О способе ультразвукового контроля механических напряжений

Рассмотрен способ ультразвукового контроля механических напряжений, учитывающий неоднородность структуры материала и не требующий разгрузки конструкции или использования образцов эталонов. Способ основан на измерении эхо-методом времен распространения объемных упругих волн и определении относительных величин ν₃₁ и ν₃₂, связанных со структурой материала и механическими напряжениями. Установлено, что в катаном материале между параметрами ν₃₁ и ν₃₂ в отсутствие механических напряжений существует линейная связь, которая нарушается в присутствии напряжений. На базе данного эффекта построен способ определения разности главных напряжений. Показаны основные отличия разработанного способа от известных методов ультразвукового контроля напряжений, теоретически обоснован эффект, позволяющий учитывать неоднородность структуры материала, приведен пример апробации. На основе выражений для скоростей распространения объемных упругих волн в ортотропном материале, состоящем из кубических кристаллитов, и допущении о наличии сформировавшейся при прокатке металла простой пропорциональной связи между коэффициентами функции распределения ориентировок получено аналитическое выражение, которое описывает связь между параметрами ν₃₁ и ν₃₂ в отсутствие механических напряжений. Приведены результаты математического моделирования, которые подтверждают экспериментально наблюдаемую линейную связь между параметрами ν₃₁ и ν₃₂ в отсутствие механических напряжений. Приведен пример использования способа для определения остаточных напряжений в стальной сварной пластине. Проведено сравнение результатов ультразвуковых и электротензометрических измерений. Отмечены особенности описанного способа определения напряжений и обозначены границы применимости.

1. Гузь А. Н., Махорт Ф. Г., Гуща О. И. Введение в акустоупругость. — Киев: Наукова думка, 1977. — 160 с.

2. Гузь А. Н. Упругие волны в телах с начальными напряжениями. Общие вопросы. — Киев: Наукова думка, 1986. — 376 с.

3. Бобренко В. М., Вангели М. С., Куценко А. Н. Акустическая тензометрия (теория и практика). — Кишинев: Штиинца, 1991. — 248 с.

4. Никитина Н. Е. Акустоупругость: Опыт практического применения. — Н. Новгород: Талам, 2005. — 208 с.

5. ГОСТ Р 52731–2007. Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля механических напряжений. Общие требования. — М.: Стандартинформ, 2007. — 8 с.

6. ГОСТ Р 52890–2007. Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля напряжений в материале трубопроводов. Общие требования. — М.: Стандартинформ, 2009. — 12 с.

7. Курашкин К. В., Мишакин В. В. Оценка остаточных напряжений с помощью ультразвука / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 4. С. 54 – 58.

8. Пат. 2598980 С2 Российская Федерация, МПК G01N 29/04. Ультразвуковой способ определения остаточных напряжений в сварных соединениях трубопроводов / Курашкин К. В., Мишакин В. В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиностроения Российской академии наук. — № 2014143229/28; заявл. 27.10.2014; опубл. 10.10.2016. Бюл. № 28.

9. Мишакин В. В., Гончар А. В., Курашкин К. В., Данилова Н. В. Исследование разрушения при статическом нагружении сварных соединений акустическим методом / Тяжелое машиностроение. 2009. № 7. С. 27 – 30.

10. Allen D. R., Sayers C. M. The measurement of residual stress in textured steel using an ultrasonic velocity combinations technique / Ultrasonics. 1984. Vol. 22. N 7. P. 179 – 188.