автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Развитие магнитоупругого метода и создание средств определения напряженного состояния конструкций тяжелого машиностроения

Министерство науки, выспей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

РАЗВИТИЕ Щ.ГНИШПРУГОГО МЕТОДА И СОЗДАНИЕ СРЕДСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

05.03.06 - Технология ■ катаны огарочного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандадаза технических наук

На праввХ'рукописи

СЕМЬШШ Владаиир Николаевич

Москва - 1992

Работа выполнена в Воронежской политвхнкчеоком иястягута

Научный руководитель - я.г.в., доцент ШИП В.В.

Официальные оппоненты: д.т.н., сдв. Антонов А .А»

к.т.н., , Яекрасрва й^Г. Ввдуцеа предприятие - ВНИИМОНТАЮПЩСТРОЙ

>2.' С/УМ Я 1992

ооотоитоя " 1992 г. на эаоедаши

сдециалиэированного Совета К 053.15.03 в Московской ордзга Ленина, ордена Октябрьской Революции в ордена Трудового Краевого ¡Знамени государственной техническом университете иы.Н.Э.Баумана во адресу: 107005, Москва, 2-я Бауман сваяул., д.5.

Ваш отзыв на автореферат в I зкэ., заверенный печать», просим выонлать по указанному адресу. '

С диеоертациёй можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ни.Н.Э.Баумана.

Автореферат разослан

2-

1992 г.

УЧЕНЫЯ СЕКРЕТАРЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА К.Т.Н., ДОЦЕНТ

В.И.ГИЯВ

Подписано к печати 15.05.92 г. Объем 1,0 п.л.. Прах 100 ава. Заказ Типография ЧИТУ аи.Н.В.Бауиана ,

\

,. 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- I

~7ттт7я^ность пробдеш, Сварные конструкции тяжелого мапшно-отроения работают под большими нагрузками, поэтому они должна бить не только проплата, но и жеотвими. Жесткость конструкций обеспечивают норобчагостью, ребрами, диафрагмами. Часто свариваемые металла разнородны, а форма деталей сложна. Посла оварки и термообработки это вызывает высокий уровень остаточных напряжений (ОН), которые могут привести к разрушения сварных узлов на этапах изготовления илп эксплуатации. Бозникает необходимость определения ОН в ответственных конструкциях тяжелого машиностроения.

Расчетный метода догя определения напряженного состояния (НС) элементов конструкций, имащих сдохнув гесмэтричасвуп форлу, нередко оказываются неэффективными. Поэтому является актуальной проблеет разработки новых и совершенствования существующих методов экспериментального исследования напряжений. В значительной степени это относится я малоизученной области выявления геометрических характеристик полей напряжений (изостат, изобар и пр.) в реальных изделиях. Внсоная стоимость сварных конструкций тяжелого мзшяностроэнзя исключает использование разрушающих экспериментальных методов. Сравнение возможностей таких физичеоких не-разрупащпх методов, как рентгеновский, ультразвуковой и магни-тоупругий показывает, что последний выгодно отличается оперативностью, чувствительностью, простотой аппаратура п методик.

Однако, широкое внедрение кагнпгоупругого метода (МУМ) сдерживалось отсутствием средств и способов выявления геометрических характеристик поля напряжений, низкой точностью измерений.

Настоящая работа посвящена совершенствованию МУМ и создании аффективных технических средств применительно н анализу НС сварных конструкций тяжелого машиностроения.

Цель работу заключалась в повышении качества проектирования и изготовления сварных конструкций тяжелого машиностроения путем, развития МУМ определения их НС, а также разработки рекомендаций по снижении уровня и перераспределению ОН.

Матогщ исследования. Расчетные методы включали интегрирование дифференциальных уравнений равновесия для плоского НС с использованием метода конечных разностей, математическое моделирование процесса формирования траекторий главных напряжений (изостат) во взаимодействии о изотермами нвазистацлонармого температурного поля, численные расчеты на ЭВМ,

Т

Экспериментальные исследования проводились физический МУМ, реализуемым с помощью монофазного измерителя механических напряжений, оснащенного разнотипными магнитоупругими датчиками. Контроль геометрических характеристик ВС непосредственно на изделиях производился устройствами для выявления воля изостат о применением способа построения траекторий по предварительно найденным касательным.

Научная новизна. I. Разработана физико-математическая модель формирования изостат при сварке на основе следующих установленных закономерностей:

- для случая движущегося температурного поля однотипные изостаты наименьших главных напряжений совпадают с формирующими их изотермами, а ортогональные изостаты наибольших главных напряжений - о линиями теплового потока, при 8том формирование изостаты наибольшего главного напряжения представляется как постепенное увеличение длины кривой, ортогональной к одной и той же движущейся изотерме; "

- стабилизация изостат ОН связана о одной определенной температурой (с одной изотермой), соответствующей минимальной температуре нагрева металла, вызывающей достижение предела текучео-ти на стадии остывания (вторичной пластической деформации).

2. Разработан графо-аналитический метод построения изостат применительно к МУМ, исключающий этап построения изоклин: I) за счет построения касательных к изостатам в узлах коо;тинатной сетки в плоской напряженкой области; 2) за счет последовательной коррекции наращиваемой изостаты о.учетом наклона касательных к изостатам в окрестностях точек коррекции.

рпактичесуая уенндст> работы состоит в том, что на основа созданных методик и аппаратуры установлен» количественные характеристики ВС от сварки я термообработки крупногабаритных деталей тяжелых механических прессов; С учетом установленных закономерностей разработаны и внедрены на ПО "Воронежтяжмехпреоо" практические рекомендации по выбору рациональных конструктивно-технологических решений, направленных на повышение качества ответственных сварных конструкций. Полученные результаты показали возможность отмены термообработки отдельных узлов, что дало годовой экономический эффект в размере 23 тысяч рублей. Методика и ыаг-нигоупрутиа приборы внедрены на ПО "Воронежтяжмехпресо" и в учебный процесс в Воронежской политехническом институте.

■Апробапия работы. Основные положения работы докладывались на

научном семинаре нафедрн "Машины и автоматизация сварочных процессов" МП7 им.Н.Э.Баумана, Всесоюзных научно-технических конференциях: "Современные проблемы технологии приборостроения" (Москва, 1986 г.); "ШЬлетае изобретения сварки по методу Н.Г. Славянова и современные проблемы развития сварочного производства" (Пермь, 1988 г.); "Проблемы создания ресурсосберегающих технологий сварочного производства для предприятий Дальнего Воо-тока а Сибири" (Комсомольск-на-Амуро, 1988 г.); "Прочность и диагностика сварных конструкций" (Тверь, 1991 г.). По теме диссертации опубликовано 4 статьи, получено 12 авторских свидетельств. Магнитоупругий измеритель отмечен дипломом второй степени Всероссийской выставки технического творчества.

Структура и объем шботн. Диссертация состоит из введения, четырех глав, раздела о основными результатами и выводами, списка литература из В5 наименований, приложения и содержит ±24 страницы машинописного текста, 53 рисунка и 3 таблицы. .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

go введении обоснована актуальность теш, содержатся краткие сведения о технологии изготовления крупногабаритных узлов в тяжелом машиностроении и их возможных разрушениях после сварки и термообработки

В первой главе дан анализ работ, посвященных теории формирования ОН, методам экспериментальных исследований НС.

Современные представления о формировании напряжений при сварке основываются на трудах Г.А.Николаева, Н.А.Окерблома, В.А.Винокурова, Н.Н.Прохорова, С.А.Куркияа, В.И.Махненко, А.Г. Григорьянца, И.П.Трочуна, В.С.Игнатьевой, В.М.Сагалевича, А.Я.Не-досеки, В.А.Кархина, К.М.Гатовского и др.

В них показано, что несмотря на значительные успехи ученых в этом направлении, сложная зависимость распределения и уровня напряжений от многих конструктивно-технологических и металлофи-зичеоких факторов затрудняет обобщение и использование результатов. Экспериментальные исследования ОН крупногабаритных конструкций не получили должного развития, т.к. не было простых неразру-шаэдих методик.

В работах М.Фрохта," А.Дюрвлли и У.Райли, Н.И.Пригоровского рассматриваются изоклины, иэостаты, особые точки поля в моделях, вызванные внешним нагружением. Б.С.Касаткин и др. получили изо-

статы в стыковом сварном соединении из поликарбоната. А.В.Михайлов указывает на взаимосвязь траекторий температурных напряжений с геометрией температурного поля. Однако для случая движущегося температурного поля в металлах, присущего сварке, сведений о формировании изосгат не было. Отсутствовали также данные о методиках и устройствах дал изучения этого процесса.

Проведен анализ существующих методов определения ОН на основе работ С.П.Тимошенко, Д.Гудьера, В.А.Винокурова, А.Г.Григорь-янца, А.Дюрелли, Б.Паркса, К.Финкаг Х.Рорбаха, А.Н.Гузя, Ф.Г.Ма-хорта, 0.И.Гуща, Г.Д.Деля, Ю.Я.Шхонцэва,0.Н.Михайлова, И.М.Жданова, В.В.Батша, Г.Т.Орехова, А.Г.Состина, С.Абуку, Т.Иооно, А.Иосинага, К.Касивая. Ю.И.Кошгана и др.

Анализ показал, что наиболее перспективным методом исследования напряжений в крупногабаритных конструкциях машиностроения является физический МУМ.

МУМ не находил широкого применения для исследования плоского ЕС, т.к. позволял измерить лишь разность главных напряжений и угол наклона наибольшего главного напряжения к выбранной оси. В практике не было способа разделения главных напряжений, одно из них приходилось не учитывать. Исследования затруднялись несовершенством приборов, реализующих МУМ. Это приводило к низкой точности измерений и дискредитации метода.

Объектом исследований в настоящей работе являются сварные узлы тяжелых механических прессов: столы, траверсы, стойки. Это крупногабаритные коробчатые конструкции, сваренные из проката ' низкоутлеродиотой стали ВСтЗсп2 и отливок из стали 25JI полуавтоматической сваркой в С02 или автоматической под флюсом. Масса конструкций - от единиц до десятков тонн. Толщины элементов (листов, ребер, лап и т.д.) - в пределах, от 16 до 100 мм. Значительные толщины.и жесткие соединения деталей, сложное взаимное расположение, большие поперечина сечения сварных швов вызывают высокие ОН, о чем свидетельствуют трещины, образующиеся иногда в частично и полностью сваренных конструкциях.

Сведений об уровне ОЙ и местах их концентраций в указанных изделиях пе имелось. Нет данных о влиянии технологии сварки и термообработки узлов прессов на ОН. Ввиду конструктивно-технологической сложности изделий невозможно смоделировать на образцах влияние многочисленных факторов на НС. Исследования приходится проводить на реальных конструкциях, зачастую баз остановки производственного цикла.

В связи с этим для достижения цели, поставленной в данной

работе, необходимо решить следувдио основные задачи.

1. Исследовать и расширить область применения МУМ определения механических напряжений путем создания приборов, обеспечивающих повышение точности и оперативности определения количественных характеристик, а также разработки' методики и средств для установления геометрических характеристик двухосного НС в крупно-* габаритных маииностроительных конструкциях.

2. Выявить закономерности формирования полей ОН в металлах, вызываемых сваркой, и провести анализ НС сварных узлов прессов с учетом их конструктивных и технологических особенностей.

3. Разработать и внедрить рекомендации по оптимизации проектирования и совершенствованию технологии сварки машиностроительных конструкций с учетом их НС.

^тошя глава посвящена разработке аппаратуры и методики для определения МуМ количественных характеристик НС.

Основным элементом приборов, используемых в МУМ, является датчик (преобразователь). Существущие конструкции не дают возможности заметно повысить точность и оперативность измерений из-за нерегулируемости размера базы измерений, ненадожиости контакта в магнитной цепи "датчик-изделие" и т.д. Не было датчиков для измерений на нагретой поверхности, в зазорах изделий. Электронные схемы блоков преобразования измерителей не устраняли те составляйте сигналов датчиков, которые не связаны с ВС, что увеличивало погрешность.

Были разработаны новые модели приборов, реализующих МУМ.

Четнрехполюсный маигатоупругяй датчик (а.с.» 1465726) имеет регулируемый в пределах от 2 до 20 мм размер базы измерений за счет кулисы и четырех ползунов, перемещаемых в радиальных пазах. Двухполюсный датчик (а.с.й 1589082) устраняет воздушный зазор в магнитной цепи "датчик-изделие" с помощью магнитного эластомера или магнитной пасты.

Сокращение времени измерений на порядок дает датчик (а.р. № 1597613) с магнитопроводом в виде ролика, прокатываемого по де-т тали. Магнитоупругий датчик (а.о.А 1647297) имеет четыре размера базы измерений 1,5; 5; 10; 24 мм, -

• датчик магнитоупругого устройства (а,о,® 1569602) позволяет производить измерения в зазорах изделий шириной. ^ 3,5 мм.

Магнитоупругий датчик для определения напряжений в нагретых деталях содержит магнитопроводн в виде водоохлаждаемцх трубок и рассчитан на работу при температура < 400 °С,

Монофазный магнитоупругий измеритель механических напряжений ШН-3 создан для эксплуатации в комплекте с разнотипными датчиками. Он содержит генератор, формирователь прямоугольных импульсов, усилитель, амплитудный детектор, фильтр, измерительна головку, источник питания. Сигнал с датчика может совпадать по фазе с сигналом генератора или быть ему противофазным. Схемное решение ШН-3 выделяет только синфазный сигнал, устраняя погрешность измерений, обусловленную асимметрией магнитной системы датчика. Измеритель имеет габариты 190x140x110 мм, массу I кг. Для работы с ним собран двухдекадяый блок цифровой индикации.

Определение количественных характеристик НС основано в настоящей работе на извесчом из фотоупругого метода разделении главных напряжений способом разности касательных напряжений. Он предполагает интегрирование дифференциальных уравнений равновесия для плоского НС.

Главный недостаток способа - необходимость свободного контура (края) исследуемой детали, на котором устанавливают граничные условия. Однако на краю детали искажается магнитное поле датчика, что приводит к погрешности определения граничных условий.

Отмеченные проблемы решены следующим образом.

Дня сведения к минимуму влияния краевого эффекта по а.с. № 1583763 вначале определяют ширину зоны с краевым.эффектом на нагруженном образце, а затем измерения производя? на исследуемом изделии, начиная с точек, удаленных от свободного контура на расстояние, равное ширине указанной зоны.

Для определения ОН МУМ в деталях, не имеющих после сварки свободного контура (а.с.й 1446495), предварительно производят измерения напряжений и строят изостаты (см.ниже) до сварки деталей. После сварки повторно строят изостат;», определяют места концентраций и границы зоны сварочных ОН. Вне зоны выбирают базовую точку, по данным предварительных измерений вычисляют в ней значения ОН, начальные условия, определяют напряжения в конструкции.

Когда предварительные измерения в деталях без свободного контура невозможны, определение напряжений производят от искусственного свободного контура (а.с.» 1543255) на привариваемом к детали образце в форме клянообразпой призмы

Усовершенствовали аппарат исследований ОН. В результате исходная информация с магнитоупругого измерителя вводится в ЭВМ. В машине показания магнитоупругого измерителя переводятся в пас-

кали, определяются значения и знаки касательных Цу , нормальных бх»бу и главных б^ и 62 напряжений, печатаются результаты в виде таблицы.

Проверку методики и аппаратуры проводили двумя приемами.

1. Сопоставляли данные определения напряжений магнитоупру-гим и тензометрзчеспим способами в сварных соединениях стальных пластин и дисков. Максимальное расхождение результатов измерений для двухосного НС составило 7-15$ от предела текучести.

2. Проверяли сходимость эпюр ОН, определенных от разных свободных контуров лиота стола пресса КГ2540. Дина контрольной линии 2080 мм. Измерения выполняли " навстречу" в зоне оси симметрии. Получили незначительные ( < 20 МПа) расхождения значений напряжений в точках "встречи" (рис.1).

Третья глава посвящена исследованию изоотат.

Значительный резерв повышения эффективности результатов исследований напряжений содержится в изучении и учете полей изоогат, т.к. изостатн (кривые, касательные к которым совпадают о направлениями одного из главных напряжений, действующих в точках касания) качественно характеризуют плоское НС.

Традиционно использовались два способа получения траекторий: поляризационно-оптический и хрупких покрытий. Основные недостатки первого - невозможность исследования металлов, сложность аппаратуры, двухотупенчатость графических построений (изоклины, затем изостатн). Метод хрупких покрытий непригоден для неразруша-ицего контроля ОН, неоперативен.

В настоящей работе в основу создания устройотв для выявления изоотат на поверхностях промышленных изделий положено определение касательных к изоотатам с помощь в магнигоупрутих датчиков. Было разработано два устройства. Первое (а.о.Я Г492371) в виде собранных в матрицу модулей. В модули установлены втулки с возможностью их вращения. Вдоль образущей цилиндрического отверстия втулки выполнен паз, соответствующий выступу на магнитоуп-ругом датчика. Матрицу устанавливают на изделие. Датчик поочередно вставляют во втулки и, поворачивая их, получают поле касательных к изостатам.

Второе уотройотво (а.о.Я 1656350) - цепь из шарнирно-сочле-ненных магнитоупругих датчиков. Определяя направление изостати под каждым датчиком, прослеживают вся изолинию.

Разработана методика построения изостат по полученным касательным к изостатам в узлах координатной сетки. Она основана на

последовательной коррекции наращиваемой кривой с учетом углов наклона касательных в окрестности точки коррекции.

С помощью разработанных устройств и методики выявлены изо-статы ОН в партии образцов сварных соединений и в реальных сварных конструкциях прессов.

Предварительный анализ картин траекторий, а также научных положений работы А.Б.Михайлова позволили выдвинуть две гипотезы о кинотике их формирования.

Г. Для случая прямолинейного равномерного движения линейного источника тепла постоянной мощности в пластине однотипные изосгаты наименьших главных напряжений совпадают с соответствующими изотермами, а ортогональные им изостаты наибольших главных напряжений - с линиями теплового потока (рис.2).

2. Стабилизация траекторий ОН связана о одной определенной температурой (с одной изотермой).

Дня экспериментальной проверки первой гипотезы на пластинах из стали Ст.З изучали последовательность формирования траекторий главных сварочных ОН. Поля траекторий выявляли с помощью измерителя ИМН-3 (база датчиков 5 и 2 мм). Траектории вычерчивали непосредственно на исследуемой поверхности (рис.3). Вначале на пластинах получили иэостаты, вызванные прокатом (рис.3,а), затем траектории от наплавки и остнвания одного и более валиков. Наплавку выполняли РДС электродами АНО-4 4 4т на режиме: Лнапл. = 170-180 А, Ц[д = 32-34 В, \/напл.~ г>"

Исследования показали, что поле изостат ОН может иметь нестабильный (рис.3,6,в) и стабильный (рис.З.г) участки.

Стабильные участки формируются по обе стороны от шва и характеризуются последовательным расположением идентичных изостат, т.е. наблвдается параллельное перемещение однотипной траектории. Формируется замкнутые изотропные точки с огибающими их ветвями траекторий. Смещение изотропных точек навстречу направлению сварки вызвано более интенсивным отводом тепла в сторону холодной части пластины, в результате чего максимальная температура в процессе охлаждения шва установится на линии изотропных точек.. Сравнение схемы поля, выполненной согласно гипотезе, с реальной картиной поля в пластине показывает их соответствие.

Лредполагаемую по второй гипотезе температуру Тс.и. » вызывающую стабилизацию изостат ОН определяли двумя способами. Но первому - серию пластин (Ст.З) нагревали в термической печи до температуры 600 °С. Доставали первую пластину и половину ее

немедленно охлаждали в воде (20 °С). Затем, ступенчато снижая температуру в печи, также охлаждали следующие пластины. До нагрева и после охлаждения каждой пластаны ЮТ выявляли в них картины изостат и отделяли те пластины, в которых изостаты ориентированы вдоль линии погружения пластины в воду. Искомая температура лежит в интервале от минимальной температуры нагрева пластины с изменившейся конфигурацией изостат яо максимальной температуры нагрева пластины, дая которой охлаждение не повлияло на изостатн. Получили интервал 350 °С ^ Тс.и > 300 °С. По второму способу магнитоупругим датчиком прослеживали направление изостаты в ходе охлаждения сварного образца на воздухе. Температуру в месте контроля измеряли с помощью термопара и фиксировали в момент застывания изостаты. Для Ст.З определили, что значение температуры, приводящей к стабилизации изостат, лежит в интервале 360 °С > Тс и > 340 °С. По результатам двух экспериментов искомая температура 345 °С.

Установленная температура соответствует минимальной температуре нагрева, вызывающей достижение предела текучести на стадии остывания свариваемого металла (вторичной пластической деформации) .

В целом результаты экспериментов подтвердили положения принятых гипотез о формировании изостат ОН при сварке.

На основе этих положений получили приближенное аналитическое выражение изостат через параметры изотерм квазистационарных температурных полей. Параметры задавали реальными значениями погонных энергий источников нагрева. Отдельные участки изотермы аппроксимировали эллипсом, гиперболой или параболой. Определены уравнения и разработана .программа' построения изостат на ЭВМ.

Проверка показала, что геометрические параметры однотипных экспериментальных изостат стабилизировавшегося поля близки к аналогичным параметрам изостат расчетных. Следовательно, путем варьирования мощности источника,, погонной энергии и скорости сварки можно регулировать траектории ОН.

Четвертая глава содержит описание исследований НС сварных конструкций механических прессов магнитоупругим методом с использованием измерителя ИШ-3.

Был проведен анализ НС стола пресса КА9540. По иэостатам выявили зоны концентрации ОН, затем определили их уровень, достигающий 330 МПа. Данны!! уровень ОН вызывает необходимость термообработки .

о

Изучали влияние термообработки на ОН в столе пресса КА3540. На перром этапе выявим поля изостаг от сварки, на втором избирательно провели количественные измерения в Г20 точках. После высокого отпуска измерения повторила. Затраты времени на выявление изостат и два цикла измерений составили 5 часов. Подтверждена эффективность термообработки, обеспечивзей снижение максимальных растягивающих напряжений со 160-200 МПа до 10-20 Mía.

Контролировали воспроизводимость сварочных ОН в изделиях одной серии, изготавливаемых одно за другим с небольшим интервалом времени. Исследовали участок дайной 800 m на боковой стенке в трех столах пресса КБ5042. Затраты времени составили: на измерения в одном сголе 1~5-2 часа, на обработку результатов х' получаса. ОН в первом и втором столах оказались распределенными одинаково, а в третьем есть отличия, вызванные вариациями последовательности сварки и перерывами в выполнении многослойных швов. МУМ можно получить за смену данные о НС в 150-200 точках. Этого достаточно для контроля стабильности технологического процесса в условиях цеха. ■

Зависимость ОН от вида сварного соединения определяли измерениями в заднем листе ползуна пресса КЛ3540. С внутренней стороны лист имеет угловые и тавровые соединения с ребрами жесткости. Полученный для внешней стороны листа уровень ОН от таврового сварного соединения на 5-50 МПа выше, чем от углового. Другие эксперименты показали, что ОН от соединений с двухсторонней разделкой кромок на 25-30$ ниже, чем от соединений с односторонней, колебания ширины швов в пределах до 1255 не влияют на уровень ОН.

Создан способ сварки (а.с.№ 134Э937), ослаблялщий воздействие концентраторов ОН в ответственных конструкциях. Для этого перед выполнением последних слоев многослойных швов строят взо-стагы, по изостатам выявляют зоны концентрации ОН; заполняют разделки последними слоями, располагая начата и концы швов равноудаленно от зон концентрации. Этим снижается вероятность разрушений сварных узлов.

. . ОСНОВНЫЕ ВНВОДИ И РЕЗУЛЬТАТЫ

I. Показана ограниченность методов исследования двухосных напряжений, не учитывающих характера поля изостат, в связи с тем, что измерения производятся без анализа общей картины плоской области, и следовательно, неизбирательно, с низкой оперативностью.'

2. Разработана методика выявления геометрических характер.] сгик плоского НС промышленных изделиР, заключающаяся в определении магнитоупругим датчиком с угломером касательных к изоста-там в узлах координатной сетки, нанесенной на деталь, с последующим построением изостат путем последовательной коррекции наращиваемой кривой с учетом углов наклона касательных в окрестности точек коррекции.

3. Установлены закономерности формирования траекторий главных ОН от воздействия квазистационарного температурного поля, характерного для сварки плавлением, заключающиеся в том, что траектории наименьших главных напряжений повторяют форму изотер,га,

а траектории наибольшего главного напряжения являются кривыми, ортогональными движущейся изотерма во всех ее положениях, т.е. совпадают с линиями теплового потока, причем стабилизация траекторий ОН связана с одной определенной температурой (с одной изотермой) .

Экспериментально определено значение этой температуры, равное для Ст.З примерно 345 °С, что соответствует минимальной температуре нагрева металла, приводящей'к появлению пластической деформации на стадии остывания сварного соединения (вторичной пластической деформации).

4. Разработана математическая модель, описывающая формирование изостат в условиях движущегося температурного поля через параметры изотерм, задаваемые реальными значениями погонных энергий источников тепла, при сварке. Изотермы аппроксимируются эллипсом, параболой, гиперболой. На этой основе создана программа построения изостат на ЭВМ.

5. Установлены критические размеры зоны искажения магнито-упругого эффекта вблизи свободного контура изделия. Показано, что для снижения погрешности измерений последнюю следует исключать из контролируемого участка.

6. Разработана два магннтоупругих способа определения двухосных напряжений в деталях, не имеющих свободного контура. Первый способ основан на использовании базовых точек и результатов предварительных (до сварки) измерений, второй на создании искусственного свободного контура на образце, привариваемом на время на контролируемую деталь.

7. Созданы два типа устройств для выявления картон изостаг в изделиях и образцах из ферромагнитных материалов. Одно из них

представляет матрицу модулей-ячеек под кагнитоупругий датчик, в другой датчики шарнирно соединены в цепь.

Разработана ыоно^азный магнитоупругий измеритель ИШЬЗ, блок цифровой индикации и разнотипные югнитоупругие датчики, что обеспечило погрешность изыервиий одноосных напряжений в предела 5-10/ь, двухосных 7-15% от предела текучести ( на базовой длине зачетной линии 1000 мы), при оперативности измерений, на несколько порядков превышающей оперативность тензоматричаского метода.

8. Разработан способ сварка, сникающий воздействие концентрации ОН в ответственных конструкциях с многослойными ивами за счет перераспределения напрянанай на этапа выполнения послэдаего слоя. Способ включает построение поля изостат.

9. Отработана методика оперативного магнитоупругого контроля ОН в крупногабаритных сварных узлах в ходе производственного цикла, содержащая два этапа: вначале выявление изостат, а по ним мест концентрации напряжений, затеи количественные измерения в наиболее нагруженйых участках.

10. Переданы на ПО "Боронзжтяжмехпрвсс" конструкторско-ieх-нологическле рекомендации по снижению ОН в сварных узлах механических прессов на основе анализа количественных данных о НС. Предложено перейти, по возможности, от тавровых сварных соединений к угловым, от соединений с односторонней разделкой кромок к соединениям с двухсторонней. В отдельных конструкциях уровень ОН невысок, что позволяет снять операции термообработки. При выполнении настоящей работы создано 12 изобретений, защипанных а.с. Ш 1349937, 1446495, 1465726, 1492371, 1494029, 1543255, 1569602, 1583763, 1589082, I5976I3, 1647297, 1656350. Годовой экономический эффект ei внедрения разработок составил 23725 рублей.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Кучер А.Т., Сешкин Б.Н., Кошкин D.U. Измеритель остаточных напряжений с малой базой датчика // Современные проблемы технологии приборостроения: Таз.докл.Всесоюзн.науч.-техн.конф.- Москва, I9B6. - С.32.

• 8

2. A.c. 1349937 СССР, ШШ В23 K3I/08. Способ сварки станины механического пресса / А.Т.Кучер, В.Н.Сеыыкин, Ю.И.Кошкин а др.. (СССР). - te 4074373/31-27. Опубл. 07.11.87. Еол.й 41 // Открытия. Изобретения. - 1937..- 16' 41. - С.53.

3. A.c. 1446495 СССР, Ш8 COI LI/12, GOI В7/24. Спо-' соб определения остаточных. напряеений в сварных конструкциях

&.Т.Кучэр, В.Н.С0иыкия,.В.<1.Ш1Шчков и др. (СССР). - Ш7235¿/ 25- 28. Опубл. 23.12.88. йал. !Ш7 // Открытия. Изобретения. 1988. т fe.47. - С.195.

A.Ö. 1465726 СССР, ШЭ GDI LI/12. LiarHUioyripyiaü fv¡í чик ¡ АЛ.Кучер, В.Н.Саыыкин, В.Ф.Шмычков и др. (СССР).-№4249876/24.- 10. Опубл. 15.03.89. Кол. №10 //Открытия.йзоСр^., ■ ния. -.1389. - ЙЮ. - C.I78.

5. А.с, 1492371 СССР, ,'ДШ3 С09 В23/06. Устрэйиьо мл ^ ределения поля траекторий.главных напряжений / АЛ.Кучер,Ь.Н.СЬ ышшн, В.Ф.Шшчков (СССР). - M333866/I3 - 12. Опубл. 07.07.b-J. Вол. te.25 // Открытия.Изобретения. - 1989. - Ш5. - С. 170,

6. А.с. 1543255 СССР, ЩИ3 COI XI/I2. Способ определит.: иеханичэских напряжений / А.Т.Нучер, В.Н.Сеышшн, В.Ф.кшчкоа ,i др. (СССР). - Ш26&96/2И- 10.. Опубл. 15.02.90. Еюл. 6 // íi¡. : рытия.Изобретения. - 1990. - !!£. - С. 179.

7. Кучер А.Т., Сешшш В.Н,, Шиулевич С.Д. Киштика форци! вания траекторий главных напряжений при сварке // IüQ-лагае изобретения сварка по методу Н.Г.Славянова и соврвиенные проблоин развит ия сварочного производства: Тез.докл.Всасоюэн.науч.-техн. конф. т Пернь, 1988. - С.52.

8. Кучер АЛ., Сэшшн В.Н., Шшчкоь В.Ф. Новые прнборц для исследования напряжений в сварных конструкциях ыапшоупругиы иетодои // Проблемы создания ресурсосберегающих технологий сварочного производства для.предприятий Дальнего Востока а Сибири: Тез.докл.науч.-техн.копф. - Коысоиольск-на-Аыуро, 1988. - C.I27.

9. A.c. 1563763 СССР, Ш3 GOI LI/I2. Способ определения механических напряжений / А.Т.Кучер, В.Н.Сеыыкин, В.Ф.Ишчков и др. (СССР).- Яе4426696/24 - 10. Опубл. 07.08.90. Бол. ШЭ

Открытия.Изг^рзгения. - 1990. - Й29. - С. 171.

10. А.о. 1589082 СССР, ШСИ3 GOI. LI/I2. Иагнитоупругий датчик / А,Т.Кучер, В.Н.Сеышшн, В.ФЛИыычков (СССР). - КА465757

/¿4- ГО. Опубл. 30.08.90, Шл. fe32 // Открытия.Изобретения. -

1990. -.№52. - C.I76.

П.ШипВ.В., Сеыыкин В.Н., Кучер АЛ. Совершенствование магкагоупругого контроля капряяений //.Прочность а диагностика сварных конструкций: Тез.докл.Всесоюзн.науч.^-гэхн.конф. - Тварь,

1991. - С.98.

МЛа 200

150

100

50

О

-50 Рис. I.

„

Г п

11 11

„ / РлзносгьиамПа

Схема измерений "навстречу" от двух разных свободных контуров бокового листа (Ст.Э) стола пресса КГ2540 и полученные эпюры продольных бк и поперечных бу остаточных напряжений.

А

Рис.2. _ Схема формирования изостат остаточных сварочных напряжений.

Тем - изотерма температуры, связанной со ста-

билиэацнбй азоогат; Об, - изостата наибольшего главного напряжения; - изостата наименьшего главного напряжения.

Г5

Рис.3, Кинетика формирования траекторий главных напряжений в пластине из Ст.З размерами 200x100x5 мм при наплавке электродам ЛНО-4 6 4 мм на режиме: Знзпл. = 170-180 А; 1)д = 32-34 В; ш/с.