Сканирующего электронного

/ — оптическая система; 2— приемник излучения; 3 — сканирующее устройство; 4 — усилитель; 5 — система развертки и синхронизации; 6 — электронно-лучевая трубка

Намагничивающее устройство состоит из электромагнита, питаемого постоянным или переменным током промышленной частоты от блока управления и сменных полюсных наконечников. Для контроля сварных соединений на наличие трещин любых направлений; непроваров и других дефектов применяют полюсные наконечники, выполненные в виде двух параллелепипедов, которые располагаются под углом друг к другу со смещением полюсов по направлению перемещения и имеют профилированный и непрофилированный ролики с обоих концов каждого полюса. При креплении намагничивающего устройства к основанию и установке опорного и направляющего роликов можно получить минимальный зазор «полюс—изделие» с целью оптимального намагничивания изделия и свободного перемещения установки. ' Сканирующее устройство обеспечивает плоскоспиральное сканирование сварного шва при относительном перемещении установки вдоль сварного соединения в процессе контроля. При плоскоспиральном сканировании обнаруживаются дефекты типа трещин, направленных под любым углом, непроваров и др. Сканирующее устройство состоит из электродвигателя, привода и эксцентрика. С его помощью феррозонд совершает сканирование сварного шва по эллиптической кривой в горизонтальной плоскости.

Установка содержит гидромеханическое сканирующее устройство, импульсный толщиномер и осциллограф. Сканирующее устройство вводится внутрь контролируемой трубы, заполненной водой. Ось преобразователя совпадает с осью трубы и сканирующего устройства. Излученный импульс падает на вращающееся вокруг оси преобразователя зеркало расположенное к ней под углом 45°. Далее акустический импульс попадает на стенку трубы, частично отражаясь обратно, частично рассеиваясь и частично проходя к наружной стенке, от которой часть энергии, отражаясь, возвращается обратно к преобразователю. Импульсный толщиномер установки ИРИС вырабатывает импульсы подсветки луча осциллографа лишь от первого эхо-сигнала (отражение от внутренней стенки) до второго эхо-сигнала. При сканировании луч осциллографа смещается по оси у в соответствии с положением зеркала. В результате получается изображение, показанное на рис. 82. Одна строка изображения (по горизонтали) соответствует одному зондирующему импульсу. Полная развертка по вертикали соответствует одному обороту зеркала, т. е. соответствует развертке сечения контролируемой трубы. Как видим, вследствие наличия слоя коррозии значительная часть эхо-сигналов пропадает, и в этих случаях обычный толщиномер дает сбои. По изображению на рис. 82 легко измерить толщину стенки или глубину коррозии в любом месте, используя аппроксимацию недостающих точек.

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.

При контроле сварных швов в труднодоступных местах НИИХИММАШем совместно с ВНИИНК разработаны малогабаритные установки типа УД-91ЭМ. Они укомплектованы двумя сканирующими устройствами: одно для контроля изделий толщиной 8 ... 20 мм, второе — 20 ... 40 мм. Сканирующее устройство представляет собой тележку на четырех колесах, которую перемещают оператор по направляющей, легко устанавливаемой на поверхности контролируемого изделия на постоянных магнитах. Акустический блок, закрепленный в сканирующем устройстве, состоит из двух наклонных ПЭП, расположенных по разные стороны от продольной оси шва и работающих в совмещенном режиме. Сварные швы толщиной 8 ... 20 мм контролируют за один проход, а толщиной 20 ... 40 мм — за несколько. Усилие прижа-

Для контроля сварных швов большой толщины (до 250 мм) наиболее эффективны установки, разработанные в НПО ЦНИИТМАШ [11]. Сварные швы роторов атомных турбин (толщиной около 140 мм) успешно контролируют установкой УДЦ-31. Она состоит из сканирующего устройства с акустическим блоком и электронной стойки. Сканирующее устройство включает в себя привод, три каретки и соединяющие штанги. Акустический блок содержит шесть ПЭП, закрепленных в каретках. В комбинированной каретке закреплены три ПЭП: один прямой PC-ПЭП и два наклонных с углом ввода 39°. Наклонные ПЭП ориентированы под углом 90° к оси сварного шва. В горизонтальной каретке закреплены два ПЭП с а = 39°, направленных вдоль шва. В вертикальной каретке закреплен один ПЭП с а = 39°. ПЭП в комбинированной и горизонтальной каретках перемещаются при сканировании в радиально-осевой плоскости. ПЭП в вертикальной каретке перемещается в радиальном направлении ротора. Благодаря ориентации наклонных ПЭП поперек и вдоль сварного шва удается уверенно обнаруживать дефекты, ориентированные различным образом в сварном шве. Электронный блок трехканаль-ный; каждый канал содержит УЗ-дефектоскоп, блоки обработки и регистрации сигналов в аналоговой форме. Блок обработки сигналов, входящий в каждый канал, предназначен для автоматического измерения координат залегания дефектов и амплитуды сигналов, отраженных от дефектов. К каждому каналу подключены по два ПЭП.

Сканирующее устройство с акустикой и электронная стойка размещаются на специальной площадке портала сварочной установки, где обеспечивается вращение ротора со скоростью 0,01 ... 0,02 м/с (производительность контроля). В процессе контроля сканирующее устройство перемещается одновременно с вращением ротора, поэтому прозвучивание происходит по зигзагообразной линии. Акустический контакт между ПЭП и поверхностью ротора осуществляют щелевым способом через слой контактной жидкости, равный 0,05 ... 0,10 мм.

Среди зарубежных установок такого класса наибольшего внимания заслуживает установка, разработанная фирмой «Ком-сон» (Австрия) и Пенсильванским университетом (США), предназначенная для исследования дефектов сварных швов. Установка содержит сканирующее устройство в виде магнитной штанги, по которой движется один преобразователь; электронный блок; персональный компьютер с памятью в несколько мегабайт. Время сканирования и траектория движения преобразователя задаются микроЭВМ. При обнаружении дефекта ручным или автоматизированным методом на шов устанавливают сканирующее устройство с преобразователем указанной установки. После прозвучи-вания с разных сторон, накопления информации и последующей ее обработки на графопостроитель наносится схема поперечного

Оборудование, использованное для ввода данных в миникомпью-тер и для регулировки температуры, описано ранее [2]. Простая и дифференциальная медь — константановые термопары тарированы по платиновому термометру сопротивления NBS. Сигнал от термопар по экранированным проводам поступал на сканирующее устройство, цифровой вольтметр и на компьютер PDP-8/1 (DEC).

Для контроля сварных соединений с толщиной стенки 18 мм и менее применяют построчное сканирование параллельно продольной оси щва за один проход. Сканирующее устройство устано."

При необходимости оператор с помощью корректирующего механизма с пульта управления производит требуемые смещения искательных головок. Для контроля изделий различной толщины искательные головки сканирующего устройства вручную, вращением винта, устанавливают на требуемое расстояние от оси сварного шва. Для контроля -кольцевых сварных швов сканирующее устройство необходимо повернуть вокруг вертикальной оси на 90°. Перемещение сварного шва обечайки относительно искательных головок осуществляется приводом роликоопор.

Рис. 14.1. Микрофотография поверхности фосфатированной мягкой стали марки 1010 (получена с помощью сканирующего электронного микроскопа). Покрытие получено из кислого раствора фосфата цинка с добавкой нитрата натрия в качестве ускорителя при выдержке в течение 1 мин при 65 °С [На]

лиметровый* стальной шар вдавливается с помощью испытательной машины в отверстие силой около 2— 3 кН, пока треск не укажет на образование трещин в зоне растяжения. Трещины измеряют под микроскопом. Путем повторного надавливания на переднюю или обратную сторону плитки можно управлять раскрытием трещин. Ширина трещины определяется с помощью растрового сканирующего, электронного микроскопа при необходимом увеличении. Глубина трещин определяется по поперечным шлифам. Методика испытания:

Рис. 12. Микрофотографии поверхности разрушения эпоксидных углепластиков, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа [17].

делу прочности на растяжение самой смолы, и трещина, выйдя из граничной области, продолжает распространяться по смоле. Для диффузии первого мономолекулярного слоя на поверхности стекла эта скорость слишком велика, но для диффузии по уже адсорбированной водной пленке эта величина вполне приемлемая. Патрик и др. [54] изучали поверхности разрушения с помощью, сканирующего электронного микроскопа с разрешением 200 А и установили, что разрушение под влиянием влаги происходит по поверхности раздела смолы и склеиваемого материала. Обнаружено также, что на поверхности алюминия образуется {5-гадро-окись алюминия (байерит), разрушающаяся в процессе коррозии под напряжением. По-видимому, уже на первой или на второй стадии воздействия воды происходит поверхностный гидролиз окиси алюминия с образованием байерита.

Необходимо гораздо больше экспериментальных данных для того, чтобы результаты могли быть экстраполированы на металлические изделия. Необходимо сделать одно последнее замечание в отношении работы [40]. Там исследуются поверхности разрушения при помощи сканирующего электронного микроскопа и найде-

Раньше вид разрушения определяли визуально, невооруженным глазом или при малых увеличениях, теперь он определяется при помощи просвечивающего или сканирующего электронного микроскопа обычно при увеличениях 3000—5000. На рис. 15^,6 показаны типичные виды изломов (снятые на сканирующем микроскопе при увеличении 1000) , характерные для вязкого ямочного разрушения.

этой теории при трении скольжения максимум плотности дислокаций, приводящих к образованию и распространению трещин, лежит не на поверхности, а на некотором расстоянии от нее, определяемом условиями трения и свойствами материала. При исследовании шариковых подшипников с помощью сканирующего электронного микроскопа в усталостных трещинах обнаружены мельчайшие сферические частицы (рис. 57, б), аналогичные частицы встречаются и на стекле феррогра-фа [127]. Присутствие сферических частиц отмечается и при трении скольжения [132], а также при абразивной обработке поверхностей при скоростях вылета частиц, больших 100 м/с.

Цель настоящей работы — изучение особенностей усталостного разрушения монокристаллов никеля и гетерофазного никелевого сплава типа ЖС при различных схемах усталостного нагружения. Испытания на усталость цилиндрических образцов сплава диаметром 8 мм проводили в условиях чистого изгиба с вращением с частотой нагружения 50 Гц. Плоские образцы 50 X 4 X 2 мм подвергали испытаниям на плоский консольный изгиб с частотой нагружеиия 300 Гц. Ориентация оси всех образцов монокристаллов никелевого сплава не более 5° от направления (001). Были испытаны также плоские образцы 50 X 4 X 2 мм чистого моно- и бикристалла никеля в тех же условиях плоского консольного изгиба. Все испытания выполнены на воздухе при комнатной температуре в многоцикловой области усталости. Перед нагруженном плоские образцы электро-полировали, качество поверхности контролировали рентгенотопо-графическим методом параллельного пучка. Исследовали образцы как в процессе испытаний на различных уровнях долговечности, так и после разрушения. Микрорельеф поверхности излома изучали с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопов; ориенатацию поверхности разрушения устанавливали ренгенов-ским методом обратной съемки по Лауэ; размер пластической зоны определяли методом ренгеновского двойного кристалл-спектрометра па установке УРС-2,0 в медном Ка. излучении от трубки БСВ-И.

Исследование структуры изломов с помощью сканирующего электронного микроскопа показало, что при 77 К разрушение носит характер скола при содержании никеля до 10 %, смешанный характер скольного и ямочного (крупные ямки) разрушения при 12,% Ni, а при 18 % Ni разрушение было почти полностью плоским, мелкоямочным. Максимальная вязкость разрушения, имеющая место при содержании никеля ~12% (ат.), объясняется, по-видимому, влиянием никеля, который изменяет характер разрушения и способствует сохранению большего количества остаточного аустенита. Вязкость разрушения возрастает по мере изменения характера разрушения от скольного (которое обычно характерно для хрупких материалов с низкой вязкостью разрушения) при 8—10 % Ni к преобладающему ямочному разрушению при 12 % № и выше. При содержании никеля >12% наличие остаточного аустенита приводит к снижению предела текучести, что в свою очередь снижает вязкость разрушения.

Рис. 1. Характер разрушения сплавов системы Fe—Мп при 77 К. Все сплавы в закаленном состоянии (нагрев при 1173 К, 2 ч, охлаждение в ледяном солевом растворе); фотографии получены с помощью сканирующего электронного ,микроскопа: a — Fe—8Mn; б — Fe— lOMn; в — Fe-12Mn-0,2Ti

Рис. 4. Фрактограммы, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа с поверхностей изломов ударных образцов сплава Fe—12Мя—0,2Ti, испытанных при 77 К после нагрева при 1373 К, 2 ч и охлаждения с печью в течение 6 ч (а), 11 ч (б) и 15 ч (в), далее — на воздухе