Генерация акустических колебаний в металлах импульсными пучками электронов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

соединения. Наибольшей диффузионной подвижностью из основных легирующих элементов обладает хром, который вследствие большого градиента по концентрации диффундирует в сталь 10880. В наших условиях при имеющихся концентрациях легирующих элементов образуются твердые растворы внедрения и замещения.

Параметры режима сварки оказывают влияние и на магнитные свойства узлов, которые характеризуются величиной коэрцитивной силы. В свою очередь величина коэрцитивной силы зависит от величины зерна электротехнической стали. Проведенные исследования позволили установить, что на величину зерна существенное влияние оказывает скорость охлаждения. Для получения требуемой коэрцитивной силы скорость охлаждения должна быть минимальной.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Эксплуатационные свойства магнитопроводов определяются величиной и структурой переходной зоны соединения 10880 + 12Х18Н10Т.

2. Переходная зона из твердых растворов образуется в результате взаимной диффузии Сг и N1 в сталь 10880 и увеличения содержания Бе в стали 12Х18Н10Т до 85 %.

3. Требуемые магнитные свойства стали 10880 обеспечиваются низкой скоростью охлаждения в процессе ДСВ.

4. На оптимальных режимах диффузионной сварки предел прочности соединения 10880 + 12Х18Н10Т сВ > 450 МПа, коэрцитивная сила НС < 0,75 • 79,6 А/м, что отвечает требованиям, предъявляемым к магнитопроводам.

© Бочарникова А. В., Дудуков А. В., Егорова Е. С.. Семичева Л. Г.. 2010

УДК 621.798.1-034

А. Ш. Герюков1, В. В. Богданов2, Е. А. Клипов1, П. С. Шабанов2

Научный руководитель - С. Н. Козловский2 :ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Красноярск 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ГЕНЕРАЦИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В МЕТАЛЛАХ ИМПУЛЬСНЫМИ

ПУЧКАМИ ЭЛЕКТРОНОВ

Рассмотрены особенности генерации акустических волн в металлах. Предложен метод возбуждения ультразвуковых колебаний. Описаны его возможности применения в неразрушающей дефектоскопии.

В последнее время появился ряд специальных задач неразрушающего контроля, связанных с особыми условиями производства и требующих бесконтактного ввода ультразвуковых (УЗ) колебаний в контролируемые изделия. Одним из методов, достаточно эффективно решающим эту проблему, является радиационный метод, основанный на акустическом эффекте импульсных пучков заряженных частиц и обеспечивающий бесконтактное, дистанционное возбуждение УЗ колебаний практически в любых материалах и изделиях любой формы [1].

В общем случае эффект возбуждения акустических волн при взаимодействии импульсных пучков заряженных частиц о веществом конденсированных сред определяется тремя механизмами - термоупругим, динамическим и черенковским [2]. При этом основной вклад вносит термоупругий механизм, а вклада динамического и черенковского незначительны и составляют соответственно 10-5 и 10-9 от термоупругого.

Термоупругий механизм возбуждения акустических волн определяется ионизационными потерями энергий частицами пучка в материале, что приводит к формированию в зона взаимодействия области повышенной температуры и связанного с ней поля нестационарных термоупругих механических напряжений. При длительностях импульса тока ускорителя заряженных частиц, например электронов,

удовлетворяющих условию т0 << /02 / 4 х (10 - глубина проникновения заряженных частиц в материал мишени; я - коэффициент температуропроводности), разгрузка термоупругих напряжений идет путем излучения из зоны взаимодействия импульса акустических волн. При длительности импульса облучения, не удовлетворяющей данное условию, коэффициент преобразования энергии частиц пучка в акустическую энергию незначителен и в облучаемом материале возникал [1] квазистационарные механические напряжения, не приводящие к формированию акустических импульсов.

В том случае, когда длительность импульса тока ускорителя удовлетворяет условию т0 < так, где так -время пробега продольной акустической волной расстояния, равного длине пробега заряженных частиц в вещество мишени, форма акустического импульса определяется пространственным распределением плотности поглощенной энергии, а его длительность с высокой степенью точности равна ¡0/8г (£е - скорость звуковых волк в материале). Напротив, при т0 >> так, (ионное и лазерное облучение металлов) длительность генерируемого акустического сигнала и его форма практически совпадают с импульсом тока ускорителя заряженных частиц.

Экспериментальные исследования по возбуждению УЗ колебаний в твердых телах были проведены

Секция «Сварка летательных аппаратов»

на образцах из алюминиевого сплава АМг6 [3]. При проведении экспериментов использовался сильноточный ускоритель электронов со следующими параметрами: максимальная энергия частиц в пучке 0,2 МэВ» длительность импульса 10 нс, плотность тока в пучке 300 А/см2. В качестве детектора акустического излучения использовался широкополосный апериодический пьезопреобразователь с полосой пропускания до 60 МГц, электрический сигнал с которого поступал на вход усилителя У 3-33 и визуализировался с помощью осциллографа C8-I2, запуск которого осуществлялся синхроимпульсом ускорителя электронов. Акустический импульс возбуждается выведенным в атмосферу электронным пучком при акустически свободной границе мишени из сплава АМг6. Импульс состоит из двух фаз - фазы сжатия и фазы разряжения с равными амплитудами, а длительность его определяется глубиной проникновения электронов в вещество, так как длительность импульса тока ускорителя много меньше характерного акустического времени так. В частности, при энергии электронов 0,2 МэВ характерное акустическое время в сплаве АМг6 составляет примерно 40 нс, что близко к экспериментально наблюдаемому значению.

Реально достижимые значения коэффициента преобразования энергии частиц пучка в акустическую при использовании различных типов импульсных ускорителей электронов составляет 10-5...10-3, что значительно выше, чем при генерации УЗ колебаний импульсными лазерами. Это объясняется том, что коэффициент отражения электронов от поверхности алюминия не превышает 10 %, а при использовании импульсов лазерного излучения доходит до 95 %,

Расчеты значения амплитуды сигналов УЗ колебаний составляют 103.108 Па и близки к наблюдаемым в эксперименте. Минимальная длительность генерируемых акустических импульсов близка к единицам наносекунд, а максимальная не превышает нескольких микросекунд.

Указаны характеристики генерируемых импульсов УЗ колебаний, возможность более широкого, по сравнению с другими бесконтактными методами, управления параметрами возбуждаемых УЗ колебаний путем соответствующего изменения характеристик пучка электронов, а также незначительная зависимость характеристик УЗ колебаний от состояния поверхности контролируемого изделия и расстояния между объектом контроля и ускорителем электронов открывают определенные перспективы использования радиационно-акустического метода в УЗ дефектоскопии.

Библиографические ссылки

1. Алешин Н. П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений. М. : Машиностроение, 2006.

2. Лямшев Л. М. Радиационная акустика. М. : Наука: Физматлит, 1996.

3. Богданов В. В. Акустический метод неразрушающего контроля с радиационным возбуждением упругих колебаний и электромагнитным формированием информативного сигнала. Дис. ... канд. техн, наук. Томск, 1995.

© Герюков А. Ш., Богданов В. В., Клипов Е. А., Шабанов П. С., Козловский С. Н., 2010

УДК 621.791.763

Е. С. Егорова Научный руководитель - С. Н. Козловский Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЛИЯНИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В МЕСТЕ СВАРКИ НА РАЗМЕРЫ ТОЧЕЧНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Проведенные исследования позволили дополнить технологию точечной сварки мероприятиями, уменьшающими вероятность образования непроваров. В их основе лежит уменьшение искривления деталей в месте сварки.

Известно, что в настоящее время такие традиционные мероприятия, как повышение стабильности параметров режимов контактной точечной сварки (КТС), рекомендуемые для предупреждения образования непроваров, теряют свое доминирующее положение. Это обусловлено тем, что из-за отклонения тока /Св, усилия или времени сварки /СВ непрова-ры образуются редко вследствие высокой надежности современных машин для КТС. В большинстве случаев современной практики КТС уменьшение размеров ядра и образование непроваров обусловлены влиянием факторов технологических [1].

Проведенные исследования показали, что кроме

общеизвестных возмущающих факторов, например, таких как износ электродов и др., приводящих к образованию непроваров, к этому же приводит и искривление поверхностей свариваемых деталей в месте сварки. Оно может являться следствием искривлением деталей при их сжатии электродами из-за наличия зазоров 5 между свариваемыми деталями, которые в практике КТС всегда имеют место, несмотря на то, что их величина жестко регламентирована. Причем, ограничение величины зазоров было введено с целью предотвращения образования выплесков [2], которые по механизму и причинам образования являются дефектами, противополож-