автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Оценка характеристики циклической прочности конструкционных сталей и сварных соединений магнитно-индукционным методом

Государственная Академия нефти и газа им. И.М.Губкина

На правах рукописи

ЯКИРЕВИЧ Даниил Исаакович } V Б ^ уДК: 621.791:620.178.3

ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИИ МАГНИТНО-ИНДУКЦИОННЫМ МЕТОДОМ

Специальность .• 05.03. 06-технология и машины сварочного производства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой ¿степени доктора технической наук в Форме научного доклада

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском институте стали и сплавов, уроком сельскохозяйственном институте. Государственной Академии еФти и газа им. И.Ы.Губкина.

Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор И.В.Зуев доктор технических наук, профессор Г.И.Макаров доктор технических наук, профессор В.Ф.Терентьев

Ведущее учреждение - Центральный научно-исследовательский нститут проектирования стальных конструкций.

Защита состоится

1994 Г.

часов на заседании специализированного Совета Д 053.27.13.

при Государственной Академии нефти и газа им. И.Н.Губкина ( ГАНГ им. И. М. Губкина.)

Отзывы на научный доклад просим присылать в 2-х экземплярах по адресу : г. Москва, Ленинский пр., 65. ГАНГ им. И.Н.Губкина,

секретарю Совета.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке ГАНГ им.И.М.Губкина.

Научный доклад разослан " /1^'Т "¿У^-^О^-сН. 1994 г.

Ученой секретарь специализированного Совета, доктор технических наук

Е.Е.ЗОРИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

С каждым годом возрастают требования к надежности и долговечности конструкционных сталей и сварных соединений, применяемых 9 нефтегазодобывающей и прорабатывающей промышленности, их сопротивляемости воздействие активных сред с учетом изменения исходных свойств в процессе изготовления и эксплуатации конструкций. Это определяет необходимость подбора новых материалов, выбора технология их обработки и сварки. Прогресс в реализации резервов прочности металлов достигну? в последние.годы в рамках нового научного направление - синергетики. Успешно применяется у нас Ш.Н.Моисеев, В.Л.Клиионтович и др.) и за рубежом (Н.Пригокии, Г.Хакан и др.) теория самооргакизуссс«ел структур к решению актуальных задач материаловедения, Введены представления о структурных уровнях деформации (В.Е.Яанин и др.), развита концепция фрапталъной нехйни-ки разрушения (B.C.Иванова и др;.созданы новые технологические процессы обработки поверхности и сварки металлов с применением .■эффектов автоколебаний температурных полей при использовании концентрирован;!)« потоков энергии {Н.В.Зуев и др.).

Испытания материалов и сравнительная оценка их характеристик являются необходимым этапом разработки технологий, обработки и сварки, обеспечивающих оптимальные структурные состояния и механические свойства в соответствии с условиями сдуяйи. Большинство деталей и элементов конструкций работают в режиме повторно-силового нагружения и подверйены усталостному разрушению. Значение вопросов, связанных с усталостью материалов, постоянно возрастает. Это требует многопараметрической оптимизации структуры.с учетом • характеристик циклической прочности и трещиностойкости в условиях подобия локального разрушения. Существует проблема экспрессного определения характеристик усталости и грещиностойкости материалов неразрушавщими методами, так как традиционные методы их оценки цяителькы и дорогостоящи, связаны с применением сложного и пре- ■ цозионного оборудования, испытанием до разрушения большого количества однотипных специальных образцов, отличающихся по физико-механическим свойствам. Особенно это присуще сварным соединениям, которые представляют собой, как отмечает О.И.Стеклов» "сложную физико-химическую, механическую и электрохимическую макро- и мкрогетерогеннуй систему» характеризующуюся неоднородностью ;воЙста". .

ч

и результате характеристики циклической прочности однотитп-ак сварных соединений различаются весьма существенно {И.В.Кудрявцев, В.X.Цензе и др.), что приводит к необходимости усталостного испытания большого количества образцов для получения достоверных Результатов. Это столь дорого и длительно, что испытания на усталость и трещиностойкость не могут себе позволить лаборатории даже крупных предприятий и проводятся в особо ответственных случаях (в авиационной технике и ядерной энергетике). -

Между тем для изготовления сварных конструкций используется около ¡30 % проката конструкционных сталей, а в нефтедобывающем комплексе используется более 10 % металлофонда страны. В связи с этим разработка ускоренного нераэрушаодего метода и оборудования для оценки усталостных свойств конструкционных сталей и их сварных соединений относится к числу важных проблем современного материаловедения.

Методологической основой метода является синергетика, подходы которой позволяют зццелит,ь пороговые параметры, отвечающие точкам неустойчивости системы (точкам бифуркации), несущие максима лькуц информации о свойствах среды. Деформируемые материалы является самоорганизующейся системой, в которой временные процессы пластической деформации, развивающиеся вдали от термодинамического равновесия, имеют характерные признаки нелинейности и необратимости. Это позволяет использовать принципы синергетики для разработки новой методологии определения характеристик прочности конструкционных материалов неразрушащими методами и с их понощыо осуществлять выбор оптимальных для заданных условий эксплуатации материалов и режимов сварки.

Результаты научных и экспериментальных исследований, выполненных автором на кафедре "Пластическая деформация специальных сплавов* Московского института стали и сплавов, кафедрах физики Московского гидромелиоративного и Курского сельскохозяйственного институтов, кафедре "Сварка и защита от коррозии" Государственной академии^ нефти и газа им.И.Ы.Губкина с 1966 по 1993 годы позволили создать неразрушающий ускоренный метод оценки характеристик циклической прочностимтрещиностойкости конструкционных сталей и сварных соединений, разработать аппаратуру и измерительную технику для компьютерного анализа измеряемых параметров, дающих возыож- • ность оптимиьириьать структуру и механические свойства с учетом характеристик усталости и трещиностойкости.

Постановке и ревению ьтой фундаментальной проолемы послужил

Координационный план Научного Совета Президиума АН СССР "Новые процессы получения и обработки металлических материалов по раз- ' делу "фиэикохимцческая механика разрушения конструкционных материалов" .

. Цель диссертационной работа - разработка на основе подходов синергетики методологии нераэрушающего метода ускоренных усталостных испытаний конструкционных сталей и их сварных соединений, применение его к оптимизации технологических рекимоа сварки с учетом характеристик усталости, оценке усталостных свойств сварных соединений в процессе эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в развитии методологии и способа определения сопротивления усталостному разрушении конструкционных сталей и сварных соединений ускоренным керазрушащим методом путем выделения точек бифуркационной неустойчийости системы при .'циклическом нагруженик по характеру изменения амплитуды высших гармонии (ЕЛ ЭДС магнитной индукции ферромагнетика.

Основные научные результаты, защищаемые автором:

1. Установлен магнитоупругий эффект в ферромагнетиках, подвергнутых предварительному циклическому нагруженио, который проявляет^ в спонтанном изменении амплитуд ВТ ЭДС индукция после наг-ружония материала в точке бифуркации уровнем напряжений, равном его пределу выносливости.

2. Выявлена взаимосвязь структурных состояний стали и сварных соединений с амплитудами ВТ магнитной иццукции, заключавшаяся а том, что в свариваемых сталях с феррито-перлитноЯ <Ф-П) структур рой наибольшей чувствительностью к напряженному состоянию .обладает 3-я, а с бейнитной (Б) и бейнитно-мартенситной (Б-Ш структурами - Б-я и 7-я гармоники.

3. Выявлен осциллирующий характер зависимости амплитуд ВТ. индукции от величины напряженности магнитного поля К. в ферромагнетиках. Минимум зависимости отвечает неустойчивому магнитному состоянию система в полэ1!Нк, названном критическим. Определена зависимость Нк от процентного содержания феррита в структурном.составе зоны термического влияния (ЗТЗ). С уменьшением ферритной фазы значение Нк увеличивается.

4. Установлена взаимосвязь между параметрами, отвечавшими предыдущей и последующей точке бифуркации; показано, что напряжен ния» отвечающие границам реализации областей много- ( ) и малоцикловой ( б-*4 ) .усталости связана отношениями 6.,/ б"_"'а05Т

либо е^., /бг.7 -"о.та.

&.,'.Выявлен дискретный характер изменения предела выносливости конструкционных сталей и сварных соединений в процессе накопления усталостных повреждений.

Практическая ценность и внедрение результатов.работ:

1. Разработан автоматизированный измерительный комплекс и программное его обеспечение для определения характеристик циклической прочности сталей и сварных соединений ускоренным неразру-шащим методом.

2. Развитые методология л метод позволили осуществить много-параметрическу», с учетом усталостных характеристик, оценку механических свойств сталей и зон сварных соединений с целью оптимизации структуры и выбора режимов сварки.

3. Ыетод позволил сократить длительность испытаний в '¿Ь-ЗО рад, снизил металлоемкость ооразцов в 1Ь-20 раз, повысил точность измерения предела выносливости до 3-Ь % против I0-I5 %, предусмотренных ГОСТсы 19033-74.

4. Возможность многократно испытать на усталость один и тот кь образец позволяет исключить влияние химического и структурного факторов на измеряемые характеристики, что неизбежно при испыта-

' нии серии однотипных образцов, особенно сварных.

и. Разработанный способ нестроения кривой усталости материала по результатам испытания до разрушения одного образца позволяет прогнозировать остаточный ресурс элементов и узлов конструкций после различных сроков ¡эксплуатации.

6. Взаимосвязь Ни с долей ферритной фазы структуры позволяет контролировать р^жиы и качество сварки.

Метод исп.льзо&ан для исследования сталей и сеарных соединений, применяемых в хиыическоы машиностроении ££ен1£Шиымаш, I9VS-ISlx> гг.), ранхировйния конструкционных сталеР и их сварных соединений по усталостным свойствам (Институт металлургии им.А.А. Байкйва РАН, ЫШваг^н ,етрооыия, Lvcö- 1So9 гг.), для сц^нли сста-тичного ресурса ¿.депонтов гьиоприьцца, влияния низких климатических температур >ш усгьлестные ^шйстьа сталей и iu еьаршо сиеди-нения, шггиодлцод т«хнол<.'1«к сварки UAhl' им.И.й.Гуокина, 19и?-1сЛЗ Ii*.}. , *

научных pa-j^aotn-v к imy,T впрядена 6 ает^рок.ши сичдь-

ibSbU'i'BÜMV! iiet (!300j)ö l'crWt:.

Обоснованность научных положений и выводов работы обейпе-ивается соответствием характеристик циклической прочности и тр'е-(иностсйкости, полученных методом автора и данным испытаний традиционными методами.

Достоверность полученных результатов Достигнута в результата ^пользования современных методов испытаний, средств измерений и юпытательного оборудования, обеспечивающих достаточную точность >егистрации требуемых параметров, а также применения ЭВМ для об-»аботяи экспериментальных данных.

Личный вклад соискателя. Лично соискателем на основе принци-юв синергетики разработана методология неразрушающего способа юмерения характеристик циклической прочности ферромагнитных материалов, установлен мзпштоупругий эффект в ферромагнетиках, юдвергнутых предварительному циклическому нагруяению, бифурка-доонкая природа предела выносливости и наличие связи между пороговыми напряжениями, отвечающим неустойчивости системы.

Показана возможность оптимизации Параметров термического цин-за сварки с учетом характеристик усталости и трещиностойкости, ;ана оценка свойств и остаточного ресурса при различных условиях жсллуатации сварных соединений. Соискатель разработал принци-7Иальнуо схему измерительного комплекса и составил алгоритм процесса измерения.

Апробация работа. Основные теоретические положения и прак-екчаскиз результате докладывались на конференциях, симпозиумах, мучно-практических со везениях различного уровня:

Международных конференциях - X конференция по неразрушао-цему контролю - Москва (1982), "Сварные конструкции", Киев(1991);

Всесоюзных конференциях - Свердловск (1966), Киев (1971,1980). .«оск&э (1970,1972,1373), Рига (1975), Уфа (2987);

Республиканских конференциях - Москва (1967, 1971,1969, 197?. (933); .семинара* - Москва (1973,1978,1С85), Уфа (19®), Черепо-зец (1989).

Публикации. Основной содержание работы опубликовано в 35 статьях, материалах конференций и симпозиумов и нашло отражение в 12 отчетах о научно-исследовательских работах, выполненных в' . амквх: научно-технических программ.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

I." Теория диссипативных структур как методологическая основа способа определения характеристик циклической прочности материалов

Под усталостью или усталостным повреждением понимают изменение свойсть материалов под действием повторно-силового нагру-кения или деформации, приводящее к разрушению изготовленных из этих материалов деталей или конструкций. Усталостное повреждение, являясь локальными, обычно не сопровождается никакими видимыми изменениями формы или внешнего вида деталей и разрушение кажется внезапным, поэтому особенно опасным. Отличительной особенностью усталости является то, что разрушение может произойти при относительно низких напряжениях, меньших предела текучести. В связи • с этим возникает необходимость установить взаимосвязь между амплитудным значением циклических напряжений с учетом характера наг-ружения (растяжение-сжатие, изгиб и т.д.) и сопротивлением материала усталостному повреждению. Обычно эту взаимосвязь выясняют экспериментально, испытывая до разрушения детали иди образцы на различных уровнях напряжения, построением кривой усталости.

Важной частью этой кривой является правая ветвь в координатах ), имеющая асимптоту, определяющую предельное напряжение, ниже которого усталостное разрушение не должно происходить. Это напряжение соответствует пределу выносливости 6., (для материалов, имеющих этот предел). Статистический, вероятностный характер разрушения, обусловленный естественной неоднородностью материала, приводит к необходимости испытаний несколько образцов на одном уровне напряжений для получения одной точки кривой. Считается поэтому, что единственно надежными методами определения предела выносливости должны быть статистические методы, которые позволяют оценить его наивероятнейшее значение и разброс значений с вероятностью Р » О,Ь (условие равновероятности разрушения),. Ввиду того; что оти методы чрезвычайно длительны, трудоемки и дороги', получили развитие сокращенные или ускоренные методы оценки предела выносливости и построения кривой усталости как разрушающими, так и нераарушающиыи (косвенными) способами.

Широкое применение в практике усталостных испытаний нашли разрушающие ускоренные метода Про, Локати, в особенности при оп-

редзлении предела выносливости образцов одной группы. Методы дают весьма хорошее приближение, достаточное, как считается для многих практических случаев, однако справедливы лишь для'циклически стабильных материалов, число которых весьма ограничено. Методы не учитывают особенностей кинетики усталостного разрушения материалов, т.к. не основаны на физических явлениях, отражающих сложный процесс усталости. '

В основе таких методов лежит единый методологический подхоД-зкспериментально-аналитический или полуфеноменологическия-состав-ление качественных уравнений, отображающих направленность хода процессов, и экспериментальное определение коэффициентов. Такой подход не учитывает взаимосвязи явлвний различных масштабных уровней при усталости с макроскопическими характеристиками усталостной прочности материалов. Это не снижает ценность ускоренных методов для тех случаев, когда они эффективно могут быть использованы, однако нельзя не отметить некоторую девальвацию этих методов в света научных достижений в области механики рааруиенил к ' подходов синергетики. Методология ускоренных разрушающих методов отраничивает перспективы их дальнейшего развития.

Физической основой неразрумаицих методов является использование-эффекта изменения структурна- чувствительных харягтеригуг/ч (электрических, нагннтпых, удельных потерь, модуля упругости, твердости и др.) или сопутствует,ио явления (ву деле кие водсрсдл> эмиссия, йзмзнание теипоратуры t: пр.) при цлклическом нагругэккк образца или детали. Эти изменения с той или иной "рязрег.ак;®?, способностью" отобрвяаот процессы, происходящие в материале при усталости» позволяют проследить кинетику усталостного повреждение. Анализ неразрушаицих. катодов позволяет заключить, что методология методов основана fia сопоставлении результатов испытаний эталонных и контролируем»: овразцоя, Это значительно ограничивает возможности катодов, а измерения на дiot требуемой точности. Косвенные измерения позволяют определить усредиеннко'по макроп-"опичзскому объему физические характеристики. Учитывая локаяь- ■ иость усталостного повреждения» применение таких годов гесьмз 'затруднительно, часто требует рг.?.работ:ш оригинальной аппаратуры, спецкадьннх услошй измерений« .. .,

Проблема состоит я отыскании такого воздействия на систему (испытуемый обрезоц), при котором повреждения а ее локальной микроскопической области' приводят к изменению физических сбойстй в макроскопическом обьемэ.

Для решения проблемы можно использовать синергетические подходы в описании физических процессов» происходящих в материале при циклическом нагрукении.

Синергетика является новым научным направлением, связанным с изучением закономерностей процессов самоорганизации, устойчивости и распада структур различной природа в диссипативньк системах. Термин синергетика, введенный Г.Хакеном, отражает кооперативные (коллективные) процессы, протекающие ъ открытых системах .в результате обмена системой энергией и веществом с окруааацзй средой. В процессе обмена в системах, далеких от термодинамичес- : кого равновесия, возникает динамичекие структуры, названные И.При гокиным диссдаатнаными, По определению, диссипативнае структуры-^ это высокоулорядочекные самоорганизующиеся образования в система^ далеких от термодинамического равновесия', обладающие определенной формой и характерными пространственно-временными размерами. Они отличатся от других структур тем, что существуют только в динамических условиях при постоянном притоке энергии извне. Движущей силой процесса самооргаиизаши диссипативных структур является стремление системы к минимуму производства энтропии. Ото следует из принципа Пригожина-Рленсдорфа, названного принципом минимума производства энтропии, рассматривающих, энтропию отбытых систем и виде 2-х составляющих Л $ « с1« 5 . Первая учитывает производство энтропии внутри системы, а вторая-перекос энтропии через границы системы. Стационарное слаооравно-весное состояние открытой системы, в которой происходит необратимый йрецеес, отвечает условию, при кртором скорость производства энтропии*имеет минимальное значение при данных внешних условиях.

Теорема о минимуме производства энтропии, была доказана для* линейных необратимых процессов. *3,Л.Климонтович расширил принцип минимума производства энтропии, доказав теорему и для нелинейной области. Согласно $ - теореме при критических фазовых переходах через пороговые значения управляющих параметров происходит скачкообразное уменьшение энтропии, и система идет 'по пути •' уменьшения производства энтропии. Таким обрааои, принцип минимума производства энтропии в синергетике является основополагающим.

/Зругйм важнейшим принципом в синергетике является принцип подчинения. При анализе эволюции синергетаческих систем необходимо учитывать тот факт, что ош состоят из множества подсистем, а ого требует введения многих переменных, названных Хакеном "переменными состояния". . . • .

и

Принцип подчинения контролирует в самоорганизующихся системах отбор наиболее приспособленной мода, связанной с достижением критических условий, при которых множество переменных подчиняется одной или нескольким переменным, рыстулаодимк в качество параметров порядка. ' ,

Рассмотренные вьш? основные принципы синергетики контролируй? самсоргг,киээршо диссипативных структур и определяет следующие их свойства:

1. Они соыэоргзIшпу¿>т-ея в открытых системах в результате обмена системы эноргилй и веществом с окружающей средой.

2. Переход устойчивость-неустойчивость систеки носиг спон-таннь-Я характер,

3. Переход к диссипаткгной структуре есть неравновесный фазовый переход, воаникшяций в результате настойчивости предыдущего состояния при достижении управляющим параметром критическо- • го значения» отвечающего точке бифуркации. ' .

4. Система типа дисскпетишой структуры реализуется в результате подчинения множества перемонных одшй или нескольким перо. тнш. „

5. Параметры, кенгродирущие точки бифуркации, облачат свойством масштабной инвариантности с наличием универсальных связей мевду ними. .

Деформируемый металл является диссипативной системой, что позволяет использовать принципы синергетики и свойства диссипа-тивиых структур для разработки новой методологий определения характеристик сопротивления усталостному разрушенио неразрушавдими методами. Это связано с том, что процессы самоорганизации дисск-пативных структур подчиняются одним к тем же принципам, свойственным синэргетическим системам, самой различной природа.

Эволюцию диссипативных структур ножно описывать с помощьо бифуркационных диаграмм при изменении управляющего параметра. Вблизи •точки бкфуйкзцик система находятся в неустойчивом состоя- • нии и небольшое возмущение, скачком перо вода систему в одно из возкоеншс устойчивых состояний с качественном изменением свойств среды ("порядок через флуктуации", Й.Приггаин).

В послэдюкРгоды достигнуты значительные успехи а объяснении физики и механики разрушения кеталлнческих материалов, благодаря подходам синзргетики (Б.Е.Панин, В.А.Лихачев, А.С.Едланкин и др.). Обобшэниз теоретических и экспериментальных-результатов э области •еин-эргегики прочности и разрушения металлических материалов

проведены В.С.Ивановой и даны концепции синергетических моделей разрушения, в том числе усталостного разрушения металлов. Важным для решения поставленных задач являются следующие положения этой концепции:

. ' I. Твердое тело при нагрукении является открытой (диссипа-тивной) системой, находящейся вдали от термодинамического равновесия.

2. Разрушение твердого тела является неравновесным фазовым переходом, эволюцией дисешштивньи структур вблизи точек бифуркации со спонтанным изменением критического параметра порядка системы.

3. Для данного материала существует пороговое значение разрушающего напряжения, при котором возникает зародыи повреждения в виде квазиаморфной фазы.

Такой локальный очаг повреждения в равновесном состоянии системы'не изменяет макроскопические характеристики металла, поэтому не может быть выявлен обычными косвенными методами. Не может быть измерен, следовательно, уровень циклических напряжений, соответствующий пределу выносливости, при котором в материале накапливается необратимые повреждения. Проблема решается на основе подходов синергетики. Система, имеацая нелинейные относительно управляющего параметра свойства, переводится в неустойчивое состояние. Точки бифуркационной неустойчивости являются наиболее информативными для исследования динамических структур и физических свойств системы, так как параметры, отвечаицие им, обладают свойствами универсальности и автомодельности. Появление зародыша усталостного повреждения в локальной микроскопической области приводит к неравновесному фазовому переходу, скочкообразному изменению физико-механических свойств в макроскопическом объеме, что можно зафиксировать прямыми измерениями.

Такил осразои, методология основана на выявлении точек бифуркационной неустойчивости системы и измерений ее характеристик в окрестности этих точек.

При разработке окспресс-нерезрушаюцего метода определения сопротивления усталостному разрушению автором .для выявления то--чек структурных бифуркаций использован ыагнитоупругий эффект (зависимость магнитных свойств ог механических напряжений), что обусловило использование сплавов железа и прежде всего стали и сварных соединений при теоретической и практической разработке -метода.

Конструкционные стали и их сварные соединения относятся к классу ферромагнитных, материалов. Магнитные свойства ферромагнетиков нелинейны благодаря наличию доменов (областей, спонтанно намагниченных до насыщения) и магнитным процессом а магнитном поле. Таким образом материалы, проявляющие нелинейные механические свойства в результате кооперативного взаимодействия различных дефектов под нагрузкой, обладают и нелинейностью магнитных свойств во внешнем магнитном пола? Это позволяет рассматривать их как си-нергетические системы, с единых методологических позиций и во взаимосвязи описывать эволюцию механических и магнитных свойств, только в одном случае источником является механическая энергия, во-втором, - энергия магнитного поля.

2. Структурная бифуркация в ферромагнетиках 2.1. Эволюция доменной структуры в магнитном полз

Анализ магнитных процессов в ферромагнетиках позволяет судить о. смене' механизма намагничивания и эволюции свойств доменной структуры. Яоликристаллический ферромагнетик в отсутствии внесшего магнитного поля и остаточной намагниченности в целом не намагничен, так как векторы спонтанной намагниченности 3$ доменов ориентированы хаотически, т.е.

ГЭ^Соа^-О (2.1)

где V; - обьем I -го домена;

_ угол между. домена и фиксированным направлением. Если ферромагнетик поместить во внешнее поле Н, в нем произойдет перераспределение магнитных моментов элементарных областей и появится результирующая намагниченность. В области технического намагничивания

Первое слагаемое представляет собой рост намагничености 3 за счет увеличения обьемов дошнов с энергетически выгодным направлением ^ относительно поля Н путем перемещения стенок доменов (процесс смещения). Второе слагаемое выражает изменение .намагниченности за счет поворотов "3 ^ по направлению поля (процесс вращения).

Наблюдается,. таким образом, принципиально различные процессы, так как в первом случае магнетик ведет себя подобно жидкости, ьо втором - как твердое тело. Процессы смещения стенок доменов заканчиваются в различных полях Н в зависимости от величины и градиента различного рода "препятствий" (силы анизотропии, внутренние напряжения, пустоты, включения и т.д.). По завершении процесса смещения дальнейшее изменение намагниченности идет путем вращения векторов магнитных фаз по полю Н. Векторы , имеющие несколько направлений легкого намагничивания, определяемые кристаллографическими осями, при вращении займут одно из возможных устойчивых положений, соответствующее минимуму полной энергии кристалла. Неооратлмые магнитные процессы идут По петле гистерезиса, аналитическое выражение которой дано Н.С.Акуловш для поликристаллов. •

H = ^(2')l-0j ' 12.3)

Ь

где К - коэффициент анизотропии;

j "* ■'/tJ v - относительная намагниченность. Уравнение (2.3) качественно описывает процесс намагничивания ферромагнетика. Оно является уравнением 3-й степени относительно ■ ( является функцией И и задано в неявном виде), поэтому может иметь или три вещественные корня, или один вещественный и два комплексно-сопряженные, не имеющие физического смысла. Три вещеЛ венных корня при данном Н даст три значения Э . Два из них, ыЗньзий и юльний, соответствуют устойчивым положениям векторов Уе; •

На рис. 2.1 представлен график уравнения (2.3). Участок ОР*~ начальная кривея намагничивания. При непрерывном переменном изменении Н изменение 3 иудег лишь количественное (на ветвях G. Р и U!P* ). Только при некоторых особых, бифуркационных, значениях Н имеет место качественное изменение характера интегральных кривых, т.е. изменение числа особых точек и характера их устойчивости. , Такими сифуркациониьш значениями параметра являются значения Н ■ + Нк. при которых d.)/dH * О или терпит разрыв. Третий, средний по величина корень, соответствует абсолютно неустойчивому положению некторов (на ветви Рй?). Поэтому в точках Р и й!, ■ OTBt чаа^я.: бифуркационным значениям й • + Нк, векторы "скачком (показано стрелками на ркс.2.1) переходят .в т.Р' и t.Í, . . Осе "катастрофы" связаны со взаимной аннилигяцией устойчивой и

Ряс. Z'.ï Кривая магнитного гистерезиса» соответствующая уравнению (2,3).

на методом высших гармоник (МБГ)

неустойчивой ветви решения. Очевидна аналогия с классической ван-дер-ваальсовской кривой, описывающей фазовый переход -явленно кристаллизации' переохлажденной жидкости. Эта аналогия, отмечает Н.С.Акулов, носит не формальный характер, а "базируется на общности тех явлений, которые возникают при нарушении рпр-. новесия в любой системе, имеюаек несколько состояний равновесия". Смену механизма процессов намагничивания, таким образом, необходимо рассматривать как неравновесный фазовый переход; эволюцию диссилативных структур в точке бифуркации H = Нк> Для поликристаллических ферромагниттгс материалов, как отмечает C.B.Вон-совский, за счет взаимодействия доменов точка бифуркации "смазывается" и выявить ее затруднительно. Задача точного вкспери-менгального определения Нк реше-вихревых токов.

2.2. Бифуркационный магнитный эффект и метод высших

• гармоник

При перемагничиваняи ферромагнетика синусоидальным магнитным полем Н ого индукция В изменяется по петле гистерезиса, которую можно представить рядом Йурье» Амплитудный и фазовый спектр высших членов ряда {гармоник) отражает нелинейные свойства среды. Анализ амплитуд (фаз) таспгос гармоник ЭДС индукции позволяет выявить тонкие аффекты, связанные с нелинейными магнитными свойствам; ферромагнитных материалов. Исследования магнитоупрупк явлений позволили нам экспериментально установить, что МЕГ имеет ряд особенностей и преимуществ в сравнении с измерениями по первой (основной) гармонике ЭДС иедукции С5» 93 .

Характер изменения амплитуд БГ индукции от величины механических напряжений одинаков для всех высших гармоник независимо от номера. Это имеет практическое значение, т.к. позволяет, не теряя и не искажая информации, выбрать для анализа любую ВТ.

2. Чувствительность амплитуд БГ к магнитоупругому эффекту зависит от структурноги состава металла. Длй свариваемых- сталей с Ш-П структурой наивысшая чувствительность для 3-й гармоники, а для сталей с Б и Б-М структурами - для Ь-й и 7-й высших гармоник.

3. При измерении по БГ отсутствует магнитоупругий гистерезис, что повьшает точность измерений.

4. Отсутствует влияние температуры до + 60°С на амплитуды БГ.

5. Впервые экспериментально обнаружена осцилляция амплитуд БГ [ 63 • немонотонное их изменение с увеличением магнитного поля Н. Дальнейшие исследования отечественных и зарубежных авторов (оозор их дан Р.Е,Ершовым) позволяли связать этот эффект со спецификой .магнитных процессов. На рис.2.2 приведены зависимости амплитуды 3-й гармоники ЭДС индукции от поля Н для стали 45. Кривая I получена на калиброванном образце ф 14 мм, кривая 2 - на том же образце после отжига при 1 = 61Ю°С в течение двух часов и охлаждением вместе с печьв.

При с ¡-жиге произошло частичное снятие внутренних напряжений, их уравнивание. Это привело к снижению потенциальных барьеров для движения границ доменов, • поэтому процесс смещения заканчивается в более слабых полях (для идеальных кристаллов теоретически, намагничивание происходит в слабом поле только за счет процесса смещения). Можно утверждать, что минимуму кривой соответствует точка оифуркацик, в которой происходит смена механизма намагничивания, а ьькторы 3 $ доменов находятся в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. Поэтому выявленную осцилляцию • амплитуд ЗГ ЭДС индукции в работе предложено рассматривать как бифуркационный магнитный аффект. 3 окрестности точки бифуркации меняется внутренние. свойства системы при флуктуации параметров. Это отвечает структурной бифуркации, представления о которой введены А.В.Гапэновым-Греховш и М.И. Рабиновичем применительно к гидродинамическим системам.

Значе'ние Нк определяется всей совокупность» свойств материала и учитывает его .прёдисторио. Очевидно, что ¡¡к зависит от структуры стали, т.е. от режима термической обработки. При сварке в зонах термического влияния (ЗТЗ) в зависимости от скорости охлаждения формируется структура с различной долей структурных составлявших. *

ISO

80

Ц0

/

/

г У -Ч

\ »—о-1 ""V

V

200

WO Mk 600 800 HfA/M

Рйс,2.2 Осцилляция ад.плиту^ц 3-;i rapi онинк индукции стали 45. I- кяли(5г овгшнкй образец; а- тот t.c образец, прошедший отс.лг в течение а-х часов при t = oliO О

rioo

Ик,%

Рис.2.3 Зависимость точил бифуркации (Кк)'от доли ферритаЦ.- 4) б структурах ЬТВ стали иЭГСО при различных скоростях ох-ловдения й/в.5. Исходные структуры I- прелгтеестванно Б-М$ 2- сорбит отпуска; 3- ф-Йп; 4 - в-Пз

дяацих. .Сталь С'ЗГЙС является основным свариваемым строительным материалом. Из нее изготовлены половина сварных конструкций. На рис. 2.3 для стала 09Г2С с различным исходным состоянием представлены кривые зависимости Нк от доли ферритной составляющей в .структурах ЗТВ, полученных при разных скоростях охлаждения . Кривым 1-4 соответствуют исходные структурные состояния: I - преимущественно Б-М; 2 - сорСит отпуска; 3 - феррит-перлит пластинчатый (Ф-Пп); 4 - феррит-перлит зернистый (ф-Пз). Зависимости I1 - 41 экспериментально получены при измерении Нк в ЗТВ на сварных образцах указанных групп соответственно. Из представленных данных видно, что с уменьшением доли феррита при возрастании

увеличивается Нк> Эти согласуется с теорией ферромагнетизм »¡а и делшшьм материалов на "мягкие" и "жесткие" по магнитным свойствам. Однозначные зависимости I1- 4' , позволяющие измерить процентную доао феррита в структурном составе ЗТВ по величине Нк и задашГий скорости охлаждения Ул/^-^» Дают возможность проконтролировать соОл^дение технологии сварных расот..

Таким соразом, установлено влияние структуры стали а ЗТВ на оифуркационный магнитный эффект. Ьто позволяет использовать разработанную методологий измерения характеристик сопротивления усталостному разрушении для сварных соединений конструкционных сталей.

<2.3. Связь усталостных повреждений с магнитной структурной бифуркацией

Термин "повреждение" употребляется в научной литературе по усталости в двух аспектах. В первом он соответствует физической природе -необратимых изменений, возникающих в материале при пов-торно-силовоы нагружении. В другом - "повреждение" аналогично понятию "состояние", позволяющее характеризовать историю усталостной обработки, т.е. состояние материала в результате переменной нагрузки, которую он выдержал ранее, и стойкость его к последующему. нагрукений. Данное уточнение позволяет более детально выя-' вить-связь усталостных-явлений с магнитной структурной оифурка-цией н обосновать нД ее основе методику неразруиамцего измерения предела ьынослиьости материала.

Реальный материал уже содержит повреждения на различных масш-

табных уровнях (вакансии, дислокации, дисклинации, трещины). Они огфеделяют формирование и распределение по направлениям легкого намагничивания магнитных фаз и магнитике процессы в'ферромагнетиках. Можно считать, что величина критического поля Нк, при котором векторы ¡3$ доменов находятся в Неустойчивом состоянии, достигается с учетом поврежденного состояния материала.

Твердое тело при нагружении является диссипативнсй систембй. Эти представления, введенные В.Е.Паниным и др., позволили дать физическое обоснование многоуровневому и многостадийному характеру пластической деформации и разрушения.

При подводе механической энергии в металле создаются термодинамически благоприятные .условия для образования новых, элементарных для данного уровня, повреждений и их коллективного взаимодействия. При достияонии критической плотности повреждений в локальной области происходит спонтанная смена диссипативной структуры. Движущей силой процесса является стремление системы к снижению скорости производства энтропии. С позиций синергетики прв-' реядаемость и разрушение рассматривается В.С.Ивановой как неравновесный фазовый переход кристаллической фазы э квазиаморфную и квазиаморфной фазы в деструктивную при накоплении в локальном объеме металла предельной плотности энергии деформации.

Усталостное разрупение имеет свою специфику и прежде всего различие в поведении поверхностных и объемных частей металла, усилие роли коллективных дислокационных эффектов, образование свойственных только циклическому нагружени» типов дислокационных ^ "а

структур. Усталостное повреждение начинается в локальных перенапряженных обьемах поверхности металла. Н.С.Акуловым отмечалось, что в случае достижения предельной плотности дислокаций, в этих обьемах одновременно сосуществуют две фазы: кристаллическая и хвазижидкая в виде скопления активных дислокаций. Оое фазы находятся в динамическом равновесии, так как в процессе флуктуаций элементы кристаллической фазы исчезают и вновь отдаются. При прекращении подвода энер'гии а систему квазижидкая фаза исчезает. Однако, В.С.Ивановой Показано, что при достижении порогового (для данного материала) уровня напряжений э металле частично сохраняются диссияативнке структуры в виде квазиаморфной фазы, под-' держиваеше шлем упругих напряжений от дислокаций. Это означает, что произошел неравновесный фазовый переход ферромагнетик-аморфный ферромагнетик. 3 кем отсутствует кристаллографическая анизотропия, однако макроскопическая анизотропия остаточных напря- • жений и структурная анизотропия остаются. Устойчивый зародьш пов-

режденуя в виде квазиаморфной фазы приводит к необратимым изменениям магнитных свойств в локальной области. Если векторы доменов находились в неустойчивом состоянии, то .усталостные зародаппи повреждений выступают как флуктуации, меняющие энергию доменов, и .векторы . скачком переходят в одно из устойчивых положений. Магнитные свойства макроскопического объема металла, следовательно, спонтанно изменяются при нагружении металла уровнем напряжений, отвечающем пороговому значение ,-кри котором за цикл нагрузки в металле может образовываться устойчивый зародыш повреждения в виде квазиаморфной фазы.

Анализ влияния усталостных повреждений на магнитные свойства ферромагнетика показывает, что при уровне напряжений 6« амплитуды ВТ ЭДС индукции не изменяется после любого количества циклов нагружения. При &>. 6.ъ происходит скачкообразное изменение амплитуда ВТ в разгруженной после'циклирования образце, в чем и заключается магнитоупругий оифуркационный эффект.

Подходы синергетики, таким образом, позволили найти для магнитных материалов фундаментальный критерий определения порогового усталостного повреждения, а именно: спонтанное изменение магнитных свойств в точке бифуркации при достижений уровня циклических напряжений, равном пороговому ■ соответствующего пределу

' выносливости б". ( материала.

3. Неразрушающий ускоренный метод определения циклической прочности и трещиностойкости сталей и сварных соединений

Большинство теорий усталости основывается на изучении поведения металла в образцах простой геометрической формы. Ни одна из теорий не учитывает всех факторов, которые могут оказать влияние на образование усталостного разрушения. Большинство сварных конструкций состоит из сложной системы элементов и соединений, что делает невозможным или, в лучшем случае, затруднительным исследование таких конструкций на усталость. Ввиду того использование данных по усталости при решении реальных вопросов прочности конструкций с большинстве случаев основано на эмпирических соотношениях, полученных при лабораторных испытаниях.

На первом этапе разработанная методика измерений характеристик сопротивления усталости отрабатывалась на стандартном обору-

довании и образцах (ГОСТ 2860-65),что позволило сопоставить результаты испытаний по различишь методикам. Затем были разработаны и изготовлены оборудование и приборы, позволяющие проводить уско- ' ренные неразрушавдие усталостные испытания более простых по геометрии и менее металлоемких образцов.

3.1. Методика и средства измерений V

Усталостное повреждение начинается, как правило, в поверхностном свое металла, коатому надо получить информацию об изменении магнитике свойств в тонком поверхностном слое глубиной порядка линейных размеров доменов испытуемого материала. Известно, что переменное магнитнее поле проникает на глубину

Я - 50,3

где - магнитная проницаемость £ - частота поля, гц ^ - удельная проводимость, 1/0м га.^ Для большинства сталей домеиы имеют линейные размеры I* 0,01-0,3 мм, }л В 100► V - 1/0м мм2.

Из формулы (3,1) следует, что при я м, частота поля будет ^ = 2,5 кГц, при этом индукцию поля В можно измерить только среднюю по этой гдубикё В

В наших экспериментах для стали различной структуры использовались частота поля 1,5 кГц; 3 кГц и 5 кГц и измерения по 3-й или 5-й выейим гармоникам'индукции.

Для определения магнитных характеристик изготовлен датчик» представляющий собой двухобмоточный вихретоковый преобразователь. На немагнитном каркасе (рис.3.1) расположены две обмотки, первич--ная (I), создающая синусоидальное магнитное поле в образце, и индикаторная (2), в которой наводится ЭДС индукции вихревыми токами. Вихревые токи проникают в металл на глубину & и ЭДС несет интегральную информацию о свойствах материала по этой глубине и ширине . Обмотка I имеет 600 витков проводом ПЗВ ^ 0,35, об-, мотка 2 имеет 900 витков проводом ГОЛ i 0,053.

Блок-схема измерительной части установка показана ка рис.3.2. Ток синусоидальной формы подается от генератора Г на обмотку I датчика. Переменное магнитное поле тока индуктирует в образце вих-ровые токи, которые наводят вторичную ЭДС з обмотке ?., Так как магнитные свойства металла нелинейны, то ЭДС содержит высшие гар-

М5"

См

(3.1)

Рис. 3.Ü Блок-cxet.a из.1 еритвльной установки . Г - генератор; ii - образец; АГ- анализатор гармоник; G- из».еритель шлливд ИГ.

Рис- 3.3 ОсЗрааеЦ АЛЯ УСТаЛОСИШХ UoIJUÏûHaÛ.

'¿Л

моники индукции магнитного поля. С индикаторной обмотки сигнал поступает на анализатор гармоник (АГ) низких частот, который выделяет из ЭДС выбранную для измерения амплитуду гармоники, измеряемую многопредельным прибором

Образец для усталостных испытаний простой геометрической формы (рис.3.3), круглого сечения. Центральная часть образца вы* полнена по радиусу бесцентровой шлифовкой с последующей полировкой. *

Исследовались два типа сварных образцов:

а) сварной шов в центральной его части;

б) обработка по определенному термодеформационному циклу для имитации зон термического влияния.

Схема нагружения образца - чистый изгиб с вращением. Нагрузочное устройство обеспечивает этот вид нагружения с частотой 2800. цикл/мин. Предусмотрена возможность ступенчатого изменения нагрузки. Расчз-т напряжений в сечении образца проводится по известным формулам.

Принципиальное отличие разработанного метода от известных состоит в определении точки бифуркации системы, то есть величины критическом поля Ин, при которой векторы доменов слоя переводятся в неустойчивое состояние. Практически Нк определяется по минимуму зависимости амплитуды высшей гармоники сигнала датчика от величины поля Н.

Измерения амплитуды гармоники проводили ка разгруженном образце, так как под действием механических напряжений изменяются магнитные свойства материала (мзгнитоупругий эффект) и на этом фоне изменение магнитных свойств при появлении необратимого зародыша повреждения мало и не может Сыть измерено.

Циклическое нагружение образца проводили при выключенном магнитном пола, так как в магнитном поле возникает магнитострик-ционный эффект, создающий внутренние напряжения порядка 20-30 МПа и происходит магнитная текстуровка материала, что сказывается на результатах измерений. С учетом этого разработана методика измерения предела выносливости образца.

1. Испытуемый образец помещаем в датчик так, чтобы под измерительной обмоткой находилось сечение с максимальнш напряжением иди сварной шов и закрепляем в зажимах испытательной машины;

2. Увеличивая магнитное поле датчика, измеряем амплитуду высшей гармоники и по минимуму зависимости определяем величину критического поля Нк. Вблизи этого значения выбираем режим из-

мерений<(Н = 1,1 Н„) и на разгруженном образце фиксируем ввтчн-11 к

ну амплитуды гармоники U

3. Ток датчика шклачаем и образец нагружаем на оаае

fj = IÖ3 циклов уровнем напряжений 9ч 5-4 предполагаемого.

4. Ооразйц разгружаем, вклдчаем ток (при этом относительное расположение датчика » образца не меняется и величина поля остается прежней) и вновь измеряем амплитуду гармоники.

5. Уровень напряжений увеличиваем ступенчато (по Яокати) на А6 и на каждой ступени измерения проводим по п.п.З и 4 до тех

пор, пока не будет зафиксирован скачок амплитуда гармоники. Этот уровень напряжений B+iva®' соответствует пороговому уровню повреждающего напряжения .

3.2. Измерение предела выносливости

»

Предел выносливости интерпретируется обычно как максимальный уровень напряжений при повторно-силовом нагружении материала, ниже которого испытуемый оСразец или деталь могут выдержать неопределенно оольшое число циклов. Выявлении физического смысла предела выносливости посвящено оольшое число работ, однако единой • точки зрения не существует. В то же время обоСи^мцие работы B.C. Ивановой и В.Ф.Терентьева показали, что на уровне предела выносливости в тонком поверхностном слое образца формируется особое поврежденное состояние материала. •

Объяснить ото удается лишь с позиций синергетики, если рассматривать предел выносливости как пороговое напряжение (точку бифуркации), при котором происходит смена диссипативной структуры. Действительно, при нагружении образца уровнем напряжений ниже этого предела в материале происходят процессы, связанные с дислокационными реакциями, однако система аффективно диссилирует под-водимуы энергию. После снятия нагрузки никаких остаточных структурных явлений не наблюдается. При напряжениях на уровне предела выносливости система не способна к полной диссипатии энергии и в локальном объеме образуется предельная плотность дислокаций. Коллективное их взаимодействие приводит к образовании навой устойчивой 'диссипативной структуры в виде квазиаморфной фазы, сСеслечи-ващей оффективнуи диссипати» энергии. При разгружении образца аморфизованная структура "замораживается". Наличие квазиаморфной фазы в локальном объеме металла при достижении предельной анергии упругой деформации экспериментально доказано элвктронномикроско-

пическими исследованиями и методом скользящего пучка рентгеновских лучей (Л.М.Рыбакова). ••

В ферромагнитной системе, находящейся в состоянии далеком от термодинамического равновесия, необратимые усталостные повреждения в виде квазиаморфной фазы изменяют энергию доменов и скачком переводят векторы доменоа в САН0 иа устойчивых -положений. Наблюдается типично скнерг&тическое явление флуктуация в виде усталостных повреждений в локальной микроскопической области переводят систему в устойчивое положение с глобальной сменой физико-механических свойств з макроскопическом объеме (процесс вращения векторов ^ с, домзнов). Найден, таким образом, четкий критерия измерения предела выносливости - скачок магнитных свойств или амплитуды высшей гармоники сигнала датчика на уровне механических напряжений, равном, проделу выносливости 6.4 материяла^йЗ, 271.

Экспериментальные исследования разработанного способа измерения предела выносливости были выполнены на изученных нами ранее в течение трех лет ускоренными разрушающими методам;« 10 группах образцов стали 38ХЮМ5А, отличающихся балльностью загрязнения неметаллическим« включениям^" и направлением прокатки £21}, и стали 45 двух груш прочности. Характер изменения амплитуды гармонии от.стуленчато-возрастапцих значений механических напряжений дан на рис. 3.4.

иГа 0,6

о*

0,2

Т

го о

т

о т о

I

И

280

Г

Г

о -

X -

МО

а 45 ст

хют»

520 6 ИПо

Рис. 3.4 Измерение предела выносливости по сказку амплитуды ВТ

Видно, что до некоторого значения в на каждой ступени Д& изменение амплитуды гармоники У* не наблюдается ( л.1(к = 0). При С-ки.дб' зафиксирован скачок амплитуды гармоники.

Значении £ бсоответствует пределу выносливости

испытуемого образца с ассолотной погрешностью ± д6"/£.

. В таблице 3.1 представлены результаты сравнительных испытаний стандартных ооразцов на УКИ-1СМ различными разрушающими методами и разработанным неразрушающим методом для двух групп гладких образцов из сталей 38ЖША и стали 45.*

Таблица 3.1

Сравнительные испытания по измерении предела выносливости (5" ^, МПа разрушающими и неразрушающим методами' (по С образцам)

Парка »стали

Метод

Локати : Ономото : Про : Зейб.улл :Неразр.

36ХНЗМ2А <Д) 38Ш2Ш (П) 45 45 Д

254 302

¿66 + 58 556 ± 56 58"? ± 74 529 + 12

485 + 49 ОЛ ± 63 512 ¿ 56 478 ± 12

± 46 - 266 ± 42 276 ± 60' 245 ± 7

±37 - 312 ± 46 307 ± 42 324 ± 7

Буквы (Д) и (П обозначают направление волокон: вдоль'(Д) и поперек (И) оси образца. Категория прочности - И1 60.

Из'* таблицы видно, что неразрушаиций метод дает вполне сходи-мые результаты со стандартными методами, но точность измерений почти на порядок выше.

На разрушающие испытания одной группы образцов одним методом затрачено 10-12 рабочих дней, на неразрушащие испытания - 2-3 часа.

Для подтверждения полученных результатов измерения разработанным ме:одом были проведены классические испытания с отдельными образцами. Соразец нагружается вначале уровнем напряжений 6- и испытывается на базе >4 - 10^ циклов. Ни один из

Б образцов Ье разрушился. Зти же образцы испытываотся затем при' б - 4и 7 образДов разрушились при Н - (6,7-9,2). циклов, а' восьмой при 1,26 10 циклов.

В дальнейшем неоднократно проводились независимый испытания, то есть вначале измерялся предел выносливости ооразцов и затем в лабораториях других организаций зти образцы исштывались различив - выполнено совместно с Н.Г .Нахтигагем

ными методами. Во всех случаях результаты Оыли э полном соответствии со стандартными методами. ' .

Скачкообразное изменение амплитуды гармоники на уровне предела выносливости позволяет проводить относительное измерение сигнала датчика, то есть отпадает неооходимость в тарировке образцов и датчиков, появляется возможность автоматизировать процесс, измерения. Другое преимущество метода - измерение ^ за короткой время (20-30 минут) и фактически без повреждения состояния образца, Это открывает новые возможности в практике усталостных испытаний, связанное с многократным испытанием на усталость одного и того же образца, что не так давно считалось "нереальным" (ф.Бастэ-нер, 1971) и "до некоторой степени утопичным" (Р.Брук, 1973).

На рис. 3.5 представлена схема,'иллюстрирующая эти возможности. Условно их можно разделить на три группы [20] . Первая -измерение характеристик усталостной прочности. На одном оораэце измеряется предел выносливости многоциклозой области усталости и критическое напряжение * контролирующее границу va--лоцикловой области усталости. Установлено, что соотношение

£.</ б".*4 может принимать значения 0,56 или 0,76 [.331 Для исследованных" сталей и сварных соединений, Перазруиащий метод дает уникальную- возможность выявить изменение предела выносливости в процессе усталостного разрушения, построить кривую усталости на одном образце и на этой основе оценить остаточную долговечность образца или деталей.

Вторая - Исследование влияния различных факторов на характеристики усталости. Возможность многократно испытать на усталость один образец позволяет в "чистом " виде изучить влияние среды, режимов теплофизического воздействия, низких климатических температур и других факторов на предел выносливости материала. На этой основе можно сделать подбор материалов и многопараметрическую оптимизацию режимов обработки и сварки.

Третья - определение характеристик циклической трещино-

стойкости материала, построения КДУР.

*

3.3. Анализ изменения предела выносливости в процессе усталостного разрушения

Неразрушавдий способ измерения предела выносливости позволяет провести исследования, которые не могут быть проведены на основе существующих методов. Представляет практический -и научный

2S

интерес вопрос о характере изменения предела выносливости в процессе усталостного разруаения материала.

Усталостное разрушение является многостадийным процессом. Переход от одной стадии к другой происходит обычно достаточно резко. Принято считать, однако, что с изменением внесших условий" нагру-кения предел выносливости ( меняется непрерывно. Дедат-вительно, если .увеличивать диаметр образца, то наблюдается монотонное уменьшение предела выносливости.

С позиций синергетики фундаментальные свойства, а значит и -предел выносливости металла, скачкообразно меняется в точках бифуркации. Поэтому для повышения информативности при испытании Н8' усталость необходима разработка подходов к оценке пороговых Зна^/' чений 6., , отвечающих критическим состоянием системы. '.

В точках бифуркации скачкообразно изменяются параметр порядка, а данном случае размер пластической зоны fó* , поглощающей энергию предельной величины. Скачкообразность изменения пласти" ческой зоны связана с изменением структурных уровней деформации".." Длительность развития и устойчивость зоны определяются структурными свойствами металла, интенсивностью подвода энергии, характером нагружепий и т.д.

Следует предположить, что в период устойчивости зоны некоторые характеристики металла остаются неизменными и лишь в точно бифуркации, отвечающей глобальной нестабильности разрушения дисеиия-тивной структуры, резко изменяются. Известно, что ^Д-Гвч-COfií-b, поэтому скачкообразному изменению параметра порядка в точках бифуркации доляно соответствовать скачкообразное изменение продола выносливости.

t

ИПа

260

24)-

200" ПО-

(МП

w---- -г-

0 4 % ¡2 ГС, 20 ¿<i ЖМ"**

-1!

i ■ г:

Рис.3.б Изменение при циклической перегрузке. Сталь 45.

Дискретной характер изменения в процессе циклического наг-ружения исследован путем многократного измерения предел« выносливости,на одном и том же образце {.241 •

Исследовались образца $ о, Б мм стали 4Ь по следумцей методи-■ ке. Измеряется рредел выносливости образца . Далее ито? образец нагружается уровнем напряжений © -1,2 на чистый изгиб с вращением и через каждые 2 1С** циклов вновь измеряется его предел Е1иносдмвости. Па рис.3.6 приведены данные таких испытаний. Исходный предел выносливости образца равен 230 Ж1а. До - 6 10^ циклов он не изменяется, а следуизцее измерение дало значение

€ 210 МПа. Последующая усталостная "тренировка" позволил получить спектр : 28С-21С-18С-16&~150 МПа. Сопоставляя последовательность изменений Б., в виде б.^/ЗД"1 с последовательностью

автомодельного отноасния, предложенного В.С.11вановоЯ*в виде Д где tvi = 2; 4; с; 16..., кояшо видеть, что получен спектр

' = С,77-0,£6-0,92-0,97, который хорошо соответствует теоретическому ( -0,11 дня сталей).

На рис. 3.6 можно видеть, что происходит постепенная стабилизация б., и в дальнейшем предел выносливости не изменяется (в пределах ошибки измерений) до разрушения.

Для образца другой группы прочности стали 45 получен спектр : 31С-XG-240-225 МПа, что соответствует ряду 0,84-0,92-0,94 значений Д1/"1 . Видно, что изменения начинаются на более высоком структурном уровне деформаций.

Для подтверждения полученных результатов образец был испытан затем на уровне напряжений 260 МЛа, то есть значительно ниже начального 310 МПа. Образец разрушился через f>J = 4Ь6 ¡{циклов, что подтверждает снижение €>_4 в процессе циклического-наг-ружения образца.

Полученные результаты дают возможность прогноза окстремаль-. ных пороговых значений по данным испытаний на одном уровне

напряжений, использовать эти данные для оценки степени поврежден-ности металла в процессе усталости, прогнозирования остаточной долговечности образца или детали.

* Автор искренне благодарен В.С.Ивановой за постоянное внима-

ние к работе, ценные,замечания и советы при обсуждении результатов исследований.

3.4. Ускоренный способ построения кривой усталости и определение остаточной долговечности

Традиционно построение кривой усталости связано с испытанием большого количества стандартных образцов. Число циклов до разрушения имеет вероятностный характер, связанный с естественной неоднородностью материала. Поэтому для нахождения одной точки кривой ис-пытывается несколько образцов на одном уровне напряжений . Полученные при разных точки соединяют до пересечения с линией, соответствующей пределу выносливости. Предел выносливости соответствует такому уровню напряжений, при котором ни один из испытуемых образцов не разрушился на саге 10' циклов (для сталей). Таким образом, кривая усталости в координатах ( в" - Ь| ) представляет собой ломаную линию, состояяу» из наклонного, к оси Си N .участка и параллельного ей участка на уровне предела выносливости.

Ксобходмиость многократно повторять испытание до разрушения, чтобы получить лшь одну точку кривой усталости, делает этот способ длительным и дорогостоящим..Это привело к необходимости создания ускоренных методов построения кривой усталости.

Неразрушаиций метод измерения предела выносливости позволил разработать' ускоренный способ построения кривой усталости по р?зул? татам испытания одного образца. Способ построения состоит в сдадув-цем. Измеряется предел выносливости образца ( . Для сталсй на основе железа долговечность на этом уровне "составляет IG^ oimob. По координатам ( - 10') строится первая реперная точка (рис.3.7а). .

Образец нагружается произвольным уровнем напряжений до разрушения ( ^ рциклов) и строится вторая точка с координатами ( Точки соединяются прямой и на уровне ( проводится горизонтальный участок. Получена кривая усталости образца, но не материала. Для этого надо испытать как минимум_5 образцов. На рис. 3.7а представлены результаты испытаний стали 45 по 5 образцам и медианная кривая усталости < 1-Х* ) материала. Однако возможность измерить без разрушения образца позволила разработать новый способ построения кривой усталости материала по результатам испытания одного образца (,26] . Для этого используются нормированные по б„4 координаты ( <Усм- <-п.Ы ). Тогда все ¡фивыэ у талости образцов сводятся в одну (медианную) кривую усталости материала (рис.3.76). ^

. В качестве примера прогедем построение по данным испытания

сюразца 2 (рис.3.7а). Первая точка кривой строится по координатам (I-IO'). Образец имеет - 264 Ша и испытан при

б « 37С Ша, выдержав до разрушения bip = 286 Кциклов. Так как 6/6"..,= 1,3, то вторая точка кривой (2) суроится, в ,£00рди)ш-1 тах (1,3-2,86 10^). Соединив точки, подучили кривую усталости. Такая кривая отражает свойства материала, а не отдельного образца.

Действительно, образец 3 испытан на том же уровне б' »370 МП а, но имеет = 310 Ша и выдержал tA^- 1420 Кциклов. Для него

" 1,19. Проводя на этом уровне линию до пересечения'с кривой усталости, получили точку 3. Ей соответствует долговечность Ыр>)= 1280 Кциклов. 3 эксперименте этот образец разрушился при {Jp(- 1420 Кциклов. Результаты хорошо согласуются и лежат в пределах ошибки измерений, равной £ Û-S/«?^-» (.указано пунктирной .линией на рис,3.76).

Разработанный способ построения кривой усталости позволяет не только прогнозировать долговечность образцов на произвольном .уровне напряжений, но и оценить сстаточнуо долговечность образцов.

Для двух образцов стали 45 измерены . Затем они проали циклическую "тренировку" с лере1руэкой -1,2 на сазе IüJ

циклов. Вновь измерены их пределы выносливости, которые дали результаты: 264 Ша и = 272 Ша.

Задавая <* 1,35, по кривой определена остаточная

долговечность образцов на этом уровне, соответствующая точке 4 на кривой усталости, и равная 145,6 Кциклов. Испытав до разрушения образцы на уровне S =1,35 б., ^ 356 '«На и - I,Зо<*

- 387 Ша, получены результаты долговечности ибраэцов I2ö,3 Кциклов и Мр" а 131,2 Кциклов, что соответствует прогнозируемой остаточной долговечности в пределах ошибки измерений .

Особенно эффективен этот оносьО для оценки усталостных свойств сварных соединений, которые представляют собой сложную систему с характерными видами неоднородности. О.И.Стеклов отмечает, что сварка может значительно снизить начальнуи термодинамическую устойчивость металла а еьязи с дополнительной re íeporen-ностью, обусловленной появлением ¡лакро- и микрохимической и структурной неоднородностью; не:дно!;сднос7о<о у лру ron ласт и час ко го напряженного состояния, концентрацией напряжений; геометрической неоднородностью, связанней с наличием внешних дефектов, айда сварного etви и типа «ьарн-i") со^дикбник. 5гя ьесдн..^одиисvu в»-«;-

тупают во взаимосвязи и являются интегральными характеристиками свойств сварного соединения.

Фундаментальные исследования по влиянию неодкородностей на усталостную прочность .сварных стальных конструкций проведены в Илинойском университете (США). 3 течение 30 лет были испытаны 20С0 сварных осразцов и конструкций с различными типами сварных соединений. В.Х.Мюнзе, обобщив результаты испытаний, отмечает,, во-первых, что для конструкционных низколегированных сталей соотношение между пределом выносливости , и пределом прочности 6& для стыкового сварного соединения лежит в более низком и широком интервале значений ) чек дщ, основного металла

(0,24-43 и 0,36-51 соответственно), что подтверждает значительную неоднородность свойств зон сварного соединения. Во-вторых, снижение среднего значения предела выносливости зоны сварного шва (ручная дуговая сварка) в сравнении с основным металлом.

Эксперименты, проведенные нами на образцах стали 09Г2С, качественно подтверждают зти вывода, а применение кривой усталости в нормированных по S,, координатах позволяет практически исключить разброс значений при оценке долговечности (или остаточного ресурса) сварных образцов на произвольном уровне циклической нагрузки.

Керазруиащим методом испытаны яо 3 образца основного металла с исходной феррит-перлит пластинчатый структурой и зоны сварного шза (3EIC).

Результаты измерений показаны на рис.3.Sa. Зидно, что среднее значение <$..<> для зоны сварного шва снизилось с 236 МПа для основного металла до 201 Ша и разброс значений больший.

Одни сварной образец'( *ГМ = 192 Ша) был испытан до разрушения на уровне S" = 260 Ша, что соответствует 6*/<>_ л - 1,35 и по результатам испытаний построена кривая усталости (рис.3.86). По этой кривой прогнозировали долговечности остальных образцов на ток яе уровне нагрузки, а затем образцы испытывались до разрушения. Образцы основного металла испытывались на .уровне 280 МПа. Зидно, что прогнозируемые и реальные долговечности испытанные образцов лежат в пределах опибки измерений. В то же время влияние естественной неоднородности cboîîctd металла и сварного щва не удается учесть при обычном способе построения кривой усталости (рис.3.8а) и прогнозировать по ней долговечность с приемлемой точностью невозможно.

3 5

Рис. 3.8.

Кривые у стал ооИ! стала 0ЭГ2С ; * - основной металл; х - оварноо соединение (ЭШС); О _ прогнозируемая долговечность.

-■3.¡^.„Ускоренное определение характеристик циклической трещиностойкости

Пороговое значение (¿j ~ l^i^c » отвечающее точке бифуркации, характеризующей при росте усталостной трещины переход от нестабильности разрушения к нестабильности пластической деформации (в этой точке kr|c. = ^ic), ыокет быть расчитано по известному соотношению, предложенному В.С.Ивановой.

'.. »Яс'кггс-I^R;) .

I. та* , _

где для стали «ip, * 40,3 ШаУМ , К0 = 0,22 при

с,33£ 6L,/$Vü 0,8.

Взаимосвязь Kjlc" 0 параметрами кинетической диаграммы усталостного разрушения lAk^ R.) дает возможность с достаточной достоверностью построить К^/Р, что связано обычно с большими трудностями, длительно, требует специального оборудования, испытания крупногабаритных образцов.

Уже отмечалось, что для сварных соединений между пределом выносливости и прочностными характеристиками существует значительный разброс. Это снижает ценность использования соотношения (3.2). Разработанный неразрушающий метод определения позволяет измерить 6Т на том ис образце и повысить корректность расчета Kj|c» что позволяет сравнивать стали и сварные соединения по их циклической трещиностойкости в условиях подобия неустойчивости усталостной трещины. '

Расчетные и экспериментальные значения Ki^ с. для. низколегированных конструкционных сталей отличались на 5-12

Таким образом, разработанный ускоренный метод определения характеристик циклической прочности перспективен для решения теоретических и инженерных задач материаловедения.

4. Особенности применения метода для оценки свойств и ресурса эксплуатации сварных соединений

/

Испытания материалов на усталость позволяют решить ряд задач, в том числе:

1. Сравнения различных материалов по сопротивлении усталостному разрушению.

2. Изучение, влияния различных технологических процессов на сопротивление материала усталости.

3. Сравнение поведения материалов при переменных нагрузках в различных климатических условиях и в различной среде,

4. Проверка качества свариваемости данной марки стали.

5. Получение корреляционных зависимостей между пределом выносливости и другими механическими характеристиками.

С использованием неразрушающего ускоренного метода выполнен ряд работ, в том числе изучено влияние неметаллических включений на конструктивную прочность и анпаатропные свойства, характеристики усталости и трещиностойкости стали ЗЗХНЗМФА (.21,221 , дана оптимизация параметров термического цикла сварки (.31,35й] , проведено ранжирование низколегированных конструкционных сталей по сопротивлений усталостному разрушению, определено влияние режимов лазерной обработки на трещиностойкость в тонких поверхностных слоях концентраторов напряжений [341** и др.

Далее приведены примеры реализации метода для оценки свойств сварных соединений низколегированных конструкционных сталей и ресурса их эксплуатации.

4.1. Оптимизация параметров термического цикла сварки

Воздействие параметров термического цикла (ШЦ) оценивали при электрошлаковом способе сварки (ОШС), вызывающем наиболее неблагоприятное влияние на структуру и свойства сварных соединений.

Исследования проводили на низколегированных сталях 09Г2С и ЮХ2ГКМ (химический состав приьеден в табл. 4.1) в различном исходном структурном состоянии. Для э'того в сталях предварительной термической ооработкой по режимам нормализации, закалки с отпуском и отпуска формировали (н'руктург.ый состав, соотввтстау^дий данным таблицы 4.2.

Таблица 4.1

Химический состав стали

■ ;'аль : С : $1 •: МП : VII |Сг Мо : V : № \ (Ь

Г2С 0,09 0,63 1,51 - - 0,009

..Х2ГНМ 0,08 0,30 1,03 0,20 2,34 0,49 0,006 0,029' 0,014

Таблица 4.2

.Режимы термической обработки стали и обеспеченный структурный состав

:Вариант: Сталь :терми- : :ческой : :обраоот: : ки _:

Режим термической обработки

Структурный состав

С9Г2С

I Нагрев до 920-930°С, выдержка 25 мин, 5

охлаждение в воде со скоростью 80-Ю0°С/с.

Обработка по варианту I + отпуск при температуре 670°С, 2 часа, охлаждение на воздухе.

Нагрев до 920-930°С, выдержка 25 мин, охлаждение на воздухе со скоростью 2-3°С/с.

Нагрев 680°С, выдержка 9 часов, охлаждение на воздухе со скоростью 2-3°С/ с.

5 й феррита 45% бейнита 50 % мартенси та (Б-Ш.

сорбит отпуску

20 % перлита пластинчатого,

Ш:ррита

20 % перлита зернистого

10Х2ГНМ I Нагрев до 930-950иС, выдержка 3,5 часа, охлаждение со скоростью 0,12-0,15°С/с.

2 Нагрев до 930-950°С, выдержка 3,5 часа, охлаждение со скоростью С,Б - 0,9°С/с.

50 % феррита 50 % оейнита

5 % феррита

60 % бейнита

15 % мартенсита преимущ.

к - выполнено совместно с Л.А.Ефименко, С.Б.Коноваловой

** - выполнено совместно с З.С.Аванесовым, Д.И.Ашигяном

Механические свойства сталей но вариантам термической о-ботки приведены в таблице 4.3.

Tac лиц.

Механические сьойстьа сталей

:Вариант:_Механические свойства

Марка стали :термич.: :обработ: :ки : Ър, ,!Ша; &т„ЧПа: % Y . % HVtc

09Г2С I 1023 660 II,I 61,6 310.

2 611 435 24,0 65,2 185.

3 546 320 26,8 70,9 1651

4 . 486 239 29,5 71,6 " I47C

ЮХ2ГНМ 1 2 594 850 446 644 19,0 18,0 - I8U0 2600

Оценивали влияние высокопроизводительного способа ЭШС (табл.4.4) на механические характеристики околошовного участка (ОЩУ) зтв.

Таблица 4.4

Параметры термического цикла электрошлаковой сварки

Максимальная: Длительность пребывания :Скорость

температура : выше температуры Лсд, с :охлаждения

нагрева, С : : °С/с

при нагреве : при охлаждении

1X0 45-47 140-150 0,5-50,0

■ За счет изменения в интервале температур ¡300...500°С скорости охлаждения, составляющей \л/$»5= 0,5...50°С/с, формировали различный структурный состав и свойства СНУ ЗТВ.

С использованием разработанного метода определялись характеристики усталости и трещиностойкости (табл.4.0).

Таблица 4.5

Показатели предела выносливости и трещиностойкости стали 09Г2С и ЮХ2ПМ и их сварных соединений

• ' '■——1-——— :Скорость :

Вариант: Марка б^.МПа : ,МПа . ШаУ11

термич.: стали, : охлажден.:

обработ:структур:при свар-: ки :ный сос-:ко, С/с :

:тав : :

09Г2С осн.м. 660 370 68,4

0,5 356 242 60,9

Б-М 3,0 41д 255 64,7

10,0 524 283 69,3

I 20,0 607 322 71,2

30,0 623 324 72,3

40,0 664 354 71,2

50,0 668 365 69,3

05Г2С осн.м. 435 225 72,3

сорбит 0,5 330 214 62,4

отпуска 3,0 433 247 67,6

10,0 538 260 72,3

2 20,0 702 316 79,9

30,0 700 322 80,7

40,0 729 350 82,4

50,0 796 359 79,9

С9Г2С осн.м. 320 203 63,4

О-Пп 0,5 313 213 60,9

3,0 393 236 65,4

3- 10,0 , 485 267 69,3

20,0 583 . 303 72,3

30,0 •• 619 322 72,3

40,0 636 337 71,2

50,0 643 347 70,2

С9Г2С осн.м. 239 182 57,8

0,5 260 221 55,8

е-Пз з.о , , Зое 226 64,1

10,0 . 447 255 67,6

¿АЗ 23В 71,2

4

Продолжение та6л,4.Ь

Вариант: Марка термич,: стали, обработ:структур ки :ныи сос-*.тав :Скорость : :охлижден.: :при свар-: :ке> °а/с ; ,Ша : ,Ша : к4с. Ша\ГЙ

09Г2С . 30,0 55В 307 69,3

0-Пз 40,0 579 324 63,4

10,0 5Ш 335 67,6

I ЮХ2ГШ осн.м. 446 300 61,4

3-Б 0,0 430 • 222 72,3

3,0 455 230 . 74,6

15,0 510 ■ 201 68,3

30,0 645 400 64,1

2 ' ЮХ2ГШ осн.м. 644 360 68,4

преимущест- 0,5 503 227 79,9

венно 3,0 .525 250 82,4

бейнитная 15,0 539 290 80,7

30,0 542 423 71.1

Анализ результатов показывает, что структурный состав, сформированный предварительной термической обработкой, оказывает существенное влияние на показатели усталостной прочности и треидоно-■ стойкости. Так, для стали 09Г2С с преимущественной структурой 4 (60 % феррита) { изменяется' в пределах 160-200 Ша, а для преимущественной структуры Б-М повышается до 370 МПа. в реауль_

тате термического упрочнения (термическая обработка по режиму 2,

• табл.4.2) изменяется от 68,4 до 72,3 ШаУм, что на 12 и 20 % соответственно выше, чем для ¿-Пп и Ф-Пз структур.

Для стали ЮХ2ГНМ уменьшение в структуре ферригнсй соетав-лящей с ¿0 до 5 % (табл.4.2) способствует повышению пределв ' выносливости на 20 % и ^¿с на % с 300 до 360 Ша и 61,4 до 68,4 Ша V "и соответственно.

Термический цикл сварки вносит существенное изменение э характер зависимостей К{|_с.и от скорости охлаждения. Так, для стали 09Г2С при \л/?-6 = 0,Ь°С/с наблюдается снижение К||.с в ИВУ ЗТВ сталей по сравнению* с показателями основного металла на 5-12 %. При этом для исходной Б-М структуры* изменение показателей

Рис. 4.1 Взаи: осиязь структурного состава ОШУ 31В с циклической трециностойкостью Ki^Ki*» 2*) и предело;, выносливости II", 2" ) стали и9Г2С

1 - исходная прек.уцестиеннял структура Б-М;

2 - неходкая структура £~Пз.

Рис. Взаимосвязь структурного состава ОШУ ЬТВ с

циклической трециностойкостью Кк^!1 , 2*) и пределог выносливости б^ (I" , 2" ) стали ЮХШш

"I- - исходная пре;<! уцестьенная структура Б ; а - исходная структура ¿-Б .

наиболее существенно. Эти г.бьясняется формированием в СИУ при Wi-s- 0,ЬпС/с менее б лаг;.приятной структуры: увеличением до 75 % ферритной составляющей (рис.4.1). Снижение KjPfi для стали с исходной преимущественно ферритной структурой (60 %-Ф) менее существенно, т.к. структурный состав изменяется незначительно (увеличение ферритной составляющей до 84 %). Следует отметить, чтс несмотря на более значительное снижение Kj . для Б-У структуры при \л/|-5 1 0,5°С/с, его абсолютная величина для ОШУ остается вше, чем для ОШУ стали с преимущественно 3 структурой..

В стали 10Х2ГШ при Wj, - s « 0,5üC/c наблюдается повыаеиие на 10-12 % значений Kj в сравнении с соответствующей характеристикой основного металла. Это объясняется тем, что распад аустени-та ШУ при указанной скорости происходит преимущественно з бей-нитной области (рис.4.2).

С возрастанием скорости охлаждения Kj|c увзличивается, достигая максимального значения при Wg- 5 * 30-40°С/с в (ШУ ЗТВ стали 09Г2С и при Wi-s - 3°С/с в ОШУ ЗТВ стали ЮХ2ГНМ.

Повышение скорости охлаждения при сварке оказывает благоприятное влияние на усталостную прочность сварных соединений. 'Гак, для обеих рассмотренных сталей с увеличением V/j-s в исследуемом кнгервале предел выносливости увеличивается С рис.4.1 и 4.2). Соответствие их показателей основному металлу наблюдается при

Wj-s" 2-Ю°С/с для стали 09Г2С с преимущественной ферритной структурой и при Wg-5"~ I0-2ö°C/c для преимущественно бейнитной структуры, для стр.ли ЮХ2ГШ при Wg-5 = 20-30°С/с,

В указанных диапазонах скоростей охлаждения Kj^c, также не ниже KjPc- основного металла.

Таким образом, использование разработанного метода позволяет оптимизировать ПТЦ с учетом не только ранее применяемого комплекта механических характеристик (KCl/, KCVi , S& и др.), но и показателей усталостной прочности и трещиностойкости.

Для исследованных сталей рациональная область скоростей охлаждения при сварке, в которой обеспечивается значение показателей усталости ШУ не ниже таковых основного металла, лежит в интервале Ю-20°С/с для стали 09Г2С и 20-ЗС°С/с для стали 10Х2ПШ. .

4.2. Определение характеристик трещиностойкости в тонких поверхностно слоях

Локальное приложение высококонцентрированной анергии и связанные с этим необратимые физико-химические процессы приводят к необратимым изменениям свойств металла в зоне теплофизичес-кого влияния. Такими источниками энергии является лазеры, которые в настоящее время широко применяются в технологических операциях. Термический процесс при лазерной обработке отличается от .других характером взаимодействия потока фотонов с металлической поверхностью и наличием на поверхности металла низкотемпературной плазмы. В связи-с этим представлялось интересным использовать разработанный неразрушающий метод определения характеристик циклической прочности для изучения влияния лазерной обработки на изменение усталостных свойств тонких слоев в зоне концентрации напряжений металла и выбора оптимальной технологии обработки.

Исследовались цилиндрические образцы $ 8 мм из сталей Ю.оО, 45, У12 с кольцевой выточкой - концентратором напряжений, выполненной шлифовальным кругом (имитация выемки винтовой резьбы). Теоретический коэффициент концентрации напряжений й0 - 2,5. Пред верительная термическая обработка- нормализация. Значение плотности мощности С^ равное 2 Ю4 Вт/см , приняли постоянным, варь ировали только скорости перемещения образцов, в результате чего изменялась глубина обработанного слоя 5 и микротвердость слоя (рис.4.3).

Для каждой стали неразрушащим методом измерены 6>.( группы образцов и на одном из образцов - €>ог.. По формуле (3.2) вычислялся пороговый коэффициент 1С¿[с , а затем и 4 К^ по известным соотношениям, предложенными В.С.Ивановой. Далее, эта группа образцов разбивалась на подгруппы, которые подвергались лазерной обработке с различной скоростью перемещения образцов. После обработки вновь измерялись пределы выносливости и 60(г » вычислялись Д. К^ и I• Нергзрушааций метод позволил измерить на одном и том ко образце до и после лазерной обраоотки, что значительно повысило достоверность результатов исследований.

Расчетные данные порогового коэффициента интенсивности напря» жений К приведены в таблице 4.6.

Тэблица 4.6

Циклическая трещиностойкость ( д К^ ) зоны лазерной обработки сталей

Сталь

Скорость:дК^ц <

у;м/мин:Ша

Сталь

: Скорость :дК£1, : гг мДик. : т ^

10

без обра- 7,3 45 без обра- 6,9

оотки ботки

0,5 8,0 0,5 6,2

0,8 4,5 0,8 -

1,0 6,1 1,0 . -

1,2 6,9 ■ 1,2 • 7,4

без обра- 7,1 без обра- 6,4

ботки ботки

0,5 5,4 0,5 6,1

0,8 6,2 А12 0,8

1,0 7,3 1,0 6,9

1,2 1,2 -

30

Анализ данных показывает, что при скорости V - 0,5 м/мин Д К снижается (кроме стали 10), а затем увеличивается с повышением скорости, превшая ¡значения д К.ц в исходном металле при V «= 1,0-1,2 м/мин. Ото происходит, как показали исследования, в результате появления остаточных напряжений сжатия к зошх лазерной обрпоотки. Для стали 10 максимальное значение д К^ получено при ~у~~ => 0,5 м/мин, что можно объяснить дислокационным

механизмом упрочнения зоны. Как показали фрактографические исследования поверхностей изломов, усталостные трещины зарождаются под упрочненным слоем, а долговечность образцов, обработанных при ско ростях * 1,0-1,2 м/мин выше, чем без обработки и при меньших скоростях для .указанных сталей, кроме стали 10. Для последней максимальная долговечность наблюдалась при V а 0,5 м/мин.

Показана, таким образом, возможность оптимизировать режим лазерной обработки по показателя Д. К , связанному с сопротивлением металла усталостному разрушению.

4.3, Оценка влияния условий эксплуатации на свойства сталей и сварных соединений

Условия эксплуатации магистральных газопроводов в районах Крайнего Севера делают необходимым применение низколегированных сталей с благоприятным сочетанием прочностных характеристик с высокой хладноломкость», сохранение этих свойств в течение вс^го запланированного ресурса эксплуатации. Однако, при длительной эксплуатации в условиях воздействия высоких давлений, изменения в широком диапазоне температур, влияния корроэионно-активных сред служебные свойства материала снижаются.

Ниже приводятся данные по изучению влияния условий эксплуатации на механические характеристики металла труи и сварных соединений- технологической обвязки обкаточного контура компрессорной станции ДКС-1. Исследовались 7 групп образцов труо, в том числе и их сварных соединений, которым присвоена маркировка А,Б,В,С и Е для образцов труб после 12 лет эксплуатации, Г и Д - до эксплуатации. Химический состав сталей приведен в табл.4.7.

• В таблице 4.8 представлены стандартные механические свойства исследуемых сталей и их сварных соединений при различных температурах.

Из представлении данных видно, что с понижением температуры испытаний с + 20°С до - Ь0°С наблюдается возрастание предела прочности и предела текучести б^г материала на 6-13 % за исключением стали Е, где возрастание значительно и составляет 24 % ( ) и 39 % ( &сг). Отношение £ е соответст-

вуют нормативным требованиям для низколегированной нормализованной стали.

В то же время сопротивленца хрупкому разрушению о понижением температуры снижается.

Химический состав исследуемых марок стали

Га о лица

^означенна стали

<1егир.ущие элементы. >

| с [ ; Мч! Р I ь ! о«, М1 ; Си I V | И I |Т1 | Мо !Ов

А

Б/у Ф '»со

2. .

Б

о/у ^ 400

в

3. б/у ф 1000

г

4. Новая, ¡¿700

Д ,

5. Новая,

Ст

6. б/у 400

0,16 0,25 1,22

0, IX 0,57 1,45

0,093 0,39 1,41

0,056 0,26 1,53

0,067 0,57 1,60

0,13 0,74 1,61

Сш

7. Иов 0,074 0,037 1,24

Л

и

8. б/у ф 400 0,11 -о;72 1,69

Е1

9. б/у 700

Еш 10. Шов

ч

II..б/у 4 700

0,17 0,27 1,31 0,067 0,27 1,09

0,026 0,012 0,014 0,022 0,013 0,007 0,038 0,032 0,016 0,030 0,010 0,057 0,150 0,005 0.С04 0,01 0,017 0,006 0,021 0,та 0,013 0,066 0,035 0,041 0,025 0,006 0,034 0,018 0,008 - 0,014 -

0,020 0,007 0,046 0,013 0,010 - 0,031 -

0,012 0,024 0,110 0,069 0,170 0,005 0,030 -0,016 0,009 0,072 0,043 0,040 0,010 0,003 -

0,012 0,026 0,120 0,035 0,170 0,005 0,0о2 -

0,027 0,015 0,019 0,028 0,014 0,007 0,037 -0,020 0,012 0,048 0,042 0,036 0,011 0,003 -

0,014 -0,022 -

0,36 0,36 0,33 0,32

0,34 к

0,005 0,001 0,40 0,011 0,30 . -

0,005 0,01 0,41

0,002 0,01 0,42 0,007 0,27 -

0,17 0,41 1,38 0,010 0,010 0,070 0,080 0,100 0,004 0,012 - 0,002 0,01. 0,46

Таблица

Механические свойства исследуемых сталей

!Температу-1 Предел ! Предел 1 Отношение!Относи-!Приме-Группа ' Iра испыта-1прочности!текучести! . . Iтельное!чание !ния, ог ! Ша ! МПа ! Ьвг/г- !удлиие-! ! С ! ~ ! ег ! 0'7ЬЙ !ние, % I

I I ® В ! Ь о,?- I 6 ! !

А • + 20 593 444 0.75 20

- 20 60? 449 0,74 18

- 50 620 467 0,74 - трещина

Б + 20 .528 357 0,68 25

- 20 638 ' 571 0,89 17

.- 50 • 699 581 0,83 - ' трещина

в- + 20 644 539 0,84 _ трещина

- 20 684 540 0,79 - трещина

- 50 704 576 0,82 18

Г + 20 643 ' 538 0,84 19

- 20 68? 574 0,84 ■ 19

- 50 702 589 0,84 1 19

Д + 20 508 385 0,76 25

- 20 548 404 0,74' 30

- 50 580 429 0,74 28

с ■ '+ 20 £69 400 0,70 _ трецина

. - 20 ' 602 406 0,67 18

- 50 633 428 ' 0,68 18

Е - 20 576 414 0,72 18.

-•20 591 - - 19

- 50 . 642 '449 0,70 18

По этик показателям трудно дать оценку степени.влияния*условий эксплуатации на материалы и возможность их дальнейшего использования. Так, показатели стали Б на уровне показателей сталей Д,С и Е. • '

Более полная картина влияния условий эксплуатации на характеристики материала труб была подучена при анализе комплекса свойств с учетом характеристик циклической прочности и трещино-стойкости. Разработанный неразрушаодий метод позволил определить эти характеристики на одном образце при различных температурах,• что повысило достоверность измерений, так как химический состав, структура, состояние поверхности остаются неизменными при испы- ■ таниях.

По разработанной методике (раздел 3.1) были измерены цределы выносливости б^ при температуре испытаний + 20°С, - 20°С и - 50°С. '

Для испытаний при отрицательных температурах была сконструирована специальная термокамера, корпус которой выполнен из винипласта. В каморе поиещзн датчик к через сальники йз морозостойкой р"оины вводили образец и охлаждающую жидкость (смесь жидкого азота и этилового спирта). Образец охлаждали до температуры испытания, контролируемой спиртовым термометром. Данные.испытаний сведена в таблицу 4.9.

Значения Кт £е при низких температурах определяли

по соотношению (Бурба В.И.).

(М*)20'^0'^ (4.1)

Анализ результатов показывает, что с понижением температуры от + 20°С до - 20°С значение 6., уменьшается на 15-20 %. При дальнейшем понижении температуры изменяется не столь значительно (7-8 % при снижении температуры от - 20°С до - 50°С). Предел выносливости материала труб §^ определен с учетом влияния масштабного фактора Н. Для рассматриваемой группы сталей отношение б-7/б;," 0,58. Тогда «= 0,Ь8 (значения приведены в таблице 4.9).

Согласно данным ГПУ "Надынгазпром" по контролю напряженно-деф-рмирокпшого состояния технологических наземных трубопроводов напряжения, возникающие в трубопроводе, изменяются в пределах от до 2С0 1£1п. Ориентируясь на максимальные значения напряжений в стенке трубопровода ( 6 у,10чХ) и предел выносливости.( >,

Таблица 4.9

Показатели циклической прочности ^трещиностойкоети и коэффициенты перегрузки

!Температу-! ! л- М I о

Груша !ра испыи-1 • I Ь-4. Ьма>/м. КЬ !ния, ос ! МПа ! Ша I

А + 20 288 167 1.2 62,9

- 20 249 144 1,39 62,2

- 50 233 135 1,48 60,5

Б + 20 204 118 1,69, . 67,6

- 20 174 101 1,98 42,3

- 50 162 94 2,12 41,5

В + 20 345 200 1,0 62,9

. - 20 261 151 1,32 62,6

- 50 239 139 1,44 ьа,9

Г + 20 322 187 1,07 '65,4

- - 20 265 154 1,29 61,3

- 50 . 240 139 1,44 59,7

Д + 20 277 185 1,24 79,3

- 20 ■ 238 . 138 1,45 75,6

>50 225. 131 1,53 71,2

с + 20 264 • 153 1,31 61,9

- 20 230 133 1.& 60,8

-50 - ; 216 125 - 1.6 57,7

Е ' + 20 29й . 168 1,19 73,5

' - 20 224 13и 1,54 68,0

- 50 208 . 121 1,65 62,7

мсжно определить интенсивность нагрузки, воаникапщу» в трубопроводе, по отношению &и^ч/б^. Данные такого расчета, выполненного для всех температур эксплуатации, показывают, что при положительной температуре эксплуатации и .максимальных напряжениях в-сгенке трубы у всех-рассматриваемых сталей (исключая группу Г>) возникнут перегрузки в пределах 1,07-1,31 от . С понижением температуры величина перегрузки, при прочих равных условиях, возрастает.

Ранее было показано, что между пороговыми напряжениями, соответствующими границам реализации областей много- и малоцикловой усталости, существует соотношение б"4* (1,37; 1,72) . Таким образом, если интенсивность нагрузкения то

материал работает в области малоцикловой усталости, В наиболее жестких .условиях работает сталь, группы Б,' где при положительной температуре и максимальном напряжении коэффициент перегрузки сос? тавляет 1,70, а 1гри минимальной температуре эксплуатации - 2,12. Степень перегрузки оказывает существенное влияния на процесс накопления повреждений в металле под действие« циклической нагрузки, приводящий в конечном итоге к разрушению. При такой перегрузке металл группы Б нз М'-лет эксплуатироваться дальше, так как нэ имеет остаточной "усталостной прочности" или сопротивления усталостному разрушению. Следует отметить, что стали групл С и Е при отрицательных температурах с больиой вероятностью работают в области малоцикт ловой усталости, поэтому необходима инспекция участкоа труб из этих сталей.

Анализ данных по К^е, показывает, что влияние температуры в наибольшей степени проявляется для стали Б. Значение коэффициента интенсивности напряжений снижается почти на 40 % (от 67,6 Ша до 41,5 «Па , !>П при уменьаении температуры от + 20°С до - 50°С. , При температуре -ЮсС величина К^с илизка к экстремальному значении (К1Ц " 40,3 Ша\Г*М, при котором трещина переходит Е неустойчивое состояние в критической точке и реализуется нестабильное рпзруиснпе по типу I (нормальный отрыв).

Это хороши коррелирует с данными по изменению ударной вязкости и д..ли вязкой составгявпей в излом«? от температуры испытания и лицегельствует о том, что сталь Б при отрицательной температуре имея? ¡■¡;ш:;к'ляъ.чк;'1 канао вгзкустй и нпкминьпее сопротивление хруп-"<у Сн;:ко[;;'с пнячскнП '¿Хс.- ^'ОТйльньк исследованных

лаллЯ и евмртл с.чдешзш:? при понижении температуры эксплуатации 1ил<-.:ь до - игС 1-е прекыдо? 3-12 г-.

Долговечность исследуемых материалов оценивалась по числу циклов нагружения, выдерживаемых ими до разрушения. Кривые усталости получены в процессе испытания образцов до разрушения при положительных температурах. По кривым усталости с учетом степени перегрузки, возникающей в металле при максимальных напряжениях б стенке трубы (табл.4.В) можно определить число циклов до разрушения образца. Следует отметить, что при перегрузках, на превышающих.1,3* число циклов до разрушения находится в пределах Ы0Э - для всех исследованных материалов. С повышением о те

пени перегрузки число циклов уменьшается. Например, при перегрузке 1.7 при + 20°С, характерной для трубопровода из стали Б, оно значительно ниже 10^ циклов. Таким образом, сталь Б не может эксплуатироваться при максимальных напряжениях в стенке трубопровода, даже при положительной температуре, так как склонна к разрушению.

В результате проведенных, исследований показано, чго из ьсех изученных сталей и сварных соединений сталь грутш Б имеет наиболее низкий комплекс механических характеристик'. Она отличается низким сопротивлением хрупкому разрушению и минимальным запасом вязкости при отрицательных температурах, минимальным сопротивлением усталостному разрушению и опасна для дальнейшей эксплуатации в технологических трубопроводах при отрицательных температурах.

В тоже время стали групп А и Б имеют характеристики на уровне стали Г, которая не была в эксплуатации. Сталь Д имеет характеристики групп С и Е, прослуживших 12 лет и находящихся в опасном интервале при низких температурах.

Показана возможность использования разработанного метода для экспертной оценки изменения свойств конструкционных сталей и -сварных соединений, применяемых в нефтяной и газовой промышленности, эксплуатируемых в регионах с низкими климатическими температурами. Базовыми характеристиками механических свойств, наряду со стандартными, должны сыть приняты характеристики усталостной прочности и трещиноетойкости.

Таким обризом, в рамках диссертационной работы на основе подходов синергетики решена важная научно-практическая проолема ускоренного определения характеристик усталости и трециностой-кости конструкционных сталей и их сварных соединений, позволяющая реализовать и оценить ос га точную долговечность материалов.

Автоматизированный измерительный ко шло к с х

Разработанный' метод основан на фиксации скачка ашлитуды Б1' на уровне повреждающего напряжения, равной прадеду ьыносд-вости . Это позволило автоматизировать процесс измерения харкте-. ристик усталости и создать измерительный комплекс, состоящий из усталостной машины, электронного блока формирования и обработки сигнала, управляющего блока и IEM совместной ЗШ.

Общий вид установки дан на рис.5.1. По заданной программе ЭШ автоматически выбирает рабочую частоту, выявляет точку магнитной структурной бифуркации, нагружает, разгружает образец, пр водит измерение амплитуды ВТ, обрабатывает пол:/тгенннв данные я выдает результат г виде таблиц, графиков но экрен дисплея ила на принтер. Блок-схема установки показана на рис.5.2.

Переменное магнитное поле в образце (0) создается намагннчи ваюшей катувксй ÍH), которая является нагрузкой внсокодонейного регулируемого усилителя (5). Трабуеиая частота псдаетод на вход усилителя при лскогци коммутатора (4) с? одного из тр-гх iwkdpsto-ров (1;2;3).

Сигнал, наведенный в индикаторной катушка (И), зпдаотся кг. узкополосные режекторные фильтры (6;7;8), частоты í:otcci*x соответствуют частотам генераторов (I; 2; 3) ♦ •

После подавления основной частоты | ^4'^5режекторнш фильтром сигнал подается на узкополосные полосовые фильтры (9-14! настроенные на гармоники 3|,, b{t.,

Сигнал с выхода одного из этих фид>'тров при помощи коммутатора (1Ь) подается на вход измерительного блока (16).

Конструктивно задающий генератор (I), режвкторный фильтр (6. и полосовые фильтры (9; 10) расположены на одной печатной плате. Аналогично расположены генератор (2) и фильтры (7; II? 12) и генератор (3) и фильтры (8; 13J 14). Все эти платы имеет стендара-ные разъемы и взаимозаменяемы. Такое построениэ позволяет легко . изменять частоты, на которых проводится исследование образца, • увеличивать ил}1 уменьшать Их число. Максимальное число используем мых частот определяется только числом входов коммутаторов (4) и (15), т.е. может быть практически любьм.

* разработан совместно с П.Б.Бондаревым, Д.А.Лисенко, ЙмпольскяМ.

■ Рис. 5.2 Блок-oxrí а установки

p;:c. 5.3 С?ГУГТУ*няя c^iva 1;з: бдительного блока (10)

Измерительная установка соединяется с любой 1Ш совместимой ЭВМ с помощью стандартной интерфейсной платы.

Структурная схема измерительного олока (16) на рис.5.3.

Для измерения амплитуды выделенной гармоники на выходе коммутатора (15) (рис.5.2.). можно использовать различные типы измерительных приборов. В данной установке применено устройство, которое наиболее удовлетворяет всем требованиям по точности измерения, быстродействию и простоте конструкции.

Сигнал с выхода коммутатора подается на вход регулируемого усилителя (I), где усиливается до необходимой амплитуды в соответствии с режимом работы. Усиленный сигнал подается на один из входов дифференциального усилителя (3).

На второй вход дифференциального усилителя подается ступеи-чато-пилообразное напряжение, вырабатываемое источником пилообразного напряжения (2) (ИПН). На выходе дифференциального усилителя появляется сигнал, смещенный на величину напряжения на выходе источника пилообразного напряжения. Каждый тактовый импульс на входе ИПН вызывает смещение измеряемого сигнала на постоянную величину. Как только сумма амплитуды сигнала и напряжения смещения достигнет порога срабатывания компаратора (4), на его выходе появляется сигнал, который фиксируется ЭВМ. За амплитуду измеряемого сигнала принимается число тактовых импульсов, которые поступили на вход ИПН.

Такой способ измерения дает относительные результаты, т.е. позволяет сравнивать амплитуды гармоник между соьой не определяя абсолютной величины гармоники в вольтах. Для решения поставленной задачи это не является недостатком, в то же время такое конструктивное решение значительно упрощает конструкции, облегчает сопряжение измеряемого устройства с ЭВМ, повышает быстродействие прибора.

Автоматизированный комплекс повыяает надежность измерений, позволяет формировать банк данных по свойствам материалов.

основные вывода

1. Анализ проблемы создания методологии и экспресс-неразру-шааяего метода измерения характеристик циклической прочности конструкционных сталей и сварных соединений показал, что они должны базироваться на подходах синергетики, на выявлении точек бифуркации, вблизи' которых скпчкок происходит смена дассипативных струк' тур с глоОальнш изменением физико-механических свойств макроскопической области системы при возникновении локального необратимого зародыша усталостного повреждения на уровне порогового напряженки, равном пределу выносливости.

Бифуркационным точкам ферромагнитной системы отвечает минимум амплитуды высших гармоник ЭДС магнитной индукции при некоторой критическом значении магнитного поля Н„.

2. Существует взаимосвязь между величиной критического поля

Н , и разовым составом металла. Установлено, что с уменьшением доли форрнга в структурном составе металла величина Нк увеличивается. Эта однозначная зависимость позволяет контролировать режим сварки по релишше Н .

3. Существует взаимосвязь между типом структуры металла и чувствительность*) амплитуд высших гармоник ЭДС индукции к механическим напряжениям. Для ^еррито-пердитных структур наибольшая чувствительность дли 3-й, а для бейнитнод и ьейнитно-мартенситной структур - для Ь-й и 7-й вмеших гармоник.

4. В процессе накопления усталостных повреждений предел вы-носл!востй конструкционных сталей и их свЕрнмх соединений изменяется дискретно, подчиняюсь закономерности / в= (

где Д 0,11 для сталей, Ь1 - 2,4,8.... .

Б. Оптимизацию параметров термического цикла сварки целесообразно проводить с учетом характеристик циклической прочности.

Изучение влияния исходного структурного состава и скорости охлаждения в интервале диффузионного превращения аустсннгв •

на характеристики циклической прочности ( 6-1 , 1{т£с ) зон сварных соединений показало, чго для сварных соединений с исходной оеИнитноП структурой оптимально значении укпаакных параметров ооеспечивяугся при скоро г г« склпядекдя Й0-30оС/с, а

для сваркш соедкнешЯ из сталой с исходной фаррито-перлшой структуреП при скорости охлаждения М^* 2-Ю°С/с.

6. При диагностике сьарних соединений и аттестации «.талей, применяемых в регионах с низкими климатическими температурам.«., базовыми характеристиками механических свойств, наряду со стандартными, следует считать характеристики усталостной.прочности и трещиностойкости и их температурные зависимости.

Установлена возможность использования метода для оценки влияния условий эксплуатации на , К-^с и остаточный ресурс конструкционных сталей и зон сварких соединений.

7. Возможность многократно испытать на усталость один и точке образец решает проблему неоднородноеги структурного и химичоикс го факторов зон сварши соединений при изучении влияния актипшк сред и низких климатических температур на характеристики циклической прочности металла.

8. Скачкообразный характер изменения магнитных свойств в точке бифуркации на уровне напряжений, равном пределу выносливости, позволяет автоматизировать процесс измерения характеристик циклической прочности конструкционных сталей и их сварних соединений.

Разработан автоматизированный измерительный комплекс, составлен алгоритм и программное о*есиечение компьютерного управления процессом измерения и о^рас-отки информа^ш. П^огралма, в отмщав от известных, позволяет автоматически выявить точки сиф.уркацион-ной неустойчивости системы и тем самш определить режим* изм>.р-лшп.

9. Экономическая уфТективнссть разработанного метода дожигается за счет повшения точности измерений ^ до 3-о % против 10-10 %, предусмотренных ГОСТом, оокряценни времени испытаний

в 2Ь-Зи раз и металлоемкости непчтуемых образцов в раз в

сравнении со стандартными му годиками. Прямой экономический составляет 2,7 млн.рублей (а ценах ¡'¿93 года) на одну партию образцов при выполнении полной программы усталостных исшггнний.

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в следующих работах:

к - опубликованы без соавторов

1. Контроль стальных прутков с помощью прио'оров типа ЗМИД

// "Электромагнитные методы контроля". И., ВДНИ1, 1966. - с.19-23.

2. А.С. № С241775 СССР А» 027/90. Способ определения характеристик механических свойств в образцах из ферромагнитных ма-, териалов. Заявлено 18.10.69 - опубликовано 14.04.70.

Бюл. Я 014 - 2с.

3.* Определение абсолютных внутренних напряжений в конструкционных сталях методом гармонического анализа вихревых токов //Материалы конференции МГМИ, П., 1967. - с.195-196,

4. Выявление мелких дефектов по сигнала!.! вюревого датчика //Тезисы докладов У Всесоюзной конференции по методам контроля качества, Свердловск, 1967. - сЛ55.

5.к Разработка, исследование и практическое применение токо-вихревого метода анализа напряжений в сталях //канд.дисс., М.: М!'СиС, 1968. - 19 с.

6. Связь магнитной проницаемости с механическими напряжениями //Материалы научной конференции МГМИ, М.: 1969. - с.72.

7.* Использование магнитоупругогб эффекта для выявления нееплояностей в ферромагнитных материалах //'Электромагнитные методы контроля, М.: МДГШ, 1969. - С. 139-165.

8. Использование гармоник сигнала датчика при измерении механических напряжений методом вихревых токов //Дефектоскопия, }' I, Свердловск,: "Наука", 1969. - С.48-51.

9. Проявление магнигоупругого гистерезиса и эффекта Виллари пп вн1.жих гармониках //Материалы II Всесоюзного совещания по ме- . тоду высших гармоник, Томск, -;:зд-в0 ТИП, 1970. - С.47-51.

1С. Использование мгтода внсиих гармоник для прогнозирования ппери устойчивости снятых циствиг //Материалы II Всесоюзного со-1*>д*шия по методу высших гармоник, Томск, иэд-во ТЛИ, 1970. С .С 4-06.

11. Определение твердости осей методом вихревых токов //СО. "Неразрушаиций контроль электромагнитными-методами", Ц.: МДИТП, 1971. - С.12-13.

12. Предопределение потери устойчивости продольно-сжатых стержней //Электромагнитные методы' нераарушаацего контроля, иэд-во "Наука.и техника", Минск, 1971. - C.I5-I7.

13.* Влияние упругих напряжений на гармоники ЭДС датчика //Сб. Промышленное применение электромагнитных методов контроля. М.: ЭДНИ1, 1974. - С.65-69.

14. Исследование усталости ферромагнитной пластины методом высших гармоник //Тр.2 Всесоюзной межвузовской конференции по методам контроля'качества материалов и изделий. - Рига.:'РПИ, 1975. - С.75-79.

15. Оценка долговечности материала клапанной ленты методом высших гармоник //Новые физические методы неразрушащего контроля качества продукции //Материалы конференции, :,[.: ¡ДДПТП, 1977. С.103-107. • • *

16. Определение предела текучести сталей неразрушаювдм методом //Сб. Щ Всесосзной конференции "Электромагнитные метода контроля качества ьзделий". - Куйоыиев.: 1978. - C.IG4-IG6.

17. A.C. * 098556 СССР » 27/90. Способ определения усталостной долговечности ферромагнитных материалов. Заявлено ПК!,!, КСХИ 29.01.80 - опубликовано 30.09.81. Бвл. № 36 - Зс.

18. A.C. № 900507 СССР '? 27/90. Способ' прогноза потери устойчивости продольно-скатых ферромагнитных ооьектов. Заявлено КСХИ 28.07.80 - опубликовано 15.04.82. Вол. № 14 - 2с.

19. A.C. № 922620 СССР № 27/90. Способ контроля ферромагнитных изделий протяженной формы. Заявлено НИШ, КСХИ 29.01.80 - опубликовано - 23.04.82. Бил. № 15 - 2с.

20. Определение механических и усталостных характеристик .ферромагнитных сталей мбтодом высших гармоник //Об. "Современные

физические методы неразрушащего контроля". - М.: ЭДИП, 1984.-C.5I-54..-

21. Анизатропия свойств стали ЗйХНЗМЗА в зависимости от степени загрязнения ее неметаллическими включениями-//Деп.рук. » 1243, ЦИНТИнефтемаш, Т984, 87 с. /ВИНИТИ, 1984, Ш 12 - с.195.

22. Влияние неметаллических включений на конструктивную прочность стали 38XI13MM //Деп.рук. )f 94мщ - 86 Деп., ВШШГЕ.'.!Р,

1966 , 27с. /ВИНИТИ, 1986, 7(177) - С.76.

23. A.C. fi 1398594 СССР 27/90.• Способ определения предела усталости ферромагнитных материалов. Заявлено КСХИ 03.06.86 - опубликовано - 22.01.88. Бюл. * 2 - Зс.

24. Скачкообразное изменение предела усталости стада 45 в точках бифуркации //Сб. "Надежность оборудования, производств И автоматизированных систем в химических отраслях прошпленности". Уфа.: Щ,-1997. -С.213-215."

25. Изучение особенностей усталостного разрушения вихретоко-выи методом //"Перазрумаодие физические методы и средства контроля", Свердловск.:'Наука, 1907. - С.79-30. '

26. A.C. Ш- I632IL6 СССР 27/^0. Способ определения сеханинесккх характеристик материалов. Заявлено ШЕТ, КСХИ 19.01.88 - опубликовано 26.C3.8S. Бил. ff 14 - Зс.

27. Измерение предела усталости ферромагнитных материалов неразр.уяакицим методом // ЗХММ, 1988. - }.'» 2 - С.02-85.

28. Продел усталости как пороговое напряжение, огвечсэдее точке бифуркации //Проблемы синергетики. Уфа.: УНИ, 1985-С.30-33.

29. Особенности деформационных процессов, выявленные МВТ .• вихревых токов //Прсбяеми синергетики. Уфа.: УНИ, 1989. -C.4I-44.

30. Определение характеристик грещиностойкости в'тонких поверхностных слоях концентраторов напряжений //Теьпсы доклада Кехадународной конференции "Сварные конструкции". Киев.: 1990. -C.I9I-I92.

31. Влияние исходной структуры стали к ПТЦ сварки на предел выносливости и статическу« трециностойкость сварных соединений //Тезисы доклада Международной конференции "Сварные конструкции". Киев.': 1990. - C.203-2Ü4. - .. ' '

32. Влияние температурного фактора на характеристики' проч- -иости, усталости и трединостойкости //С(>. "Синергетика", М.:

Ali СССР, 1991, .V 2 - С. 141.

33. Взаимосвязь пороговых напряжений мкого- и малоцикловой , выносливости //СГ>. "Синергетика", М.: All СССР, IS9I, If 2 ,

С Л 53-154.

34. Определение характеристик трещиностойкости в тонких поверхностных слоях //Техническая диагностика и неразруиаюций . контроль. 3, Киев.: 1991. - С.63-65.

35. Влияние исходной структуры стаж и параметров термической- ijHKjn сварки на пргдод нкносливости и статическую трещино-стсО кость евлрн д ' соединения //Автоматическая сварка, IS93, £-1 .

• - С.^3-1.4. .. .