Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений
Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений

Акустический неразрушающий метод – это очень эффективный способ контроля рабочих и остаточного напряжения в элементах сварных металлоконструкций. Для его реализации на практике рекомендуется использование ультразвукового прибора контроля напряжений (УПКН), созданного Институтом электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины.

Напряжения в различных элементах металлоконструкции может быть как рабочими, возникающие под действием внешних приложенных сил, так и остаточным. Остаточное напряжение возникает, в основном, в зонах концентрации в процессе нагрузки конструкции или вносятся еще на стадии ее изготовления и уравновешиваются в ней без приложения каких-либо сил. Сварочное остаточное напряжение вызывается тепловыми упруго-пластическим деформированием при образовании сварных швов и может достигать высоких уровней, вплоть до предела текучести материала. Данное напряжение, совместно с рабочими, в сочетании с концентратором напряжений является одним из основных факторов, определяющим несущую способность и долговечность сварной металлоконструкции. Измерение и учет влияния, этого фактора особенно актуален для металлоконструкций, которые будут эксплуатироваться в условиях воздействия коррозионной среды, циклического нагружения, низких температур, а также возможного изменения свойства металла и образование повреждений (дефектов) в процессе эксплуатации конструкции.

Одним из экспериментальных эффективных неразрушающих методов контроля остаточных и рабочих напряжений, получившим развитие и актуальность в последнее время, является акустический метод. Данный метод основан на упруго-акустическом эффекте, который состоит в существовании зависимости между скоростями распространения ультразвуковых волн малой амплитуды в твердом теле и напряжениями. Приведенное выше соотношение, получаемое теоретически, составляет основу акустического метода определения в элементах металлоконструкций остаточных и рабочих напряжений.

Зная известные свойства, материала определение напряжений сводится к изменению скорости продольных, поверхностных и сдвиговых ультразвуковых волн при распространении их в главных направлениях действия напряжений. С использованием объемных волн определяют одноосные, двухосные и трехосные напряжения, средние по толщине сечения элемента. Использование поверхностных волн Релея дает одноосные и двухосные напряжения на его поверхность. Упруго-акустическое свойство материала входит в уравнение взаимосвязи между скоростями распространения ультразвуковых волн и напряжениями в виде коэффициентов пропорциональности. Они определяются константами упругости второго и третьего порядков и могут быть рассчитаны либо установлены экспериментально при известном напряженном состоянии контрольного образца данного материала в условиях одноосного или двухосного нагружений.

Акустический неразрушающий метод измерения напряжений показан в малогабаритном переносном ультразвуковом приборе контроля напряжений. Прибор (рисунок 1) предназначен для оперативного контроля величины, а также знака рабочих и остаточных напряжений в лабораторных условиях при испытании образцов, а также для контроля в элементах металлоконструкции в процессе их производства, ремонта, а также эксплуатации. Прибор эффективен при оценке качества послесварочной обработки сварных соединений, проводимой с целью перераспределения остаточных напряжений, и определении упруго-акустических констант материалов.

Рисунок 1. Общий вид ультразвукового прибора контроля напряжений.
Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений








С помощью поочередного подсоединения в точке контроля датчиков продольной, волны Релея и сдвиговой волны в металле контактным способом возбуждаются и принимаются отраженные ультразвуковые волны в объекте контроля. Сигналы поступают в устройство обработки прибора, в нем измеряется их скорость и выполняется расчет напряжений с применением коэффициентов пропорциональности упруго-акустической связи конкретных материалов, входящих в объект контроля. На экран прибора показывается значение вычисленных скоростей отраженных ультразвуковых волн и напряжения, а также меню с рекомендациями оператору, которые требуется выполнять в процессе контроля напряжений для получения гарантированной точности измерений. Результаты расчета и измерений, включая исходную информацию, хранятся в памяти прибора в удобном для пользователя виде. При надобности они переносятся в ПК для дальнейшего исследования и документирования. Погрешность контроля рабочих напряжений в упругой области составляет ±15 МПа, а остаточных ± 0,1 σт.

На рисунке 2 показаны результаты измерения двухосных напряжений в сопоставлении с их расчетными значениями. Кривые σ11, σ33 отражают теоретические распределения, на которые нанесены экспериментальные точки. Средние по толщине напряжения определяли объемными волнами (О, ●), на поверхности — поверхностными волнами Релея (Δ, ▲).

Рисунок 2. Распределение компонент напряжений в плоскости диска из сплава АМГ-6, сжатого усилением Р по диаметру в направлении σ11
Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений












Значения компонент трехосных напряжений в стенке толстостенного замкнутого сосуда из легированной стали, нагружаемого внутренним давлением Р, указаны на рисунке 3. С использованием известного закона их распределения по измеренным средним значениям (О) и на поверхности (Δ) построены экспериментальные распределения напряжений по толщине стенки (пунктирные линии). Сплошными линиями представлены теоретические распределения компонент напряжений.

Рисунок 3. Теоретические и экспериментальные распределения компонент трехосных напряжений (σ0 — окружные, σr — радиальные, σZ — осевые) в стенке замкнутого сосуда из низколегированной стали.
Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений












Неразрушающий акустический метод успешно используется для контроля напряжений в элементах конструкций в процессе их установки и эксплуатации. Такой контроль осуществлялся при сооружении телевизионной вышки в Риге. На рисунке 4 приведены схема телевизионной вышки и график распределения суммарных напряжений (от собственной массы и сварочных остаточных напряжений) в нижнем сечении опоры в одном из промежуточных состояний при монтаже.

Рисунок 4. Схема телевизионной вышки и распределение напряжений в нижнем сечении одной из ее опор (сталь 15Г2АФД)

Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений
Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений













Для повышения сопротивления коррозионным и усталостным повреждениям деталей машин и их сварных соединений применяется упрочняющая обработка. На рисунке 5 представлены эпюры остаточных напряжений в сварной модели из стали 15ХСНД до обработки зоны сварного шва высокочастотной механической проковкой и после нее.

Рисунок 5. Схема сварной модели и графики распределения сварочных остаточных напряжений в исходном состоянии и после обработки (сталь 15ХСНД).
Актуальность неразрушающего контроля сварочных остаточных напряжений











Просмотров: 936 | Комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Поиск По сайту