CC BY
49
7. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. - М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.
8. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действия излучения большой мощности на металлы. - М.: Наука, 1970. - 272 с.
9. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. - М.: Мир, 1974. - 378 с.
10. Хирш П., Хови А., Николсон Р. и др. Электронная микроскопия тонких кристаллов. - М.: Мир, 1968. - 574 с.
11. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. - М.: Металлургия, 1977. - 280 с.
12. Кан Р. Атомное строение металлов и сплавов. Т. 1. - М.: Металлургия, 1962. - 236 с.
13. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Т 2. - М.: Металлургия, 1962. - 1488 с.
14. Курдюмов ГВ., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. - М.: Наука, 1977. - 236 с.
Поступила 31.03.2010 г.
УДК 535.231.11+621.375.826+620.179.17
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОТОКОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ТРЕЩИНОЙ В СТАЛИ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
А.М. Апасов
Юргинский технологический институт (филиал) ТПУ E-mail: [email protected]
Проведена регистрация сигналов акустической эмиссии в процессе воздействия концентрированных потоков энергии лазерного излучения на трещиноподобные дефекты в стали. Установлена зависимость параметров излучения оптического квантового генератора от глубины проплавления дефектов в сталях аустенитного класса. Экспериментально подтверждена возможность устранения (проплавления) дефектов типа трещин с выходом на поверхность металла.
Ключевые слова:
Сигналы акустической эмиссии, излучение оптического квантового генератора, длительность импульса, модулятор, трещиноподобный дефект.
Key words:
Signais of the acoustic émission, optical quantum generator radiation, duration of the puise, modulator, surface defect.
Введение
Актуальность проблемы обеспечения долговечности и продления ресурса изделиям с имеющимися опасными и недопустимыми дефектами, в частности с трещинами, несомненна. В связи с этим за последнее десятилетие появились публикации основных результатов исследования процессов залечивания микротрещин и трещин как в объёме металла, так и с выходом на поверхность [1].
Эксперимент
Для исследования физико-химических процессов плавления, кристаллизации и трещинообразо-вания, протекающих в результате воздействия лазерного излучения на металл, было использовано явление акустической эмиссии (АЭ). Сигналы АЭ поступали через пьезопреобразователь, установленный на трубопроводе, и предусилитель на измеритель акустических сигналов ИАС-4, где сигнал усиливался и обрабатывался с последующей регистрацией в аналоговом виде на приборе быстродействующем самопишущем Н338-4П. Методика контроля глубины проплавления металла при импульсном воздействии излучения оптического квантового генератора (ОКГ) представлена в работе [2].
Для определения энергетических параметров спектра сигналов АЭ от процессов плавления, кристаллизации и трещинообразования металла был применен многоканальный амплитудный анализатор АИ-1024-95, с помощью которого получены амплитудные распределения сигналов АЭ от различных составляющих процесса воздействия излучения ОКГ.
Обсуждение результатов эксперимента
На рис. 1 представлены амплитудные распределения сигналов АЭ в зависимости от числа импульсов излучения ОКГ при постоянных длительности импульса и напряжении на модуляторе. Максимальное число импульсов АЭ N£=850, располагающихся в 14-м канале анализатора с амплитудой 68,32 мВ, характеризует 100 одиночных импульсов излучения ОКГ, воздействующего на поверхность металла.
При воздействии 5-ти одиночных импульсов лазера максимальное число импульсов АЭ N¡=46 располагается в 9-м и 11-м каналах анализатора с амплитудами импульсов 43,92 и 53,68 мВ соответственно.
Исходя из выводов, приведенных в [3], следует, что амплитудные распределения сигналов АЭ в зави-
Рис. 1. Амплитудные распределения сигналов АЭ от воздействия импульсов излучения ОКГ на поверхность металла. Длительность импульса т=4 мс. Напряжение на модуляторе им=400 В. Количество импульсов: 1) 5; 2) 10; 3) 20; 4) 50; 5) 100
симости от числа импульсов излучения ОКГ, представленные на рис. 1, характеризуют, в основном, процессы плавления и кристаллизации металла.
Тот же самый вывод следует из анализа амплитудных распределений сигналов АЭ от воздействия одиночного импульса излучения ОКГ при проплав-
лении трещиноподобного дефекта в зависимости от длительности импульса при постоянном напряжении на модуляторе (рис. 2).
Это подтверждено металлографическими исследованиями. На рис. 3 представлены фотографии микроструктуры проплавленного трещиноподоб-
■ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Номер канала
Рис. 2. Амплитудные распределения сигналов АЭ от воздействия одиночного импульса излучения ОКГ при проплавлении дефекта типа трещины. Напряжение на модуляторе им=400 В. Длительность импульса, мс: 1) 1,5; 2) 2,0; 3) 2,5
Рис. 3. Микроструктура зоны проплавления трещиноподобного дефекта при напряжении на модуляторе им=400 В. Длительность импульса, мс: 1) 2,5; 2) 4,0
N 25 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
2
О 10 20 30 40 50 60 70 80
Номер канала
Рис. 4. Амплитудные распределения сигналов АЭ от воздействия одиночного импульса излучения ОКГ длительностью импуль -са т=1,5 мс при проплавлении дефекта типа трещины. Напряжение на модуляторе им, В: 1) 400; 2) 500; 3) 600; 4) 700; 5) 800
ного дефекта в металле, выполненные с экрана австрийского микроскопа фирмы REICHERT. Отсюда следует, что чем выше значения длительности импульса излучения ОКГ, тем больше глубина проплавления дефекта в металле.
На рис. 4 даны амплитудные распределения сигналов АЭ от воздействия одиночного импульса излучения ОКГ постоянной длительности при проплавлении дефекта типа трещины в зависимости от величины напряжения на модуляторе.
Из проведенного микроструктурного анализа (рис. 5) следует, что с возрастанием напряжения на модуляторе ОКГ при постоянной длительности импульса излучения увеличивается глубина проплавления дефекта.
Амплитуда же сигналов АЭ от трещинообразо-вания [4], зафиксированных в 73 канале анализатора, составляет 356,24 мВ (Nx«600 импульсов), что
свидетельствует об очень высокой энергетике процесса зарождения и развития трещин по сравнению с плавлением и кристаллизацией металла.
При воздействии лазерного импульса излучения длительностью 4,0 мс (длина волны 1,06 мкм) и при напряжении на модуляторе и=400 В [3] глубина проплавления дефекта больше, чем на рис. 3, что объясняется фокусировкой лазерного излучения на глубину 0,7 мм. В случае, показанном на рис. 3, излучение фокусировалось на поверхность трубопровода.
Выводы
1. Установлена принципиальная возможность устранения (проплавления) трещиноподобных дефектов в сталях аустенитного класса с использованием импульсного излучения оптического квантового генератора.
2. Проведена регистрация сигналов акустической эмиссии в процессе воздействия концентрированных потоков энергии лазерного излучения на трещиноподобные дефекты в стали. Выявлено, что амплитудные распределения сигналов акустической эмиссии от воздействия на сталь излучения оптического квантового генератора
характеризуют, в основном, процессы плавления и кристаллизации металла.
3. Определено, что глубина проплавления трещиноподобного дефекта тем больше, чем выше значения напряжения на модуляторе и длительности импульса излучения, а также при фокусировке излучения вглубь металла.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Апасов А.М. Изучение влияния излучения оптического квантового генератора на поведение трещиноподобных дефектов в стали // Известия Томского политехнического университета. -2010. - Т. 317. - № 2. - С. 90-97.
2. Корляков В.К. Акустический контроль глубины проплавления металла при импульсной лазерной сварке // Сварочное производство. - 1983. - № 9. - С. 23-24.
3. Апасов А.М. Взаимодействие концентрированных потоков лазерного излучения с трещиной в стали // Физика и химия обработки материалов. - 2000. - № 4. - С. 34-38.
4. Апасов А.М. Анализ разрушения сварных соединений в процессе сварки // Дефектоскопия. - 1996. - № 10. - С. 24-30.
Поступила 31.03.2010 г.
