введенной совокупностью существенных признаков, которая до подачи заявки не была обнаружена в известной патентной и научно-технической литературе, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

Способ осуществляют следующим образом, участок поверхности конструкции очищают от грязи, ржавчины. Устанавливают систему тензодатчиков в трех направлениях. Затем нагревают лазером область поверхности между тензодатчиками мощностью 90 - 100 Вт, с длиной волны 10.8 мкм в течение 8 - 10 секунд. После охлаждения образца по деформации, определенной тензодатчиками, определяют величину и характер остаточных напряжений. При использовании системы меток на предварительно подготовленную поверхность наносится система меток (рисок), прецезионно измеряют расстояние между ними, нагревают лазером участок поверхности с метками. Остаточные напряжения определяют по изменению расстояния между метками после нагрева.

Деформации в зоне нагрева обусловлены взаимодействием двух противоположно действующих процессов: тепловые деформации и релаксация напряжении. Во-время экспериментов были подобраны условия нагрева, регистрации деформаций при реализации которых преобладает релаксация напряжений.

Способ был апробован в лабораторных условиях на образцах ВТ6.

Способ может быть использован в области неразрушающего контроля при производстве, эксплуатации и диагностики деталей машин и конструкций.

Источники информации 1. Экспериментальная механика. Руководство по экспериментальным методам исследования. /Под ред. А. Кобаяси. Кн. 2 - М.: Мир, 1990, с. 293 - 297.

2. Патент RU N 2020452, кл. G 01 N 3/18, 1994.

3. Экспериментальная механика. Руководство по экспериментальным методам исследования. /Под ред. А. Кобаяси. Кн. 1 - М.: Мир, 1990.

Формула изобретения

Способ определения поверхностных остаточных напряжений, включающий воздействие потока излучения на участок объекта, отличающийся тем, что потоком излучения нагревают участок объекта без разрушения, после охлаждения участка объекта определяют его деформацию и по деформации участка объекта определяют поверхностные остаточные напряжения.