Способ торможения роста усталостной трещины в конструкциях из электропроводящих материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН 9) (И)(504 В АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нститут ревич.М. Механирушения,о СССР 1978. ОСТА УСТАУКЦИЯХ ИЗ ИАЛОВ я к ремонтк восстановонструкций, стные трещиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РЛОСТНОИ ТРЕЩИНЫ В КОНСТРЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕР(57) Изобретение относитсным работам, в частностилению работоспособности кв которых возможны устало ны (УТ). Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет обеспечения торможения как сквозных, так и несквоэных УТ. Эффект торможения связан с уменьшением коэффициента концентрации напряжений путем увеличения радиуса кривизны поверхности УТ на фронте ее распространения. Увеличение радиуса кривизны осуществляют, пропуская через поврежденную трещиной зону конструкции в направлении, перпендикулярном плоскос- ти УТ, импульс электрического тока, создающий локальное расплавление материала в зоне фронта УТ. Расплавленс ный материал за счет испарения и дей ствия электродинамических сил удаляется из зоны плавления, что и приводит к увеличению радиуса кривизны УТ и ее торможению. 1 ил., 1 табл, 1400841Изобретение относится к ремонтным работам, в частности к восстановлению работоспособности конструкций, в которых возникли усталостные трещины.Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет обеспечения торможения несквозных трещин.На чертеже приведена схема осуществления способа.Конструкцию из электропроводящего материала 1, содержащую усталостную трещину 2, устанавливают на изоляторы 3. По обе стороны от трещины на расстоянии 12 й, где Й - толщина конструкции в месте трещины, устанавливают токовводы 4 так, что направление тока от генератора 5 импульсов тока через токовводы 4 по материалу 20 пропускают импульс электрического тока, амплитуду и длительность которого выбирают такими, что обеспечивается локальное расплавление металла на Фронте трещины. 25Увеличение радиуса кривизны трещины при пропускании электрического тока основано на явлении концентрации электрического тока вблизи непроводящих дефектов в металле. Максимальное увеличение плотности тока имеет место при его направлении, перпендикулярном плоскости трещины, в точках поверхности с максимальной кривизной, т.е. на Фронте трещины. Так как радиус кривизны усталостных трещин мал ( 1 э = 0,01-1 мкм), то плот. ность тока на Фронте трещины возрастает на несколько порядков. Вследствие этого в небольшой области, прилегающей к Фронту трещины, начинает40 действовать мощный тепловой источник, нагревающий материал в ней до температуры плавления. При этом остальной материал остается практически холодным. Расплавленный материал за счет испарения и действия электродинамических сил удаляется из зоны плавления, что приводит к увеличению радиуса кривизны трещины и ее торможению. При таком способе увеличение радиуса 50 кривизны происходит на всем Фронте трещины независимо от конфигурации, что и позволяет расширить технологические возможности способа за счет эффективного торможения как сквозных 55 так и несквозных трещин.Эффективность способа торможенияроста усталостных трещин проверяют при испытаниях на усталость для двух видов нагружения: поперечном изгибе с вращением цилиндрических образцов с рабочей частью переменного сечения и растяжении-сжатии плоских образцов с центральным поперечным круговым отверстием. При первом виде нагружения (изгибе с вращением) моделируется несквозная усталостная трещина в конструкциях типа валов, при втором - сквозная трещина в конструкциях из листовых материалов.Образцы изготовлены из стали 45, Минимальный диаметр рабочей части цилиндрического образца 8 мм, толщина и диаметр отверстия плоского образца 3 мм. Все образцы после механической обработки отжигают в ваокууме при 800 С в течение 2 ч.Для каждого вида нагружения испытано на одном уровне напряжения по три партии образцов. Величину напряжения выбирают так, что обеспечивается для обоих видов нагружения долговечность в пределах 10 -710 циклов. Образцы первой партии используют для определения числа циклов до разрушения И 1, на выбранном уровне напряжений. Образцы второй и третьей партий подвергают наработке до появления на их рабочей части устапостной трещины длиной 1-3 мм, что соответствует числу циклов Б = (0,90,95)ИР. После этого осуществляют операцйю торможения трещины: на образцах второй партии - по известному способу, путем высверливания в вершине толщины отверстия диаметром 1 мм, а на образцах третьей партии - по предлагаемому способу, путем пропускания импульса электрического тока через рабочую часть образца в направлении, перпендикулярном трещине.Электроимпульсную обработку проводят на установке, содержащей батарею высоковольтных импульсных конденсаторов. Параметры тока (амплитуду и длительность), необходимые для локального плавления материала на Фронте трещины, определяют экспериментально, Изменение амплитуды тока достигается изменением напряжения зарядки конденсаторов, а изменение длительности тока - включением в разрядную цепь соленоидов с различной индуктивностью. Установленно, что для трещин заданной длины локальное оплав14008 с вра- знаящением Растяже- Сквозние-сжа- ная тие ление достигается при амплитуде тока 1= 50 кА и длительности 10 мкс.После осуществления операции торможения трещины усталостные испытания образцов возобновляют и продолжают5 их до полного разрушения, Определяют число циклов до разрушения И после операции торможения трещины (без учета наработки до операции торможения трещины). Об эффективности торможения роста трещины судят по величине отношения И/Ир для каждого вида нагружения и способа торможения трещины е 15Результаты экспериментов приведены в таблице и свидетельствуют об эффективности торможения как сквозных, так и несквозных трещин, а по известному способу - лишь сквозных трещин,Вид Тип Способ торможе- И нагруже трещины ния Бр ния Изгиб Нескво- Известный 0,12 Предлагаемый 0,91 ЗоИзвестный0,84 Предлагаемый 0,96 414Использование способа позволяет не менее чем на 807 восстанавливать работоспособность конструкций как из листового материала, так и типа валов, станин и т.п., в которых в процессе эксплуатации возникли усталостные трещины. Способ не требует дополнительных затрат металла, обладает низкой энергоемкостью и высокой производительностью, легко может быть автоматизирован, Для реализации способа не требуется специального оборудования, а могут использоваться генераторы. импульсов тока,:применяемые в станках для электроэрозионной или магнитоимпульсной обработки. формула изо бре тенияСпособ торможения роста усталостной трещины в конструкциях из электро- проводящих материалов путем увеличения радиуса кривизны поверхности трещины на фронте ее распростраыения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения торможения несквозных трещин, увеличение радиуса кривизны осуществляют, пропуская через поврежденную трещиной зону конструкции в направлении, перпендикулярном плоскости трещины, импульс электрического тока, создающий локальное расплавление материала в зоне фронта трещины.