Определение остаточных напряжений
В настоящее время явно обозначилась тенденция на использование новых материалов при изготовлении сложных промышленных изделий. В первую очередь это проявилось в авиационной промышленности. Данная тенденция привела к необходимости изготовления высокоточных деталей со сложным профилем, работающих в условиях жестких нагрузок и в условиях низких и высоких температур. При изготовлении таких деталей значительное внимание уделяется состоянию поверхностного слоя, во многом определяющего долговечность и надежность изделия в целом и его узлов. Определение остаточных напряжений является необходимым элементом процесса исследования механических характеристик готовых образцов.
Так в требовательной аэрокосмической промышленности нужны крупные монолитные компоненты для обеспечения прочности и жесткости в критических местах планера. Например, дверные коробки самолетов должны быть способны удерживать дверь, выступать в качестве прочного конструктивного элемента и сохранять свою форму для обеспечения герметичного уплотнения. Такие компоненты изготавливаются методом ковки (намного реже штамповкой), затем подвергаются точной обработке для соответствия требованиям конечных допусков.
Если поковка имеет неприемлемые остаточные напряжения, операция механической обработки приведет к деформации, что приведет к негодности (отбраковке) этого очень дорогого элемента. С другой стороны, поверхностный слой детали после резания деформационно упрочняется, что также может привести к невозможности использования уже обработанной детали. Отдельные частицы материала имеют остаточную деформацию, при этом угол между направлением макс. удлинения и вектором скорости резания колеблется в пределах от 15° до 25°.При такой направленности остаточных деформаций < 45° поверхностный слой стремится удлиниться в направлении вектора скорости резания, но лежащие ниже упругонапряженные слои, составляющие единое целое с деформированным поверхностным слоем, препятствуют этому. Поэтому поверхностный слой оказывается в состоянии остаточного сжатия, а лежащие ниже слои, препятствующие удлинению верхнего слоя, – в состоянии остаточного растяжения. После проведения сварочных операций характеристики остаточных напряжений образцов крайне важно определить именно механическими методами, поскольку результат сварки плохо поддается теоретическому расчету.
Раннее обнаружение нежелательных напряжений позволяет проводить более быструю регулировку/уточнение процессов, снижает количество брака, и, следовательно, снижает стоимость изделий.
Для определения остаточных напряжений возможно использовать тензорезисторы TML различного типа, что, при использовании соответствующих систем сбора и обработки данных, позволяет определять остаточные напряжения в поковке перед запуском следующих этапов обработки и уже после процессов механической обработки (фрезеровки и т.п.).
Так как остаточные напряжения это те напряжения, которые остаются в заготовке после снятия нагрузки, измерения проводят сначала до снятия нагрузки затем после снятия нагрузки. Наиболее простым методом является наклеивание на поверхность испытуемого образца специализированных тензорезисторов, например тензорезисторов FRS/FRAS для остаточных напряжений. Данные тензорезисторы спроектированы специально для исследования рассматриваемых процессов. На подложке чувствительные элементы спозиционированы относительно точки, в которой будут проводиться измерения. Точка обозначена на подложке в виде круга. Далее в рамках обозначенного круга высверливается отверстие, глубина определяется расчетно в зависимости от формы образца, материала, температуры и т.п. При исследовании более крупных образцов высверливание возможно вокруг уже смонтированного тензорезистора, в таком случае после наклеивания тензорезистора и первичных замеров, от тензорезистора отпаиваются подсоединительные провода и осуществляется высверливание части образца вместе с наклеенным на эту часть тензорезистором. Высверливание осуществляется в таком случае кольцевыми фрезами или корончатыми сверлами.
Далее осуществляется сравнение первичных показаний смонтированного тензорезистора (до снятия напряжения) и его показаний после сверления (после снятия напряжений). Рассматриваемый процесс, например, определен в стандарте ASTM E837 - 08e1 «Стандартный метод тензометрического определения остаточных напряжений с использованием высверливаемого отверстия».
Главным недостатком этого метода является необходимость нарушения целостности исследуемого образца разрезанием, высверливанием отверстий, нанесением меток и т.д. Это приводит к невозможности применения его к реальной конструкции, необходимости опосредованного исследования путем привлечения образцов-свидетелей. Но этот метод является наиболее информативным.
Метод тензометрического определения остаточных напряжений с использованием высверливаемого отверстия является универсальным и применяется при изучении остаточных напряжений в любых образцах, материалах, в любых технологических процессах и является наиболее широко применяемым механическим методом разрушающего контроля механических свойств деталей.
ООО "Японские измерительные технологии" обладает ассортиментом всего необходимого оборудования для проведения рассматриваемых исследований. Купить систему контроля остаточных напряжений, получить техническую консультацию возможно путем размещения заявки любым удобным Вам способом.
