CC BY
13
УДК 621.882: 620.178.3 О.В. Герасимова
Курганский государственный университет
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОНТРОЛЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ БОЛТОВ НЕРАЗРУШАЮЩИМ СПОСОБОМ
Аннотация
Доказаны экологические преимущества и технологические возможности неразрушающего электроин-дутивного способа оценки долговечности болтов. По изменению электропроводности при циклическом на-гружении определены ее экстремальные значения при предельном числе циклов.
Ключевые слова: болты, неразрушающий контроль, напряжения, электропроводность, долговечность.
O.V. Gerasimova Kurgan State University
ECOLOGICAL AND TECHNOLOGICAL POSSIBILIETES OF THE CONTROL OF THE BOLT ENDURANCE BY MEANS OF DURABILITY THROUGH THE NON-DESTRUCTIVE METHOD
Аnnotation
The ecological advantages and technological possibilities of the non-destructive electrical inductive method for the evaluation of the bolt durability are demonstrated. Through the change of the electrical conductivity by the cyclic load the extreme values of it are determined by the utmost number of the cycles.
Key words: bolts, non-destructive control, strains, electrical conductivity, durability.
При контроле качества и долговечности стальных болтов можно использовать различные металлофизи-ческие методы. Среди них наиболее эффективным является неразрушающий вихретоковый метод, который успешно апробирован при контроле резьбовых соединений [1].
Среди других методов можно выделить метод магнитной памяти металла [2] и метод плотности [3,4], когда накопление структурных изменений и повреждений в металле адекватно влияет на его физические свойства.
В настоящей работе доказаны экологические преимущества и технологические возможности неразрушающего вихретокового контроля долговечности стальных болтов при механических испытаниях резьбовых соединений «болт-гайка». В работе [5] показаны возможности неразрушающего контроля свойств металла при растяжении болтов М 22 переменными напряжениями. При этом зонами контроля являлись гладкий участок 1 и резьбовая часть 2 (рис.1).
В качестве примера можно привести графические зависимости 1 и 2 на рис.2, полученные при неразрушаю-щем контроле металла в зонах 1 и 2. По ним можно оценивать изменение свойств деформированного металла.
При испытаниях болтовых соединений с нарезан-
ным резьбовым профилем получены минимальные значения электропроводности металла при числе циклов порядка (8-10)х103. «Пиковые» значения силы тока соответствуют длительности испытаний в диапазоне 14х103 циклов. При этом меньшие значения электропроводности металла соответствуют зоне контроля 2 на средней части резьбы, что можно объяснить меньшей глубиной проникновения в металл вихревых токов.
3 1 *.....■......— л г *..... ■-
Рис.1. Зоны контроля свойств металла на болтах
В данном исследовании применяли вихретоковый контроль для оценки свойств и структурного состояния металла в зонах контроля 3 - вблизи головки болта и в зоне 4 при переходе резьбы к гладкому участку. Именно эта зона является концентратором напряжений при статическом и особенно динамическом силовом нагруже-нии.
96
94
SE 90 88 86
» м
02 12 ВО (0
о * в 18 1в го А/но3
Рис. 2. Изменение электропроводности металла в зонах контроля 1 (кривая 1) и 2 (кривая 2) при циклическом нагружении болтов
При контроле свойств металла применяли генератор высокочастотных электромагнитных колебаний и индуктивный малогабаритный датчик с концентратором магнитного поля в виде ферритового сердечника [6]. Благодаря высокой частоте генератора - от 15 МГц и выше и резонансному режиму его работы обеспечивается высокая чувствительность при оценке структурного состояния металла.
При контроле датчик устанавливается нормально к поверхности и по показаниям регистрирующего прибора - микроамперметра оценивается уровень накопленных структурных изменений в металле. При этом в качестве параметра принята сила тока Л (мкА), по величине которой можно судить о возникновении и накоплении дефектов в металле в зоне контроля.
14
ВЕСТНИК КГУ, 2010. №1
Полученные результаты обобщены при механических испытаниях болтов М 22х2,5 с нарезанной резьбой (режим испытаний: растягивающие напряжения составили: ст = 130 и ст = 260 МПа, частота цикличес-
min max ' ~
кого нагружения 500 мин-1) и представлены на рис.3 в виде графических зависимостей 3 и 4 соответственно для зон контроля 3 и 4 по рис.1.
Анализ графических зависимостей позволяет сделать следующие обобщения.
1. Установлена зона экстремального циклического деформирования болтов при числе циклов от 2х103 до 4х103, когда электропроводность металла возрастает в среднем на 11 ^ 14%. Такой «пиковый» диапазон для числа циклов нагружения впервые выявлен В.Я. Герасимовым и Д.Н. Парышевым при деформационной тренировке болтов переменными растягивающими напряжениями [1].
2. Минимальные значения электропроводности металла в исследуемых зонах контроля соответствуют числу циклов нагружения от 4х103 до 6х103. В отличие от зон контроля 1 и 2 (согласно рис.2), установленные минимумы резко отличаются от минимального значения циклов для гладкой части и резьбы на болтах. Это свидетельствует о том, что металл при циклическом деформировании болтов раньше получает структурные изменения в зоне контроля 3 (вблизи головки), где прикладываются растягивающие напряжения.
Наиболее чувствительным местом является переходная зона 4, что подтверждается более ранним изменением электропроводности металла - кривая 4 на рис.3. свидетельствует о том, что металл при циклическом деформировании болтов раньше получает структурные изменения в зоне контроля 3 (вблизи головки), где прикладываются растягивающие напряжения.
Наиболее чувствительным местом является переходная зона 4, что подтверждается более ранним изменением электропроводности металла - кривая 4 на рис.3.
50 Т6 у,___
5S П
Si VE
М 70
вВ
И 66 64
46 (¡й
0
Рис. 3. Изменение электропроводности металла в зонах контроля 3 (кривая 3) и 4 (кривая 4) при циклическом нагружении болтов
3. Максимальные значения силы тока соответствуют числу циклов порядка 14х103, что совпадает с результатами, приведенными на рис.2.
Можно отметить экологические преимущества не-
разрушающего вихретокового контроля свойств деформированного и упрочненного металла при любой деформационной обработке и при оценке долговечности крепежных изделий. Данный метод является экологичным и быстродействующим (время одного измерения составляет порядка 2-3 с), неразрушающим (контроль осуществляется непосредственно на изготовленных изделиях). При этом не требуется применение специальных методов защиты персонала, так как мощность генератора является очень малой и высокочастотное излучение сосредоточено в малогабаритном индуктивном датчике (диаметр порядка 2-3 мм). Указанные достоинства делают данный метод пригодным для широкого применения в металлообрабатывающей промышленности.
Общий вывод заключается в том, что наиболее информативным и точным является контроль свойств металла именно в переходной части болтов (зона контроля 4). Как показали механические испытания болтов при статическом нагружении и при циклическом воздействии растягивающих напряжений, разрушение происходит в основном по резьбовой части. Однако интенсивное накопление структурных повреждений в металле начинается именно в зоне перехода от гладкой части к резьбовому участку болтов. Следовательно, первая резьбовая канавка выполняет роль разгружающего элемента, что приводит к смещению разрушающего очага в центральную часть резьбы.
Список литературы
1. Герасимов В.Я., Парышев Д.Н. Повышение прочности болтов на
основе деформационной тренировки переменными растягивающими напряжениями // Изв. вузов. Машиностроение. - 2006. - № 9.- С. 25-28.
2. ГОСТР 52005-2003. Контроль неразрушающий. Метод магнитной
памяти металла. Общие требования.
3. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойств
металлов и сплавов / Под ред. Б.Г. Лившица. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.
4. Герасимов В.Я., Парышев Д.Н., Герасимова О.В. Изменение плотнос-
ти металла при изготовлении калиброванной прутковой стали // Технология машиностроения. - 2005. - № 3. - С.9-10.
5. Герасимова О.В. Вихретоковый контроль крепежных изделий //
Современные технологии обработки металлов с применением инструментов из сверхтвердых материалов - новые технологии и направления: Сб. науч. тр. Вып.2. Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ им. Г.И. Носова. - 2009 - С. 69-71.
6. А.с. № 1837222 (СССР). Устройство для вихретокового контроля
/ В.Я. Герасимов // Бюллетень изобретений. 1- 993. - № 32. - С. 53.
УДК 629.11.012.577 В.К. Набоков
Курганский государственный университет
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ГУСЕНИЧНЫХ ЦЕПЕЙ
Аннотация
В статье изложен аналитический обзор конструкции гусениц транспортных машин. Изложены основные требования к шарнирам гусениц для перспективных ходовых систем. Приведена методика расчета КПД шарнира с гибкой силовой связью.
Ключевые слова: гусеница, шарнир, напряжение, гистерезис, работа, мощность, коэффициент полезного действия.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
15
