Введение к работе
Актуальность диссертационной работы. Повышение надежности и долговечности работы изделий авиационной техники связано с возможностью управления остаточными напряжениями (ОН) на всех этапах технологического процесса их производства и эксплуатации.
Сжимающие ОН существенную роль играют в технологии производства и эксплуатации высокопрочных изделий, т.к. стойки шасси летательных аппаратов, работающих в тяжелых условиях циклического и повторно-статического нагружения. Их повреждения обусловлены, главным образом, усталостными разрушениями, т.е. недостаточной усталостной прочностью. Это обосновывает выбор вида сталей при их производстве с высоким уровнем прочностных и пластических свойств. К таким материалам относится среднеуглеродистая легированная сталь 30ХГСН2А.
Одним из эффективных методов повышения усталостной прочности при изготовлении и ремонте деталей авиационной техники, работающих в условиях знакопеременных циклических нагрузок, является отделочно-упрочняющая обработка, осуществляемая методом поверхностного пластического деформирования (ППД).
Возникающие при некоторых видах обработки ППД остаточные сжимающие напряжения способствуют повышению малоцикловой выносливости, износостойкости, сопротивления коррозийной усталости, предела выносливости, контактной прочности и других эксплуатационных свойств изделий, при условии выбора в каждом конкретном случае наиболее рационального метода и назначения оптимальных режимов обработки.
Проблема анализа и регулирования ОН в технологиях производства деталей авиационной техники требует применения методов неразрушающего контроля (НК), как на этапе отработки технологии производства, так и в процессе их изготовления, эксплуатации и ремонта.
Наиболее целесообразное решение этой задачи связано как с совершенствованием традиционных методов НК, так и с развитием сравнительно новых методов, таких как метод эффекта Баркгаузена (ЭБ), который получил в промышленности название метод магнитных шумов (МШ).
Имеются отличительные особенности в физике этого явления от других электромагнитных методов контроля: источником электромагнитного излучения является сам контролируемый объект по причине перестройки его доменной текстуры; большая локальность контроля, обеспеченная малой величиной объема скачкообразно перемагничивающейся области — 10"9...10'5 см3; возможность снимать информацию в аналоговом или цифровом виде даже с очень тонких слоев образцов. Это дозволяет, используя тесную связь магнитной текстуры со структурой деформированного металла, найти новые пути решение задачи контроля ОН в деталях и разработки новых средств контроля свойств их поверхностных слоев методом МШ.
Большой вклад в становление метода МШ внесли работы Российских ученых: Н.Н. Колачевского, В.М. Рудяка, В.В. Клюева, Э.С. Горкунова,
В.Г. Герасимова, Г.В. Ломаева, В.В. Филинова, Н.С. Кузнецова,
В.Л. Венгриновича, В.Н. Москвина, а также зарубежных исследователей: Ц. Гарднера (США), И. Шродера (США), И. Бартона (США), Л. Карьялайнена (США), К. Титто (Финляндия) и др. Вместе с тем, применение метода МШ в промышленности явно не соответствует его возможностям и требует комплексного решения исследовательских, конструкторских и методических задач связанных с технологиями поверхностного пластического упрочнения. К их числу относятся вопросы более глубокого исследования взаимосвязи параметров сигналов МШ с механическими напряжениями и структурными изменениями в высокопрочной конструкционной стали, методическое обеспечение выбора информативных параметров и режимов контроля с наибольшей достоверностью результатов измерений, разработка принципов создания надежной контрольно-измерительной аппаратуры и методик контроля, приемлемых для производственных условий.
В связи с этим, работы направленные на создание средств и методик контроля механических напряжений в высокопрочной конструкционной стали на основе метода МШ, являются актуальными.
Целью диссертационной работы является создание средств и методик контроля остаточных напряжений и усталостных повреждений в стойках шасси летательных аппаратов, методом МШ. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
-
Аналитически и экспериментально оценить взаимосвязи энергетических и эмиссионных параметров МШ с уровнем микро- и макронапряжений в изделиях из высокопрочной стали 30ХГСН2А, используемой при производстве стоек шасси летательных аппаратов.
-
Экспериментально исследовать влияние технологических факторов и параметров ППД на характеристики МШ в изделиях из высокопрочной стали 30ХГСН2А.
-
Экспериментально исследовать влияние усталостных повреждений в поверхностном слое стоек шасси летательных аппаратов на параметры МШ.
-
Разработать методику контроля режимов и параметров упрочнения изделий из высокопрочной стали 30ХГСН2А статическими и динамическими методами ППД.
-
Разработать методику оценки степени усталостных повреждений в поверхностном слое образцов из стоек шасси летательных аппаратов.
-
Разработать алгоритмические, программные и схемотехнические средства обработки сигналов МШ и на их основе новую аппаратуру контроля ОН в стойках шасси летательных аппаратов.
Методы исследования. Выполнение научных исследований проводилось с привлечением методов статистической физики, аппарата корреляционного и регрессионного анализа. Результаты теоретических положений проверялись экспериментально с использованием механических методов испытаний, результатов металлографического и рентгеноструктурного анализа, статистических методов обработки экспериментальных данных.
Новые научные результаты, В работе разработаны и исследованы:
-
Статистическая модель формирования энергетических и эмиссионных характеристик МШ, макропараметры которой, Вм - максимальная амплитуда огибающей МШ, Нм — положение максимальной амплитуды Вм по полю пере-магничивания, а также N„ — максимум числа выбросов МШ, однозначно определяются уровнем микро- и макронапряжений, что позволяет использовать эти параметры для разработки новых алгоритмов контроля механических напряжений в изделиях из высокопрочной стали 30ХГСН2А.
-
Новые зависимости энергетических и эмиссионных характеристик МШ от технологических факторов и параметров ПГЩ образцов из стали 30ХГСН2А, позволяющие разработать методику контроля режимов и параметров упрочнения изделий статическими и динамическими методами ПГЩ.
-
Методика оценки степени усталостных повреждений в поверхностном. слое стоек шасси летательных аппаратов.'
-
Влияние интервала усреднения на точность измерения текущих энергетических и эмиссионных характеристик МШ.
-
Схемотехнические решения и прибор (индикатор механических напряжений) на базе цифрового сигнального процессора обработки параметров сигналов магнитошумового контроля, алгоритмические и программные средства, обеспечивающие повышение достоверности контроля.
Практическая значимость и реализация результатов работы: -
-
Теоретические и экспериментальные исследования энергетических и эмиссионных характеристик МШ при нагружении образцов из высокопрочной стали 30ХГСН2А позволили предложить новые информативные параметры, повышающие достоверность и чувствительность контроля.
-
Разработана методика контроля режимов и параметров упрочнения изделий статическими и динамическими методами ПГЩ.
3. Разработана методика оценки степени усталостных повреждений в поверхностном слое стоек шасси летательных аппаратов.
4. Разработаны схемотехнические решения и прибор (индикатор механических напряжений) на базе цифрового сигнального процессора, предназначенный для контроля механических напряжений в поверхностных слоях изделий из высокопрочной стали 30ХГСН2А.
Апробация работы. Основные результаты работы отражены в отчете о НИР ТИ-725 — «Разработка и создание системы магнито- и магнитоакустиче-ского шумового контроля физико-механических свойств стали» (номер гос. регистрации 01.200312286; работа выполнена в МГУПИ по договору с ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр» в 2003 году), докладывались и обсуждались на 4 Международных конференциях: «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права», г. Сочи — 2003; «Нераз-рушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», г. Москва — 2004; «Эффект Баркгаузена и аналогичные физические явления», г. Ижевск — 2004; «Неразрушающий контроль и диагностика», г. Екатеринбург — 2005.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит б таблиц, 57 рисунков, список литературы из 124 наименований и приложения.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Статистическая модель формирования энергетических и эмиссионных характеристик МШ, макропараметры которой определяют принципы построения средств и методик контроля механических напряжений в изделиях из высокопрочной конструкционной стали.
-
Методика магнитошумового контроля режимов и параметров упрочнения изделий из высокопрочной стали 30ХГСН2А статическими и динамическими методами ППД.
-
Методика оценки степени усталостных повреждений в поверхностном слое стоек шасси летательных аппаратов, на основе метода МШ.
-
Схемотехнические решения, алгоритмы и программные средства, обеспечивающие разработку прибора (индикатора механических напряжений) на базе цифрового сигнального процессора, для контроля ОН в стойках шасси летательных аппаратов.
