Full Text

Проблема контроля механических напряжений в элементах конструкций является актуальной для многих отраслей промышленности, в частности, космической, авиационной, энергетической и др. Острота проблемы обусловила разработку многочисленных методов неразрушающего контроля – механических, акустических, магнитных и др. [1-5]. Во многих случаях одним из наиболее перспективных направлений решения проблемы контроля напряженно-деформированного состояния может считаться совокупность методов, основанных на измерении характеристик упругих волн, распространяющихся в среде [6-13]. В настоящее время достаточно полно изучены возможные методы физической акустики в исследовании материалов, акустической структуроскопии и дефектоскопии [14-18]. В литературе встречаются данные об измерении напряженного состояния с помощью ультразвукового контроля в железнодорожных колесах, трубопроводах, рельсах и других стальных изделиях [19-23]. К преимуществам акустических методов относятся: достаточно высокая точность контроля, относительная простота реализации, физическая наглядность, гибкость применения в лабораторных условиях и на различных стадиях производства, эксплуатации и ремонта изделий, возможность автоматизации процесса контроля [8, 10]. Однако, ввиду разрозненности частных исследований в разных сферах промышленной деятельности, актуальным остается вопрос получения обобщающих закономерностей изменения акустических параметров и их комплексного применения для широкого круга задач. Еще более острая и актуальная проблема настоящего проекта состоит в физическом обосновании наблюдаемых закономерностей, что также будет способствовать обобщению измеряемых величин для разных классов материалов и выработке единых критериев диагностики [10]. Известно, что элементы многих стальных конструкций в процессе эксплуатации контактируют с рабочими агрессивными средами и подвергаются коррозионной деструкции [24, 25]. Водородосодержащая среда, проникая в объем элементов конструкции, приводит к значительным ухудшениям механических характеристик материала, что вызывает изменение напряженно деформированного состояния и приводит к значительному уменьшению несущей способности и сокращению долговечности конструкций [25]. Незатухающий интерес к исследованиям роли водорода в металлах объясняется сложностью и разнообразием эффектов, характерных для этой области физики металлов [25-29]. Имеется много сведений о том, как растворенный в металле водород эффективно меняет механические и физико-химические свойства материала, благодаря взаимодействию с дефектами структуры и быстрой диффузии [26]. Экспериментальное и аналитическое системное исследование синергетических закономерностей развития повреждаемости и разрушения структуры стали в условиях активации металла диффузионным движением водорода выполнено в исследованиях [30]. В работе [31] рассмотрены модели для расчета прочности и долговечности элементов конструкций, наводороженных под воздействием агрессивной среды. Особую роль в задачах оценки степени поврежденности структуры материалов играет диагностика, ключевым элементом которой являются методы неразрушающего контроля. Проблема прогнозирования поведения нагруженных металлических конструкций под влиянием водородного охрупчивания является весьма важной, но далекой до окончательного решения. Поэтому изучение влияния процессов водородного охрупчивания на акустические характеристики конструкционных сплавов представляет собой важную инженерную задачу [28]. Перспективность применения акустических методов для контроля физико-механических свойств металлов и сплавов при исследовании систем металл-водород, была показана во многих работах [32-35]. Тем не менее, известные работы по разработке современных неразрушающих подходов к оценке наводороженного состояния конструкционных материалов носят несистемный характер и посвящены определенным сплавам [34-39]. В частности, для сплавов на основе Zr, Ti, и Fe, насыщенных водородом, установлены зависимости скорости звука и коэффициента затухания рэлеевской волны от концентрации водорода [32, 36-38]. Сделаны выводы о том, что корреляционные зависимости между скоростями продольных и поперечных волн, а также их соотношениями, и коэффициентом затухания позволяют использовать ультразвуковые методы контроля для оценки содержания водорода в сплавах. Целью настоящего исследования является поиск фундаментальных закономерностей изменения скорости распространения ультразвука и оценке водородного охрупчивания в нагруженном состоянии.

About the authors

S. A Barannikova

Institute of Strength Physics and Material Science SB RAS, Tomsk, Russian Federation

A. M Nikonova

Institute of Strength Physics and Material Science SB RAS, Tomsk, Russian Federation

References

Statistics

Views

Abstract - 5

PDF (Russian) - 6