|
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Проблема повышения надежности и долговечности деталей и изделий из высокопрочных сталей в машиностроении требует применения методов неразрушающего контроля, как на этапе отработки технологии производства, так и в процессе изготовления и эксплуатации. Одним из наиболее перспективных методов неразрушающего контроля механических напряжений в металлоизделиях из высокопрочных конструкционных сталей является метод эффекта Баркгаузена, основанный на регистрации магнитных (МШ) и акустических шумов (МАШ) перемагничивания. 2. В рамках потенциально-энергетической теории эффекта Баркгаузена рассмотрена статистическая модель формирования энергетических и эмиссионных характеристик магнитного шума, макропараметры которой, UM максимальная амплитуда огибающей магнитного шума, Нм положение максимальной амплитуды UM по значению поля перемагничивания, а также NM максимум числа выбросов магнитного шума, однозначно определяются уровнем микрои макронапряжений, что позволяет использовать эти параметры для разработки новых алгоритмов контроля механических напряжений в изделиях из высокопрочной конструкционной стали. 3. В рамках модели сигналов МАШ при магнитострикционной деформации от скачков Баркгаузена, аналогичной механизму возбуждения сигналов акустической эмиссии при пластической деформации, рассчитаны энергетические и эмиссионные характеристики МАШ. Проанализирована зависимость этих характеристик от параметров измерительной аппаратуры, объема СБ и магнитострикции. Установлено, что последняя определяет их взаимосвязь с внутренними и внешними напряжениями и объясняет двухгорбный характер изменения огибающей сигнала МАШ. 4. Показано, что параметр UM, равный максимальному значению сигналов МШ, отражает энергетические свойства МШ, параметр Нм 172 |
сигналов акустической эмиссии при пластической деформации,рассчитаны энергетические и эмиссионные характеристики МАШ. Проанализирована зависимость этих характеристик от параметров измерительной аппаратуры, объема СБ и магнитострикции. Последняя определяет их взаимосвязь с внутренними и внешними напряжениями. Показано, что метод регистрации выбросов МАШ за нулевой уровень селекции уменьшает влияние расстояния между зонами возбуждения и регистрации на параметры МАШ. 7. Предложен и обоснован метод определения числа СБ в ферромагнетике, помещенном в постоянное магнитное поле, путем электролитического снятия его поверхностного слоя. Установлено, что существует прямо пропорциональная зависимость между скоростью электрохимического разрушения ферромагнетика и частотой следования СБ. ь 100 е ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Системный подход к проблеме анализа и регулирования остаточных напряжений требует применения методов неразрушающего контроля как на этапе отработки технологий, так и в процессе изготовления и эксплуатации изделий из высокопрочных сталей. В качестве таких методов в работе использованы методы, основанные на регистрации магнитных (МШ) и акустических шумов (МАШ) перемагничивания. 2. Создана теория формирования МШ и МАШ, развивающая новые принципы построения средств и алгоритмов контроля технологических напряжений. При этом решены следующие задачи: 2.1. Разработана стационарная модель МШ, включающая: получение аналитического выражения формулы импульса ЭДС скачка Баркаузена (СБ), наводимого в измерительной катушке, с учётом динамики и местоположения СБ, характера электродинамических процессов в ферромагнетике и материале проводящего покрытия, геометрических размеру измерительной катушки и ферромагнетика, и определение спектральных характеристик МШ в рамках модели «дробового шума». Исследование модели показало, что наличие в ферромагнитном металле с положительной магнитострикцией растягивающих внутренних напряжений увеличивает амплитуду и уменьшает ширину спектра МШ, а наличие сжимающих напряжений уменьшает амплитуду и увеличивает ширину спектра МШ. У металлов с отрицательной магнитострикцией должна наблюдаться обратная зависимость. 2.2. В рамках потенциально-энергетической теории эффекта Баркгаузена (ЭБ) разработана нестационарная модель формирования огибающей магнитного шума (ОМШ) макропараметры которой, Вм максимум, Ни положение этого максимума по полю перемагничивания, определяются уровнем микрои макронапряжений. Установлено, чтоI однозначный и обратный характер изменений Вм и Нм от уровня микрои макронапряжений позволяет использовать параметры ОМШ для разработки новых алгоритмов контроля напряженного состояния деталей из высокопрочных конструкционных сталей: для повышения чувствительности контроля уровня приложенных напряжений параметр R, пропорциональный отношению амплитуды и поля максимума ОМШ; для повышения достоверности оценки макронапряжений в случае, если структурное состояние контролируемого материала заранее неизвестно, параметр Р, пропорциональный произведению амплитуды и поля максимума ОМШ. 2.3. На основе нестационарной модели разработана методика расчета текущих энергетических и эмиссионных характеристик МШ. Получены аналитические выражения для определения числа выбросов МШ как функции уровня амплитудной селекции и его средневыпрямленного значения. В рамках методики сформулированы требования к выбору оптимального значения интервала временной селекции при измерении i S i . текущих характеристик МШ. Получены выражения, позволяющие с достаточной для инженерной практики точностью рассчитать интервал временной селекции в приборах, основанных на регистрации текущих энергетических и эмиссионных характеристик ЭБ. Разработан и обоснован метод повышения надежности контроля, основанный на регистрации выбросов МШ за нулевой уровень селекции. 2.4. На основе аналогии механизму возбуждения сигналов акустической эмиссии при пластической деформации создана теория энергетических и эмиссионных характеристик,, МАШ. Исследована зависимость этих характеристик от параметров измерительной аппаратуры, объёма СБ и магнитострикции. Установлено, что последняя определяет их взаимосвязь с механическими напряжениями и объясняет двухгорбьщ характер изменения огибающей МАШ (ОМАШ). Показано, что метод измерения выбросов МАШ за нулевой уровень селекции уменьшает влияние расстояния между зонами возбуждения и регистрации МАШ на параметры сигналов. Общий случайный характер МШ и МАШ при перемагничивании позволяет определить отношение интервала временной селекции к периоду перемагничивания на уровне 0,02 -г0,03 при регистрации текущих энергетических и эмиссионных характеристик этих сигналов. 3. Теоретически и экспериментально исследованы конструкции и режимы работы первичных преобразователей МШ и МАШ. 3.1. Исследованы особенности использования для контроля технологических напряжений преобразователей с круговой диаграммой перемагничивания. Показано, что неоднозначный характер изменений параметров максимума ОМШ ограничивает применение таких преобразователей диапазоном напряжений, величина которого зависит от соотношения постоянной кристаллографической анизотропии и магнитострикции насыщения контролируемого материала, однако4 перспективно их применение при контроле напряжений с использованием параметров R и Р. 3.2. Исследованы конструктивные особенности первичных преобразователей МАШ и предложена конструкция с улучшенным отношением сигнал/шум. Предложены режимы перемагничивания и регистрации сигналов МШ и МАШ, удобные для их совместного , использования при решении задач неразрушающего контроля. Установлена естественная избирательная чувствительность МШ к изменению свойств поверхностных слоев и интегральная чувствительность МАШ к изменению свойств всего объёма перемагничивания металлоизделий. Слабое затухание сигналов МАШ в металлах позволяет использовать их для контроля трудных для доступа зон изделия. 3.3. Выявлены источники погрешностей первичных преобразователей МШ и МАШ. Выработаны рекомендации и приведены технические решения, улучшающие их характеристики. Все технические решения защищены авторскими свидетельствами на изобретения. 4. Теоретическое и экспериментальное исследование МШ и МАШ при нагружении высокопрочных сталей позволило разработать и внедрить в 332 |