Способ определения неупругих составляющих внутренних напряжений контролируемого объекта

 

1.СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕУПРУГИХ СОСТАВЛЯЩИХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯ- ЖЕНИЙ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что в объекте при ис ходной температуре возбуждают колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту, затем нагревают объект, повторно возбуждают в нем колебания на собственной частоте , измеряют ее и по измеренным значениям.частот определяют внутренние напряжения, отличаю щи ис я тем, что, с целью повышения точности, изготавливают цилиндрические образцы из того же конструкционного материала, подбирают для них режим стабилизирующего отжига, для чего в них возбуждают продольные колебания на собственной частоте и.измеряют эту частоту до и после режима отжига, а за искомый режим принимают такой,который дает максимальное изменение этой частоты при минимальной температуре, подвергают все образцы стабилизирующему отжигу на найденном режиме, подбирают для них режим механической обработки поверхности резанием, создающий в поверхностном слое взаимно компенсирующие дефекты структуры, для чего в них.возбуждают продольные колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту до и после механической обработки, а за искомый режим принимают такой, который дает минимальное изменение этой частоты-, обрабатывают на этом режиме поверхность исследуемого объекта перед измерением частоты при исходной температуре, после измерения этой частоты нагревают объект по режиму, соответствующему режиму ста-билизирующего отжига, повторно возбуждают колебания после окончания отжига при исходной температуре и определяют внутренние напряжения сл по разности измеренных частот. 2, Способ ПОП.1, отлича ющ и и с я тем,, что, с целью определения также и перераспределяющейся и неперераспределяющейся упругих составляющих внутренних напряжений , изготавливают партию объектов ч не менее 10-20 штук, а после определения в них неупругих состаляюОд щих внутренних напряжений измеряО5 ют температурный коэффициент электро сопротивления каждого объекта, выявляют объект с наиболее упорядоченной структурой по номинальному значению температурного коэффициента электросопротивления, подвергают каждый объект силовому нагружению в области напряжений, не превосходящих предел пропорциональности , со скоростью, обеспечивающей перераспределение напряжений в объекте , измеряют в процессе нагружения каждого объекта его деформацрш и по отклонению диаграмм напри

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (! 1) . (5()4 G 01 В 17/04 (21 ) 3665596/3677028/25-28 (22 ) 13, 09, 83 (46) 07.09,85, Бюл, № 33 (72) П,К.Янышев (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №- 894360, кл. G 01 В 17/0 1, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 327379, кл, G 01 В 17/04, 1972. (54 ) (5 7 ) 1 . СПО СОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Н ЕУПРУГИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОБЪЕКТА, заключающийся в том, что в объекте при ис. ходной температуре возбуждают колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту, затем нагревают объект, повторно возбуждают в нем колебания на собственной час— тоте, измеряют ее и по измеренным значениям. частот определяют внутренние напряжения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения

1 точности, изготавливают цилиндрические образцы из того же.конструкционного материала, подбирают для них режим стабилизирующего отжига, для чего в них возбуждают продольные колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту до и после режима отжига, а за искомый режим принимают такой, который дает максимальное изменение этой частоты при минимальной температу ре, подвергают все образцы стабилизирующему отжигу на найденном режиме, подбиреют для них режим механической обработки поверхности резанием, создающий в поверхностном слое взаимно компенсирующие дефекты структуры, для чего в них. возбуждают продольные колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту до и после механической обработки, а за искомый режим принимают такой, который дает минимальное изменение этой частоты, обрабатывают на этом режиме поверхность исследуемого объекта перед измерением частоты при исходной температуре, после измерения этой частоты нагревают объект по режиму, соответствующему режиму стабилизирующего отжига, повторно возбуждают колебания после окончания отжига при исходной температуре и определяют внутренние напряжения по разности измеренных частот.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью-определения также и перераспределяющейся и неперераспределяющейся упругих составляющих внутренних напряжений, изготавливают партию объектов не менее 10-20 штук, а после определения в них неупругих состаляю-.. щих внутренних напряжений измеряют температурный коэффициент электросопротивления каждого объекта, выявляют объект с наиболее упорядоченной структурой по номинальному значению температурного коэффициента электросопротивления, подвергают каждый объект силовому нагружению в области напряжений, не превосходящих предел пропорциональности, со скоростью, обеспечивающей перераспределение напряжений в объекте, измеряют в процессе нагружения каждого объекта его деформации и по отклонению диаграмм "напря1177664 женин — деформацйи" других объектов неперераспределяющуюся и перераспот диаграммы объекта с наиболее упо- ределяющуюся при заданной нагрузке рядоченной структурои определяют составляющие внутренних напряжений.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь15 зовано при определении составляющих внутренних напряжений в различных изделиях и. заготовках материала.

Цель изобретения — повышение точности определения упругих составляющих внутренних напряжений, .а также определение перераспреде- 10 ляющихся и неперераспределяющихся упругих составляющих внутренних напряжений.

На фиг.1 изображена диаграмма растяжения объекта с наиболее упорядоченной структурой; на фиг.2 и 3 — диаграммы растяжения контролируемого объекта с наличием в нем упругой неперераспределяющейся составляющей внутренних напряжений со- 2б ответственно растяжения и сжатия; на фиг.4 — диаграммы растяжения объекта с наличием в них неперераспределяющейся и перераспределяющейся упругих составляющих, 25

Способ осуществляют следующим образом, Иэ того же конструкционного материала, из которого выполнен объект, где требуется определить составляющие внутренних напряжений, изготавливают цилиндрические образцы и подбирают для них режим стабилизирующего отжига, полностью снимающего неупругие внутренние напряжения, превращающие контролируемое тело в линейную систему.

Возбуждают в образцах продольные колебания на собственной частоте и измеряют частоты собственных колебаний.Термообрабатывают образцы при различных температурах нагрева и постоянных других параметрах режима (время. . выдержки, скорость охлаждения). Повторно возбуждают колебания образцов, иэм "ряют частоты их собственных колебаний и вычисляют приращение частоты каждого образца после отжига. Строят зависимость приращения частоты от переменного параметра режима термообработки — температуры нагрева, Максимальное приращение частоты при минимальной температуре нагрева характеризует искомый режим, Параметры режима зависят от энергии накопленных дефектов структуры,т.е. могут изменяться для определенного материала в широких пределах. Так, для Ст.45 они составляют : Т =

560 С, t = 140 мин, Б (120 С, Подвергают все образцы стабилизирующему отжигу на найденном режиме и подбирают для них режим механичес- кой обработки поверхности резанием, создающий в поверхностном слое взаимно компенсирующие дефекты структуры.

Обработка конструкционных материалов реэанием сопровождается как силовым,так и тепловым эффектом.

Силовое воздействие вызывает сжимающие деформации, а тепловое — растягивающие. Это позволяет подобрать режим чистовой обработки, при котором силовое и тепловое воздействия взаимно компенсируются, т.е. не образуется измененный поверхностный слой, Приращение частоты собственных колебаний образца при этом имеет минимальное значение.

Для определения параметров этого режима берут несколько образцов, Стабилизируют их до полного снятия неупругих внутренних напряжений, возбуждают в них продольные колебания на собственной частоте и измеряют частоты собственных колебаний.

Затем протачивают образцы при посто» янной глубине резания, а скорость резания и подачу изменяют от образца к образцу.

Повторно возбуждают в образцах продольные колебания на собственной частоте, измеряют частоты их собст- °

1177664 а2 -, E

У венных колебаний, вычисляют приращение частот и результаты сводят в таблицу, Искомый режим определяется по минимальному приращению частоты продольных колебаний, На этом режиме обрабатывают поверхность исследуе мого объекта . Затем при исходной температуре, значение которой измеряют и фиксируют, возбуждают колебания объекта на собственной частоте.

Эту частоту измеряют с точностью

-6 до 10 — 10 от ее абсолютного значения.

Нагревают объект по режиму, соответствующему найденному ранее режиму стабилизирующего отжига,.

После окончания отжига и охлаждения объекта до исходной температуры повторно возбуждают в объекте колебания на собственной частоте и измеряют эту частоту. Разность частот до и после отжига используют для определения составляющих внутренних напряжений.

Величина неупругих внутренних напряжений определяется по формуле, которая получена опытным путем для продольных колебаний свободно опертого стержня где Š— модуль упругости;

Д вЂ” приращение частоты, обусловленное внутренними напряжениями; а — коэффициент связи между тем— пературными и механическими напряжениями, определяемый открытым путем; абсолютное значение частоты колебаний объекта.

По одному из вариантов осуществления способа для раздельного определения перераспределяющейся и непераспределяющейся упругих составляющих внутренних напряжений изготавливают партию объектов не менее 10-20 шт, а после определения в них неупругих составляющих внутренних напряжений описанным способом измеряют температурный коэффициент электросопротивления каждого .объекта.

Сравнивая измеренное значение тгм пературного коэффициента электросопротивления с номинальным значением для данного материала при отсутствии в нем внутренних напряжений, выявляют объект с наиболее упорядоченной структурой, который в дальнейшем принимается для всей партии за эталон.

Затем все объекты в партии последовательно подвер ают силовому нагру,.с жению заданной расчетной нагрузкой

-и измеряют деформации объекта, позволяющие построить диаграмму нагружения. Заданную нагрузку выбирают такой величины, чтобы объект работал в области напряжения, не превосходящей предел пропорциональности конструкционного материала объекта.

Нагружение ведут со скоростью, обеспечивающей перераспределение напря— жений в объекте. В результате регистрации процесса нагружения объекта получают диаграмму "напряжения-де— формации". Для объекта с наиболее упорядоченной структурой эта диаграм.ма может быть условно принята за диаграмму напряжения идеально упругого тела (фиг.1), начинающуюся из начала координат.

Для разделения неперераспределяющейся и перераспределяющейся упругих составляющих внутренних напряжений на диаграмме. исследуемого объекта проводят из точки, делящей эту кривую.на прямолинейный и криволинейный

° участки, прямую под углом наклона, равным углу наклона кривой объекта, принятого за эталон (фиг.4).

Отсчет величины внутренних напря4 жений с учетом знака производится в принятом масштабе для неперераспределяющейся составляющей относительно нулевой нагрузки по оси ординат, а для перераспределяющейся по приращению напряжений при заданном воздействии за счет приращения угла наклона диаграммы растяжения конт-ролируемого объекта относительно эталона.

Использование способа опред< .— ния внутренних напряжений обеспе . ..чивает по сравнению с существующими повышение точности определения ннутренних напряжений и снижение трудо55 емкости операции контроля.

1177664

Лриращение частоты собственных колебаний образцов, Гц при числе оборотов шпинделя, об/мин

1800 2240 2800

Подача, мм/об

560 900 1)20 1400

Фиг. Z

Составитель Н,Тимошенко

ТехредМ, Надь Корректор < Зимокосов

Редактор Е. Папп

Заказ 5541/41- Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,:Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0 05

0,088

О,!08

О,!33

0,147

139 0 130,7

85,6 83,1

29,6 24,2

-65,0 -81,8

-96,8 -102,7

1!5,8

77,8 . 20,8

-91,2

-l10,9

108,2

72,1

14,5

-94,6 †1,3

103,7

68,3

9,0 — lОl 3

-141,9

92,8

57,0

-0,8

-117,8

-159,2

79,3

52,4

-2,7 †1,9

-173,9