Способ определения остаточных напряжений Советский патент 1992 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам определения остаточных напряжений.

Известен способ определения остаточных напряжений, при котором закрепляют на поверхности тела датчики информации, выполняют вокруг датчиков кольцевую канавку, измеряют деформации и по ним определяют остаточные напряжения,

Недостатками этого способа являются низкая чувствительность к деформациям за счет использования тензодатчиков, невысокая точность, связанная с усреднением деформаций по базе датчика, высокая трудоемкость и сложность, связанная с необходимостью наклейки тензодатчиков.

Известен способ определения остаточных напряжений, согласно которому одну из поверхностей объекта освещают пучком когерентного излучения, записывают голограмму этой поверхности, просверливают отверстие со стороны освещаемой поверхности, вновь записывают голограмму этой поверхности, восстанавливают двухэкспо- зиционную интерференционную картину, по которой определяют остаточные напряжения.

Недостатками такого способа являются снижение точности и информативности измерений за счет усреднения определяемых напряжений по диаметру отверстия, уменьшение которого связано с уменьшением чувствительности и опосредованного опреvj

СЛ

««ь

ю

деления воздействовавших на удаленную часть материала напряжений по измерениям вокруг отверстия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ оп- ределенип остаточных напряжений, согласно которому в исследуемом объекте вырезают участок поверхности и регистрируют деформацию по перемещению торца вырезанного участка с помощью нанесенных на него рисок, по которой судят о напряжениях.

Недостатком данного способа является невысокая точность измерений, связанная с тем. что измерение перемещения торца вырезанного участка производится с использованием нанесенных на него механическим способом рисок.

Цель изобретения - повышение точности определения остаточных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения остаточных напряжений, заключающемуся в том, что в исследуемом объекте выполняют подковообразную канавку, измеряют вызванное этим перемещение точек на поверхности объекта в областях, находящихся внутри контура канавки и прилегающих к нему, и по этим перемещениям определяют остаточные напряжения, согласно изобретению до выполнения канавки фиксируют положение объекта на разъемном основании с подвижной и неподвижной частями, устанавливают голографический интерферометр в заданное положение относительно неподвижной части разъемного основания, записывают на регистрирующую фотопластину первую голограмму исследуемых областей поверхности объекта и отделяют объект вместе с подвижной частью разъемного основания от его неподвижной части для выполнения канавки, после ее выполнения устанавливают объект на неподвижную часть основания в исходное положение и записывают на регистрирующую фотопластину вторую голограмму той же поверхности, восстанавливают записанную при этом интерференционную картину и по числу интерференционных полос определяют перемещения точек, подлежащие измерению. Поставленная цель достигается также в том случае, когда ниже поверхности объекта выполняют сквозное отверстие, соединяющее крайние точки подковообразной канавки.

На фиг. 1 и 2 показана схема выполнения незамкнутой подковообразной канавки, в которой мостик оставлен нз всю

глубину канавки; на фиг.З - схема незамкнутой подковообразной канавки с мостиком, выполненным в виде планки в верхних слоях объекта; на фиг.4 - схема

незамкнутой подковообразной канавки, согласно которой основание выделенного участка выполняется в виде тонкого стержня с диаметром меньшим, чем выделенный участок; на фиг.5 - интерферограмма

0 пластины из стали 09Г2С со сварным швом, соответствующая глубина канавки ,5 мм; на фиг.б - интерферограмма при глубине канавки h2 0,8 мм.

В исследуемом объекте 1 отделяют уча5 сток 2 незамкнутой подковообразной канавкой 3, оставляют мостик 4, соединяющий участок 2 с основной массой объекта 1.

Способ осуществляют следующим образом.

0 Фиксируют положение объекта на разъемном основании с подвижной и неподвижной частями. Затем устанавливают голографический интерферометр, реализующий двухлучевую оптическую схему голо5 графирования с внеосевым опорным пучком Лейта-Упатниекса или схему во встречных пучках Ю.Н.Денисюка в зависимости от характера поля остаточных напряжений, в заданное положение относительно

Q неподвижной части разъемного основания. Освещают поверхность объекта пучком когерентного излучения и записывают на регистрирующую фотопластину первую голограмму поверхности исследуемого объ5 екта. Отделяют объект вместе с подвижной частью разъемного основания от его неподвижной части, выполняют подковообразную канавку (фиг.1), после чего устанавливают объект на неподвижную

п часть основания в исходное положение и записывают на регистрирующую фотопластину вторую голограмму той же поверхности, соответствующую возмущенному состоянию объекта. После проведения фос тохимической обработки восстанавливают двухэкспозиционную голограмму и на интерференционной картине устанавливают нулевой порядок полосы в зоне достаточно удаленном от выделенного участка, опреде.« ляют порядок полос. Осуществляют расшифровку по известным методикам голографической интерферометрии, определяют компоненты перемещения точек на поверхности объекта в областях, находя- щихся внутри контура канавки и прилегающих к нему, и по ним вычисляют по известным методикам компоненты тензора остаточных напряжений. При выполнении канавки ниже поверхности объекта выполняют сквозное отверстие, соединяющее

крайние точки подковообразной канавки (фиг.З). Кроме того, с целью более полного освобождения исследуемого участка от связей с остальной частью объекта, канавку у основания выделенного участка выполняют таким образом, чтобы участок с остальной частью объекта был связан посредством тонкого стержня у своего основания с диаметром меньшим, чем выделенный участок (фиг.4). Последовательность операций аналогична описанным выше. С целью повышения порога чувствительности измерений получают увеличенное изображение объекта, в плоскости фокусировки регистрируют голограмму сфокусированного изображения. В дальнейшем последовательность операций аналогична описанным выше. Для определения остаточных напряжений также и в следующих слоях по глубине объекта, канавку поэтапно углубляют, определяют смещения выделенного участка после каждого этапа углубления канавки, выполняя те же операции, аналогичные описанным выше.

Пример. Исследовалась пластина, изготовленная из стали 0.9Г2С, размерами 150x215x9 мм со сварным швом с одной стороны. Шов расположен посередине пластины и имеет размеры 78 х 15 мм с глубиной проплавления Н 5 мм. Пластина закрепляется в подвижной части разъемного основания, в неподвижную часть которого частично впрессованы три стальных шарика, угол между которыми составляет 120°. Подвижная часть разъемного основания ставится на неподвижную часть шариками в три V-образных паза, угол между которыми также составляет 120°. Этим обеспечивается прецизионный возврат объекта на место экспонирования. Производится первая экспозиция на фотопластину по двухлучевой схеме Лейта-Упатниекса, поверхность пластины освещается пучком лазерного излучения со стороны противоположной сварному шву. Далее пластина с остаточными напряжениями удаляется с места экспонирования, выполняется подковообразная канавка со стороны освещаемой поверхности. Пластина возвращается на место экспонирования и производится вторая экспозиция на фотопластину. Интерференционная картина позволяет качественно оценить остаточные напряжения. При количественной расшифровке интерфе- рограмм для определения порядков интер- ференционных полос на выделенном подковообразной канавкой участке используется мостик - узкая полоска материала, соединяющая выделенный участок с основной массой пластины.

На фиг.5 представлена интерферог- рамма, соответствующая глубине канавки hi 0.5 мм. Видно, что интерференционные полосы с основной части пластины переходят через мостик на выделенный участок, на котором имеется одна темкая полоса. На фиг,5 приведена интерферограмма той же поверхности пластины при глубине канавки ha- 0,8 мм. Следует отметить, что в обоих

случаях первая экспозиция на фотопластины производилась при одинаковом исходном состоянии пластины со свчрным швом при одинаковой оптической схеме. Вторая экспозиция на фотопластины производилась при разных глубинах канавки, интерфе- рограммы соответствуют разным возмущенным состояниям пластины. При этом вторая интерферограмма (фиг.6) получена после дальнейшего углубления той

же канавки, что и для первой (фиг.5). Количество полос на пластине, так и на выделенном участке на интерференционной картине во втором случае (фиг.5) увеличилось примерно в четыре раза по сравнению с первым (фиг.5). Количество и характер полос не затрудняют расшифровку интерферограмм.

Формула изобретения

1, Способ определения остаточных напряжений, заключающийся в том, что в исследуемом объекте выполняют подковообразную канавку, измеряют вызванное этим перемещение точек на поверхности объекта в областях, находящихся внутри контура канавки и прилегающих к нему, и по этим перемещениям определяют остаточные напряжения, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, до выполнения канавки фиксируют положение объекта на разъемном основании с подвижной и неподвижной частями, устанавливают голографический интерферометр в заданное положение относительно неподвижной части разъемного основания, записывают на регистрирующую фотопластину первую голограмму исследуемых областей поверхности объекта и отделяют

объект вместе с подвижной частью разъемного основания от его неподвижной части для выполнения канавки, после ее выполнения устанавливают объект на неподвижную часть основания в исходное положение и записывают на регистрирующую фотопластину вторую голограмму той же поверхности, восстанавливают записанную при этом интерференционную картину и по числу интерференционных полос определяют перемещения точек, подлежащие измерению.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я няют сквозное отверстие, соединяющее тем, что ниже поверхности объекта выпол- крайние точки подковообразной канавки.

Изобретение относится к способам определения остаточных напряжений, и может быть использовано при частично разрушающем контроле изделий. Цель изобретения - повышение точности определения остаточных напряжений в объекте, для чего фиксируют положение обьекта на разъемном основании, записывают первую голо- грамму, выполняют на объекте подковообразную канавку, записываклвто- рую голограмму, восстанавливают интерфе- ренционную картину и по числу интерференционных полос определяют перемещения точек, подлежащие измерению. С целью более полного освобождения исследуемого участка от связей с остальной частью объекта ниже поверхности объекта выполняют кольцевую канавку. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. сл С

Фиг.1

&h

V/////AX.

///////,

фиг. 2

Фив.4

/

Фиг.6