Использование локального импульса тока высокой плотности и

Зварювання та споріднені процеси і технології
ІІ Всеукраїнська науково-технічна конференція молодих учених та студентів
Использование локального импульса тока высокой плотности и электронной спеклинтерферометрии для определения остаточных напряжений в узлах и элементах
конструкций
УДК 539.384
Авторы: Лобанов Л. М., Пивторак В. А., Савицкий В. В., Ткачук Г. И.
Институт электросварки им.Е.О.Патона НАН Украины
Одной из важных задач при производстве, проектировании и эксплуатации сварных
конструкций является контроль их напряженного состояния. Остаточные напряжения
оказывают существенное влияние на прочность конструкций. Поэтому необходимы методы
оперативного и достоверного определения остаточных напряжений (ОН) в объектах.
Целью данной работы является создание неразрушающего метода определения
остаточных напряжений в сварных конструкциях на основе применения локального импульса
тока. Предполагается, что при введении импульса тока высокой плотности в исследуемый
элемент, в окрестности точки введения тока происходит локальная релаксация напряжений,
как при высверливании отверстий.
Для введения импульсов тока в исследуемый участок объекта использовался
созданный в Институте электродинамики НАН Украины источник питания, который имеет
широкие
возможности
регулирования
основных
электрических
параметров
системы,
обеспечивая необходимую амплитуду и длину импульса тока. Электродная система позволяют
вводить в исследуемый материал импульсный ток плотностью более 109 Вт/м2, воздействие
которого приводит к возникновению перемещений в окрестности точки ввода. Значения
перемещений зависят как от уровня ОН в точке введения импульса, так и от таких параметров
электродной системы как зарядное напряжение U на конденсаторном накопителе емкостью C,
индуктивность L .
Для определения влияния параметров электродной системы на релаксацию напряжений
проводились тестовые эксперименты на балке равного сопротивления изгибу. В результате
перераспределения напряжений, обусловленного введением импульса тока, в окрестности
точки введения импульса возникали перемещения, которые регистрировались бесконтактным
методом электронной спекл-интерферометрии [1]. Разработанный в Институте электросварки
им. Е.О.Патона спекл-интерферометрический прибор позволяет регистрировать перемещения
точек поверхности в диапазоне от 0,03 до 3 мкм.
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: [email protected]; tel (+380512) 709444; 709105|
Зварювання та споріднені процеси і технології
ІІ Всеукраїнська науково-технічна конференція молодих учених та студентів
В работе показано, что при введении импульса тока не происходит полной релаксации
напряжений, а также присутствует начальный эффект воздействия импульса тока на
перемещения в образце без напряжений. Для того, чтобы определить оптимальные
параметры электродной системы были предложено использовать критерии k и b, по которым
оценивалась эффективность релаксации напряжений в результате введения импульса тока:
k = ( uxi1- uxi0) / uxh1,
b = c uxi0 E / r ,
где uxi0 и uxi1 — перемещения ux,
r=1,25
мм
, измеренные методом электронной спекл-
интерферометрии на расстоянии r = 1.25 мм от точки введения импульса тока в образце с
модулем
упругости
Е
и
напряжениями
соответственно
xx=0
и
xx=1
,
uxh1 — перемещения ux, r=1,25 мм ,вызванные высверливанием отверстий диаметром и глубиной 1
мм в объекте с напряжениями xx=1.
На тестовом образце из сплава АМг6 создавались напряжения xx и вводился импульс
тока. На основе данных о перемещении точек поверхности в окрестности точки введения
импульса тока в контролируемый участок, полученных методом электронной спеклинтерферометрии, определялись значения k и b, которые обусловлены параметрами
электродной системы. Изменение параметров электродной системы, используемой для
локальной релаксации напряжений, приводит к изменению коэффициентов b и k. Чем больше
значения k, тем выше чувствительность метода определения ОН при использовании данной
электродной
системы.
Параметры
электродной
системы
оптимизировались
с
целью
увеличения значений k и снижения b. Исследование влияния величины зарядного напряжения
U конденсаторной батареи на b и k, показало, что с увеличением напряжений U,
увеличиваются значения b и k. При увеличении индуктивности L уменьшается скорость
нарастания тока и увеличивается время его воздействия на материал, что приводит к
уменьшению размера деформированного
участка от воздействия импульса тока.
С
уменьшением емкости C значения коэффициентов b и k также уменьшаются.
Анализ полученных экспериментальных данных показал, что основным фактором,
который оказывает влияние на b и k , является значение максимального тока.
На основе предположения, что остаточные деформации, которые регистрируются
методом электронной спекл-интерферометрии после введения импульса тока, являются
следствием снижения предела текучести материала при протекании в нем электрического тока
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: [email protected]; tel (+380512) 709444; 709105|
Зварювання та споріднені процеси і технології
ІІ Всеукраїнська науково-технічна конференція молодих учених та студентів
высокой плотности, а также суммарным
действием напряжений, вызванных джоулевым
тепловыделением и пондеромоторными силами, в сумме превышающих сниженный предел
текучести исследуемого объекта, была разработана математическая модель, описывающая
напряженно-деформированное состояние объекта, находящегося под действием внутренних
напряжений, после введения импульса тока. Используя зависимости электрического тока I(t) и
контактного напряжения U(t) на электроде от времени t, данная модель позволяет
прогнозировать значения остаточных деформаций ux, вычислить k и b, а также оценить
эффективность параметров электродной системы, соответствующих зависимостям I(t) и U(t).
Результаты численного моделирования
хорошо коррелируют с полученными
раннее
экспериментальными данными и подтверждают наличие линейной зависимости перемещений
ux, r=1,25 мм от уровня остаточных напряжений xx=1 при условии -0,5 < 1 < 0,5.
Проведенные экспериментальные и теоретические исследования влияния ОН
и
параметров электродной системы при введении импульсов тока высокой плотности в
материал на уровень остаточных деформаций позволяют разработать новую методику
неразрушающего определения остаточных напряжений в узлах и элементах конструкций.
Литература:
1. Методика определения остаточных напряжений в сварных соединениях и элементах
конструкций
с
использованием
электронной
спекл-интерферометрии
/
Л. М. Лобанов,
В. А. Пивторак, В. В. Савицкий, Г. И. Ткачук // Автомат. сварка. – 2006. – № 1. – С. 25–30.
|web-site: conference.nuos.edu.ua | email: [email protected]; tel (+380512) 709444; 709105|