Поперечного скольжения

ной, распространяющейся параллельно стенке трубы. Такие условия распространения ультразвукового пучка выполняются, если расстояние по хорде между точками выхода излучателя И и приемника П [4] 2/ = 1/^21) Я — Я2 (Я — толщина стенки трубы), а призмы наклонены под определенными углами. С целью уменьшения интенсивности поверхностной волны и выравнивания чувствительности по толщине изделия применяют фокусирующие линзы или многослойные призмы с неравномерной скоростью по сечению, перпендикулярному падающему лучу. Благодаря этому при контроле не требуется поперечного сканирования ПЭП, причем уровень полезного сигнала таких ПЭП более высокий по сравнению с известными, что обеспечивает выявление небольших объемных и плоскостных дефектов. Например, при прозвучивании шва отраженным от плоскодонного отражателя диаметром 2Ь = = 0,8 мм лучом на глубине 2 мм уровень полезного сигнала равен

Ручное сканирующее устройство позволяет реализовать способ продольно-поперечного сканирования и тем самым сократить перемещение преобразователя в 2 ... 10 раз по сравнению с перемещением при поперечно-продольном сканировании.

К параметрам сканирования, являющимся основными, так как они определяют достоверность результатов контроля, относят: пределы Lmln и Lmax перемещения преобразователя поперек (вдоль) объекта; шаг Ас продольного (поперечного) сканирования; максимальную относительную неравномерность чувствительности А5П. с/Sn. о по сечению объекта в процессе его сканирования; угол вращения преобразователя фшах; шаг Авр вращения преобразователя; скорость v0 поперечного (продольного) перемещения преобразователя.

Для выбора начала рабочего участка развертки ПЭП перемещают от положения / на 5 мм ближе к контрольному отражателю (рис. 6.35, б). Передний фронт строб-импульса совмещают с передним фронтом полученного сигнала. Затем НЭП перемещают от положения // на 5 мм дальше от контрольного отражателя: задний фронт строб-импульса совмещают с задним фронтом получен--ного сигнала. Такая настройка рабочего участка обусловлена, с одной стороны, отсутствием поперечного сканирования, с другой стороны, тем, чтобы в рабочий участок могли приходить сигналы от дефектов, образующихся во всем объеме шва. Контроль хордовыми ПЭП обеспечивает обнаружение объемных дефектов размером 0,5 мм с вероятностью не ниже 90 % и плоскостных площадью 0,7 мм2 с вероятностью 95 %. При контроле соединений данного типоразмера широкое распространение получили ПЭП конструкции НПО ЦНИИТМАШ РСП-2 и РСП-3 с углом 2А = = 8 ... 10°.

Для механизированного УЗК сварных швов прямошовных газонефтепроводных труб диаметром 530 ... 1420 мм и толщиной стенки 8 ... 12,5 мм применяют установку ИЭС им. Е. О. Патона типа НК-Ю5 [56]. Она содержит два ПЭП с / = 2,5 МГц, а = = 50°, расположенных по обе стороны от шва и работающих в совмещенном режиме. Для исключения поперечного сканирования с одновременным обеспечением выравнивания чувствительности по высоте шва применяют прозвучивание многократно отраженным пучком. В процессе контроля труба перемещается по роликам, а ПЭП остаются неподвижными. Электронный блок установки включает в себя два серийно выпускаемых дефектоскопа типа УД-10УА. Места дефектов автоматически отмечаются краско-

Акустические системы независимо от типоразмера и вида контролируемого соединения состоят из четырех акустических блоков, расположенных по Х-образной схеме. В зависимости от толщины контролируемого соединения число пьезоэлементов в каждом блоке от 1 до 5. Это обусловлено необходимостью обеспечения равномерной чувствительности по сечению шва и, как следствие, исключением поперечного сканирования. Пьезоэле-менты работают в совмещенном, раздельном и раздельно-совмещенном режимах. Во всех акустических системах реализована схема дуэт, что позволяет максимально возможно исключить влияние анизотропии, которая существенно влияет на параметры контроля (см. гл. 6).

сации. Сканирование выполняют в соответствии с рекомендациями, изложенными в разд. 3.1.4. При ручном контроле сварных соединений малой и средней толщины (до 50 мм) применяют поперечно-продольное сканирование. На рис. 5.4 такая траектория движения преобразователя показана сплошными линиями. Возможно также перемещение преобразователя по зигзагообразной линии (см. рис. 5.1). При контроле более толстых сварных швов предпочтительно применение продольно-поперечного сканирования. На рис. 5.4 и 5.5 траектория продольно-поперечного движения преобразователя показана штриховыми линиями.

Шаг продольно-поперечного сканирования можно увеличивать по мере удаления преобразователя от сварного шва (рис. 5.5). Расстояние от оси шва до линий перемещения преобразователя вдоль сварного шва определяют по формуле

Рис. 5.5. К расчету шага продольно-поперечного сканирования сварного соединения большой толщины

4. В европейских стандартах не оговорена целесообразность продольно-поперечного сканирования сварных соединений большой толщины, не указан требуемый шаг сканирования, не рекомендована конкретная методика контроля на поперечные несплошности.

Один из основных элементов акустической системы - PC-наклонный спаренный преобразователь, который реализует схему корневой тандем (см. разд. 5.1.5) с большими углами ввода. Его применение дало возможность существенно снизить уровень акустических помех от провисаний и валиков сварных швов, проводить контроль толстых швов без поперечного сканирования. Преобразователь имеет

родеформаций кристаллической решетки сплава. Также видно, что это повышение начинается вслед за существенным снижением накопленных микродеформаций кристаллической решетки (при 2 х 104 циклах) до уровня, примерно равного приобретенному на первых циклах нагружения в области циклической ползучести (примерно 5 х 102 циклов). Снижение уровня накопленных микродеформаций кристаллической решетки, очевидно, связано с выделением части запасенной упругой энергии искажений кристаллов металла при аннигиляции взаимодействующих дислокаций или их перестройке в конфигурации с низкой энергией (возврат). При локальной перестройке дислокаций за счет их переползания путем поперечного скольжения высвобождается значительная энергия. Это может произойти только при достаточной механической активации металла на предыдущем упрочняющем цикле. Такой процесс может быть сравнен с процессом рекристаллизации, когда за счет термической активации пластически деформированного металла путем нагрева выше некоторой критической температуры образуются новые, относительно свободные от дислокаций зерна. Таким образом, в процессе усталости проявляется не только повреждающий эффект, связанный с накоплением микродеформаций кристаллической решетки и упрочнением металла, но и обратный разупрочняющий эффект, сопровождающийся выделением накопленной упругой энергии и переходом системы в термодинамически более устойчивое состояние.

После достижения некоторой критической плотности дислокаций (примерно после 600 циклов) в преимущественных для скольжения плоскостях начинается процесс многократного поперечного скольжения путем перехода дислокаций из одних параллельных

атмосферами примесных атомов, которыми насыщена сталь. В итоге формируется структура, отличающаяся плотными переплетениями дислокаций, в которой в связи с постоянным притоком новых дефектов при циклическом нагружении может аккумулироваться и высвобождаться значительная энергия. При дальнейшем циклическом нагружении (более 2 тыс. циклов) вследствие образования новых пачек скольжения уровень микрокскажения кристаллической решетки вновь возрастает. Этому также способствует затрудненность поперечного скольжения генерируемых дислокаций из-за наличия барьеров сформировавшейся на первой стадии ячеистой структуры.

С каждой стадией уровень запасенной энергии в переплетениях дислокаций увеличивается, объем клубков возрастает и повышается количество атмосфер примесных атомов. Поэтому для очередного сброса уровня запасенной энергии становится необходимой все более высокая стартовая энергия в плоских скоплениях для начала поперечного скольжения, приводящего к релаксации. Об этом свидетельствует последовательное ступенчатое увеличение уровней микроискажений кристаллической решетки перед каждым очередным релаксационным процессом, в конечном итоге приводящее к усталостному разрушению, когда энергия приложенной микродеформации превысит энергию связи атомов матрицы. При этом в приповерхностных слоях металла образуются суб-микротрещины, развивающиеся в микро- и макротрещины.

Иная картина наблюдается при коррозионно-усталостном нагружении (в присутствии электролита;. За счет хемомеханическо-го эффекта облегчается интенсивный выход дислокаций из объема з приповерхностные слои и устанавливается термодинамически более равновесное состояние кристаллической решетки металла по эффективной глубине проникновений рентгеновского луча. Поэтому уровень микроискажений кристаллической решетки на начальных циклах нагружения ниже, чем при испытании на воздухе (до 600 циклов). Далее начинают преобладать процессы поперечного скольжения и релаксации напряжений. Однако постоянное генерирование дополнительного потока дислокаций за счет поверхностной электрохимической реакции из объемов металла поддерживает высокую запасенную энергию и их плотность. Следствием этого является более плавное, чем на воздухе, уменьшение уровня микроискажений в интервале от 600 до 2000 циклов. При

Полигонизация — процесс образования разделенных малоугловыми границами субзерен. Полигонизация представляет собой развитие возникшей при пластической деформации ячеистой структуры. Размытые, объемные сплетения дислокаций вокруг ячеек становятся более узкими и плоскими и превращаются в субграницы, а ячейки — в субзерна. Процесс развивается при температурах более высоких, чем температура отдыха. Субграницы образуются в результате поперечного скольжения и переползания дислокаций в направлении достройки или сокращения экстраплоскостей. Хаотически распределенные дислокации выстраиваются в вертикальные стенки. Тело субзерен практически очищается от дислокаций. Решетки соседних субзерен получают небольшую разориентиров-ку (до нескольких градусов). Скорость полигонизации контролируется относительно медленной скоростью переползания дислокаций, которая определяется скоростью перемещения вакансий. Примеси, образующие на дислокациях облака Коттрелла, тормозят полигонизацию. Субзерна при продолжительной выдержке и повышении температуры склонны к коалесценции, т. е. укрупнению. Движущей силой в этом случае служит разность энергий субграниц до и после коалесценции. При дальнейшем повышении температуры получает развитие процесс первичной рекристаллизации.

Проведенный автором анализ показал, что физический предел выносливости у отожженных или нормализованных углеродистых сталей наблюдается лишь в том случае, если в этих сталях достижению макроскопического (физического) предела текучести предшествует микропластическая деформация (стадия микротекучести) приповерхностного слоя глубиной порядка размера зерна. На стадии микротекучести может наблюдаться и микропластическая деформация всего объема материала, но она па порядок меньше, чем деформация приповерхностного слоя. В результате этой преимущественной микропластической деформации на пределе выносливости в ОЦК - металлах и сплавах формируется более прочный приповерхностный слой, который является барьером для выхода дислокаций на поверхность. Тем самым тормозится развитие процессов сдвигообразования и повреждаемости. Особенности пластической деформации ОЦК - металлов (например, большое число систем скольжения, облегченность поперечного скольжения и др.) и склонность к динамическому деформационному старению способствуют созданию такого более прочного приповерхностного слоя. Таким образом, формируется физический предел выносливости. Схема структурного состояния приповерхностного слоя на пределе выносливости у пластичных металлов и сплавов представлена на рис. 42. Более прочный приповерхностный слой у металлических материалов может быть создан предварительно (например, путем проведения химико-термической обработки).

ределяется не только движением дислокаций, но и прежде всего процессом их размножения, причем последний: осуществляется в основном по механизму двойного поперечного скольжения [12, 107]. В случае двухфазных сплавов при напряжениях, соответствующих пределу текучести, необходимо соблюдать еще одно условие — условие обхода частиц дислокациями. Но поскольку поперечное скольжение и обход частиц дислокациями в данных сплавах можно 'считать взаимосвязанными [166, 174], то в условиях начала поперечного скольжения будет фактически учитываться и обход частиц дислокациями. . ,

последующая дислокация, приближаясь к ряду частиц, уже не застает вокруг них остаточных дислокационных петель, образованных предыдущей дислокацией В теории же Анселла —Ленела, наоборот, с самого начала принимается, что скорость поперечного скольжения пренебрежимо мала и что в результате остаточные петли образуют вокруг частиц устойчивые плоские скопления. Последние, создавая мощные концентрации напряжения, вызывают сдвиг или разрушение частиц. Эти две крайности и привели к тому, что в оценке эффекта дисперсного упрочнения данные теории различаются на порядок. Теперь очевидно, что реальные сплавы должны занимать промежуточную позицию между упомянутыми двумя подходами, поскольку поперечное скольжение в них будет протекать с некоторой конечной скоростью, которая зависит, как от объемного содержания фазы, так и от размера частиц и их морфологии.

«В работах Хирша [174], Эшби [146], Хирша и Хэмпфри [166] вопросу поперечного скольжения в двухфазных сплавах придается большое значение и подробно анализируются все возможные варианты поперечного скольжения краевых и винтовых дислокаций возле частиц. Более того, в этих работах подчеркиваются два момента: во-первых, термически активируемое поперечное скольжение не может понизить предел текучести ниже значения,полученного по формуле Орована, во-вторых, поперечное скольжение ближайшей к частице остаточной петли значительно облегчается с подходом последующих дислокаций. Тем не менее в указанных работах при выводе уравнения для предела текучести поперечное скольжение учтено не было. Более того, Хирш и Хэмпфри [166], анализируя выражение

где h — высота ступеньки на дислокации, пришли к выводу, что для поперечного скольжения, которое связано с образованием ступенек на дислокации и с вытягиванием двух диполей из этих ступенек, необходимо более высокое напряжение, чем для обхода частиц по механизму Орована. При этом авторы [166] упустили из виду, что если остаточная петля около частицы не сброшена в результате поперечного скольжения, то для продвижения второй дислокации по этой же плоскости скольжения необходимо увеличить приложенное напряжение примерно вдвое [157, 167].