CC BY
40
Боровкова М.А., Ильясов Р.С., ФедороваН.В. и др. Динамическиемагнитные, магнитоупругие и упругие свойств
Библиографический список
1. Гусев А.И. Эффекты нанокристаллического состояния в компактных металлах и соединениях // Успехи физических наук. 1998. Т. 168. № 1. С. 55-83.
2. Структура, фазовый состав и свойства нанокристаллических магнитных сплавов. Мессбауэровское, электронномикроскопическое и магнитное исследования / Макаров В.А., Арцишевский М.А. и др. // Физика металлов и металловедение. 1991. № 9. С. 139-149.
3. Ильясов Р.С., Боровкова М.А., Федорова Н.Ф. Электромагнитное возбуждение ультразвука в аморфном сплаве Ре-Б!-В-Си-1\1Ь // Сб. трудов XV сессии РАО. Нижний Новгород: ГЕОС, 2004. С. 93-97.
4. Устройство для бесконтактного возбуждения и приема волн Рэлея в ферромагнетиках / Бабкин С.Э., Ильясов Р.С., Комаров В.А., Рубцов В.И. // Дефектоскопия. 1989. № 6. С. 93-94.
5. Комаров В.А., Бабкин С.Э., Ильясов Р.С. Эмма преобразование волн горизонтальной поляризации // Дефектоскопия. 1993. № 2. С. 11-17.
6. Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея иЛэмба в технике. М.: Наука, 1966. 168 с.
УДК 620.179.16
С. Э. Бабкин, В. В. Велинко, М. А. Боровкова, Р. С. Ильясов, О. Н. Вострокнутова
УЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПРИЛОЖЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ НЕРАЗРУШАЮЩЕМ КОНТРОЛЕ МЕТОДОМ ЭМАП ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН
При неразрушающем контроле методом электромагнитно-акустического пре об разова -ния (ЭМАП) поверхностных акустических волн (ПАВ) в ферромагнитных изделиях часто ис-пользуют в качестве информативного параметра , как в дефектоскопии, так и в структуроско-пии, амплитуду принятого сигнала при двойном ЭМАП [1, 2]. В производственных условиях на амплитуду могут влиять такие внешние факторы, как температура и внешние прило-женные к изделию напряжения. Влияние температуры изучено достаточно хорошо как в теоретических, так и в экспериментальных ра-ботах. Имеются работы по влиянию напряже -ний на эффективность ЭМАП [3, 4].
В данной работе на примере модельного материала (никеля) предпринята попытка изучения действия температуры и приложенных напряже -ний на амплитуду сигнала при импульсном ЭМАП ПАВ. Это нужно, с одной стороны, для правильной коррекции и интерпретации результатов контроля (например, коррекции браковоч-ного уровня), с другой стороны, для поиска возможности контроля самих приложенных напря-жений при оценке ресурса изделий.
На установке ИМАШ 24-78 осуществлялись нагрев и одновременное растяжение в упругой области прутков никеля (ё=5 мм). Приложенные напряжения измерялись стандартным датчиком (на 500 кг), температура - термопарой “платина - родий (10%) - платина”. Подмагничивающая
система в ввде П-образного приставного электромагнита обеспечивала подмагничивающее поле до 200 А/см при токе в электромагните 5 А. В сравнении изучалось ЭМАП двух типов поверхностных волн: волн Рэлея и БН-волн Волны Рэлея возбуждались и принимались разными датчиками вдоль оси образца.
Поверхностные БН-волны преобразовывались с помощью одного датчика по образующей поверхности цилиндра перпендикулярно оси.
В ходе эксперимента при разных значениях температуры и приложенных напряжений по им -пульсной методике снимались зависимости эффективности ЭМАП (амплитуда принятого сигнала после двойного ЭМАП) от величины под-магничивающего поля (на графиках приведен ток I в электромагните) - так называемая полевая кривая ЭМАП [5].
Сначала снимались полевые кривые ЭМАП в никеле по отдельности для температуры и упругих напряжений (на графиках представлена нагрузка Р в килограммах). Полученные зависимости согласуются с ранее полученными данными и теоретическими представлениями Так, нагревание образца до 200°С без приложенных нагрузок для обоих типов волн приводит к однознач-ному падению принятого сигнала. При этом смещение пика эффективности по полю практически не наблюдается. Указанные закономерности объясняются уменьшением намагниченности при увеличении температуры, что в данном тем-
пературном диапазоне характерно для большинства металлов. Намагниченность является одним их основных факторов, влияющих на эффективность ЭМАП. На рис. 1 подобные зависимости представлены для волн Рэлея.
Нагружение образца до напряжений 0=10 кг/мм2 (упругая область, 100 кг нагрузки Р соответствует 0=5 кг/мм2) при комнатной температуре по разному влияет на ЭМАП в за -вис им ости от взаимной ориентации приложенных напряжений и направления рас простране -ния волны.
Так, для волн Рэлея (распространение волны параллельно нагрузке) наблюдается однозначное увеличение максимума принятого сиг -нала (рис. 2) при увеличении нагрузки. Для БН-волн (распространение волны поперек нагруз-ки) наблюдается однозначное падение максимума сигнала при увеличении нагрузки (рис. 3). При этом у обоих типов волн наблюдается смещение пика эффективности преобразования по полевой кривой в область больших подмаг-ничивающих полей.
Смещение пиков эффективности преобразования под действием нагрузки в область больших подмагничивающих полей объясняется чис-то магнитными причинами. Образец, находя -щийся под нагрузкой, труднее намагнитить до необходимых величин, чем в исходном ненагру-женном состоянии. Уменьшение и увеличение пиков эффективности волн Рэлея и БН-волн, очевидно, связано с взаимной ориентацией вектора распространения волны и направлением приложения нагрузки. Для волн Рэлея эти на -правления параллельны, а для БН-волн перпендикулярны. Вдоль натянутой струны звук вдет лучше, чем в ненатянутой Этот же эффект наблюдался при растяжении стальных пластин чисто на волнах Рэлея: при генерации волн па -раллельно нагрузке эффективность растет, а при перпендикулярном направлении - падает [6].
При совместном действии температуры и приложенных напряжений наблюдается суммирование влияния обоих эффектов на амплитуду принятого сигнала.
Для ЭМАП волн Рэлея в нашем случае температура и приложенная нагрузка действуют в разные стороны. В результате их противобор-ства на рис. 4 мы видим небольшое уменьшение эффективности преобразования (преобладаю -щей оказалась тевденция к уменьшению, определяемая температурой) при сохранившейся тенденции к сдвигу кривой вправо. Простое арифметическое сложение графиков рис. 1 и 2 не дает точную картину рис. 4, но в целом пра-
вильно отражают общие тевденции. В принципе в данном случае внутри указанных диапазонов изменений температуры и напряжения можно подобрать соотношение с постоянной суммарной эффективностью максимума преоб-разования (отстройка от двух факторов).
Рис. 5 демонстрирует совместное действие температуры и приложенных напряжений на ЭМАП БН-волн. Как было показано, ранее обе причины действовали в одну сторону. Таким образом, результат их совместного действия -усиление тевденции к уменьшению эффектив-ности преобразования и сохранение тевденции к сдвигу максимума преобразования в область больших полей.
Как видно из рисунков для обоих типов волн сохраняется тенденция смещения пика эффективности преобразования по полевой кривой в область больших подмагничивающих
Е/Етах Я-ВОЛНЫ, Р = 0
Рис. 1. Зависимость эффективности ЭМАП волн Рэлея от подмагничивающего тока при разных температурах, без нагрузки
Е/Етах
Я-волны, t = 20 °С
200кг
Рис. 2. Зависимость эффективности ЭМАП волн Рэлея от подмагничивающего тока при разных нагрузках
о
1
2
3
4
5
о
1
2
3
4
5
Е/Етах
8Н-волны, 1 = 20 °С
0
1
2
3
4
Рис. 3. Зависимость эффективности ЭМАП БИ-волн от подмагничивающего тока при разных нагрузках
Е/Етах
К-волны
полей. По этому параметру можно характеризовать уровень напряженного состояния в материале без учета температурного фактора. На рис. 6 представлена указанная зависимость. Как ввдно, она однозначна. В принципе, величину приложенных напряжений можно определять по амплитуде принятого сигнала.
Однако как показано на рис. 7, в области малых полей она имеет одну тенденцию, в об -ласти больших полей - другую. А в средней области существует зона неоднозначности, которая к тому же расширяется при нестабильности температур. Но даже при однозначной за -висимости, например в средних полях, фактор температуры (кривые 1, 3, 4) играет очень существенную роль, для его учета необходимы градуировочные кривые.
Полное объяснение полученных закономерностей требует привлечение теоретических моделей с рассмотрением влияния указанных внешних факторов на ключевые параметры ЭМАП,
I тах, А
1 = 20 °С
Рис. 4. Зависимость эффективности ЭМАП волн Рэлея от подмагничивающего тока при разных нагрузках и температурах
Е/Етах
8Н-волны
0
1
2
3
4
Рис. 5. Зависимость эффективности ЭМАП БИ-волн от подмагничивающего тока при разных нагрузках и температурах
0 50 100 150
Рис. 6. Зависимость оптимального тока подмагничивания от нагрузки для ЭМАП разныхтипов волн
Е/Етах
Р,кг
I
200
Рис. 7. Зависимость эффективности ЭМАП волн Рэлея от нагрузки при разном токе подмагничивания и температуре
5
0
1
2
3
4
5
1
5
однако полученные экспериментальные данные уже позволяют сделать ряд важных практических выводов:
1. Совместное действие температуры и приложенных напряжений на эффективность ЭМАП в никеле в исследованном интервале величин (Т=20-200°С, О - до 10 кг/мм2) приводит к алгебраическому (с учетом знака) сложению изменений эффективности ЭМАП от каждой причины отдельно.
2. Для поверхностных волн повышение тем -пературы приводит к однозначному уменьшению ЭМА сигнала, в то время как знак изменений, вызванных внешней нагрузкой, зависит от вза-
имной ориентации направления распространения волны и нагрузки.
3. При ЭМА контроле по амплитуде принятого сигнала указанные факторы необходимо учитывать для правильной интерпретации ре -зультатов.
4. Возможно контролировать приложенные напряжения методом ЭМАП ПАВ по амплиту-де принятого сигнала в малых или больших подмагничивающих полях с обязательным учетом температурного фактора, а также по величине оптимального поля (тока) подмагничива-ния без учета температуры в интервале темпе -ратур до 200° С.
Библиографический список
1. Неразрушающийконтроль и диагностика: Справочник / Подред. В.В.Клюева. ММашиностроение, 1995.
2. УЗК трубопроводов с изоляционными покрытиями с применением ЭМА преобразователей / Никифоренко Ж., Булавинов А., Ягер В. и др. // В мире неразрушающего контроля. 2004. № 2. С. 42-45.
3. Гитис М .Б. Электромагнитное возбуждение звука в никеле // ФТТ. 1972. Т. 14. Вып. 12. С. 3563.
4. Комаров В.А. Квазистационарное электромагнитно-акустическое преобразование в металлах. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1986. 235 с.
5. Ильясов Р.С., Бабкин С.Э, Комаров В.А. О механизмах ЭМА преобразования волн Рэлея в ферромагнетиках при разных частотах // Дефектоскопия. 1988. № 10. С. 77-82.
6. Бабкин С.Э. Электромагнитно-акустическое преобразование поверхностных акустических волн в ферромагнетиках: Дис. ... канд. физ.-мат. наук. Ижевск, 1993.
УДК 621.7:539.374:621.78
Ю. П. Кочкин, А. X. Чернега., С. Г. Шевченко
ИЗМЕНЕНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ, ОБУСЛОВЛЕННОЙ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
ТермоЭДС реального металла определяется механизмом или несколькими механизмами рассеяния носителей тока на фононах, дефектах решетки, примесных атомах, магнонах (в магниго-упорядоченных металлах), границах зерен (в чистых металлах при низких температурах) и т.д., а также электронным спектром, в частности геометрией Ферми и температурой [1].
В процессе деформации металлов происходит изменение их свойств. Деформированный металл отличается от исходного и в паре с ним при наличии температурного градиента дает наведенную термоэлектрическую силу. При пластической деформации наведенная термосила, как и сама деформация, оказывается остаточной, термоЭДС, наведенная упругой деформацией, исчезает после снятия нагрузки
При упругой деформации решетка образца не нарушается, и наведенная термоЭДС может быть объяснена изменением концентрации свободных
электронов при изменении объема за счет деформации [2].
Исследования зависимости изменений термоЭДС от упругой деформации растяжением арматурной не профилированной проволоки диаметром 4,97 мм проводились на специально сконструированной и изготовленной установке (рис. 1).
ГЭ
хэ
X
Образец
ХЭ
Рис. 1. Схема лабораторной установки
