Способ определения абсолютных осевых напряжений в нагруженных болтах

 

Изобретение относится к области средств неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля абсолютных осевых напряжений в металлических болтах. Способ определения абсолютных осевых напряжений в нагруженных болтах заключается в определении временных задержек импульсов продольной ультразвуковой волны, распространяющихся вдоль продольной оси болта, при этом определяют временные задержки импульсов поперечной ультразвуковой волны, распространяющихся вдоль продольной оси болта, затем определяют временные задержки импульсов продольной и поперечной ультразвуковых волн у края торцевой поверхности головки болта, после чего определяют абсолютное осевое напряжение по формуле - абсолютное осевое напряжение, где δ - относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в нагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся вдоль продольной оси болта, δ ₀ - относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в ненагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся у края торцевой поверхности головки болта, k - коэффициент, который находится в процессе тарировки на болтах или на образцах из данной марки стали. Данное изобретение обеспечивает повышение точности определения абсолютных осевых напряжений в напряженных болтах без разборки болтовых соединений. 2 ил.

Изобретение относится к области средств неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля абсолютных осевых напряжений в металлических болтах.

Известен способ определения осевых напряжений в болтах (см. И.Н.Ермолов, Н.П.Алешин, А.И.Потапов: Акустические методы контроля, М., Высшая школа, 1991 г., стр. 251) через определение момента затяжки болта посредством динамометрического ключа. Однако данный способ имеет невысокую точность и позволяет получить абсолютные осевые напряжения только в еще не бывших в употреблении болтах, т.к. в бывших в употреблении болтах есть остаточные напряжения от предыдущих затяжек.

Известен способ определения осевых напряжений в болтах (см. И.Н.Ермолов, Н.П.Алешин, А.И.Потапов: Акустические методы контроля, М., Высшая школа, 1991 г., стр. 251), заключающийся в размещении ультразвукового преобразователя на торцевой поверхности головки болта и определении временных задержек отраженных продольных ультразвуковых импульсов от противоположного торца болта по мере затяжки болта. Данное техническое решение, как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату, принято за прототип.

Наряду с таким достоинством, как высокая точность определения абсолютных осевых напряжений в не бывших в употреблении болтах, недостатком прототипа является большая погрешность в определении абсолютных осевых напряжений в бывших в употреблении болтах, особенно в напряженных болтах строительных металлических конструкций, например, металлические каркасы зданий, металлические мосты и т.п.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения абсолютных осевых напряжений в напряженных болтах различных металлических конструкций без разборки болтовых соединений. Техническим результатом является получение информации о временных задержках отраженных ультразвуковых импульсов в нагруженном и ненагруженном состоянии затянутого болта без разборки болтового соединения.

Поставленная задача решается тем, что определяют временные задержки импульсов продольной ультразвуковой волны, распространяющихся вдоль продольной оси болта, также определяют временные задержки импульсов поперечной ультразвуковой волны, распространяющихся вдоль продольной оси болта, затем определяют временные задержки импульсов продольной и поперечной ультразвуковых волн у края торцевой поверхности головки болта, после чего определяют абсолютное осевое напряжение по следующей формуле:

- абсолютное осевое напряжение,

где - относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в нагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся вдоль продольной оси болта;

t_l - временная задержка импульсов продольной волны в нагруженном металле, определяемая импульсами продольной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль продольной оси болта;

t_τ - временная задержка импульсов поперечной волны в нагруженном металле, определяемая импульсами поперечной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль продольной оси болта;

- относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в ненагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся у края торцевой поверхности головки болта;

t⁰_l - временная задержка импульсов продольной волны в ненагруженном металле, определяемая импульсами продольной ультразвуковой волны, распространяющейся у края торцевой поверхности головки болта;

t⁰_τ - временная задержка импульсов поперечной волны в ненагруженном металле, определяемая импульсами поперечной ультразвуковой волны, распространяющейся у края торцевой поверхности головки болта;

k - коэффициент, который находится в процессе тарировки на болтах или на образцах из данной марки стали.

Определение временных задержек импульсов продольных и поперечных ультразвуковых волн, распространяющихся по оси болта, позволяет определить относительные временные задержки импульсов ультразвуковых волн в нагруженном состоянии, определение временных задержек импульсов продольной и поперечной ультразвуковых волн у края головки болта позволяет определить относительные временные задержки импульсов ультразвуковых волн в не нагруженном состоянии.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез болтового соединения двух металлических деталей и размещенных на головке болта датчиков ультразвуковых импульсов, на фиг.2 - вид сверху болтового соединения.

Металлические детали 1 и 2 стянуты болтом 3 через шайбы 4 и 5 посредством гайки 6, на торцевой поверхности болта 3 закреплен датчик импульсов ультразвуковых волн 7 так, что его продольная ось соосна с продольной осью болта 3, от датчика импульсов ультразвуковых волн 7 отходит кабель 8. Посредством датчика импульсов ультразвуковых волн 7 определяют временные задержки импульсов продольной и поперечной ультразвуковых волн, распространяющихся вдоль продольной оси болта, затем датчик импульсов ультразвуковых волн 7 закрепляют на торцевой поверхности болта 3 возможно ближе к краю торцевой поверхности и также определяют временные задержки импульсов продольной и поперечной ультразвуковых волн, после чего определяют абсолютное осевое напряжение по следующей формуле:

- абсолютное осевое напряжение, где

- относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в нагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся вдоль продольной оси болта;

t_l - временная задержка импульсов продольной волны в нагруженном металле, определяемая импульсами продольной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль продольной оси болта;

t_τ - временная задержка импульсов поперечной волны в нагруженном металле, определяемая импульсами поперечной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль продольной оси болта;

- относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в ненагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся у края торцевой поверхности головки болта;

t⁰_l - временная задержка импульсов продольной волны в ненагруженном металле, определяемая импульсами продольной ультразвуковой волны, распространяющейся у края торцевой поверхности головки болта;

t⁰_τ - временная задержка импульсов поперечной волны в ненагруженном металле, определяемая импульсами поперечной ультразвуковой волны, распространяющейся у края торцевой поверхности головки болта;

k - коэффициент, который находится в процессе тарировки на болтах или на образцах из данной марки стали.

Определение временных задержек импульсов продольной и поперечной ультразвуковых волн можно проводить и в обратном порядке. Сначала, когда датчик 7 закреплен у края торцевой поверхности болта 3, затем, когда датчик 7 закреплен соосно с продольной осью болта 3.

Формула изобретения

Способ определения абсолютных осевых напряжений в нагруженных болтах, заключающийся в определении временных задержек импульсов продольной ультразвуковой волны, распространяющихся вдоль продольной оси болта, отличающийся тем, что определяют временные задержки импульсов поперечной ультразвуковой волны, распространяющихся вдоль продольной оси болта, затем определяют временные задержки импульсов продольной и поперечной ультразвуковых волн у края торцевой поверхности головки болта, после чего определяют абсолютное осевое напряжение по формуле

где - относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в нагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся вдоль продольной оси болта, где t₁ - временная задержка импульсов продольной волны в нагруженном металле, определяемая импульсами продольной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль продольной оси болта, tτ - временная задержка импульсов поперечной волны в нагруженном металле, определяемая импульсами поперечной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль продольной оси болта;

- относительная временная задержка ультразвуковых импульсов в ненагруженном металле, определяемая импульсами ультразвуковых волн, распространяющихся у края торцевой поверхности головки болта, где t⁰_l - временная задержка импульсов продольной волны в ненагруженном металле, определяемая импульсами продольной ультразвуковой волны, распространяющейся у края торцевой поверхности головки болта, t⁰_τ - временная задержка импульсов поперечной волны в ненагруженном металле, определяемая импульсами поперечной ультразвуковой волны, распространяющейся у края торцевой поверхности головки болта;

k - коэффициент, который находится в процессе тарировки на болтах или на образцах из данной марки стали.

РИСУНКИ