Возможность оценки механических напряжений в никеле магнитным пондеромоторным методом

Рассмотрена методика оценки механических напряжений в покрытиях магнитным пондеромоторным методом, основанная на использовании данных о величине магнитоотрывного усилия и его связи с магнитными характеристиками никеля (магнитной восприимчивостью), изменяющимися под действием напряжений. Показано, что существующее оборудование для определения механических напряжений рентгеновским, магнитным или ультразвуковым методами контроля имеет ограничения по размеру для контролируемых образцов либо низкую локальность измерений. Представлен магнитный пондеромоторный метод контроля механических напряжений, не имеющий указанных недостатков. Теоретически обосновано изменение магнитоотрывного усилия от толщины, приложенных и остаточных напряжений, обусловленных упругими и пластическими деформациями в образце. Показано, что наличие в образце остаточных напряжений изменяет характер зависимости магнитоотрывного усилия от приложенных напряжений. Разработан алгоритм расчета, позволяющий по одному измерению магнитоотрывного усилия получить соотношение между величинами приложенных и остаточных напряжений. Показано, что соотношение между остаточными и приложенными напряжениями может быть использовано для оценки степени приближения к критическим значениям напряжений, приводящим к разрушению. Построены градуировочные поверхности зависимости приложенных напряжений от магнитоотрывного усилия и толщины, соответствующие упругопластической деформации, а также уровневые градуировочные поверхности, соответствующие упругой деформации при наличии в материале остаточных напряжений. Выполнены эксперименты на никелевых образцах и покрытиях по оценке приближения механических напряжений в материале к критическим уровням, приводящим к разрушению. Показано, что при сравнении показаний градуированных датчиков с аттестованным средством наибольшее отклонение происходит при малых величинах напряжений вследствие обратной зависимости отрывного усилия от уровня напряжений.

1. Буркин, С. П. Остаточные напряжения в металлопродукции : учеб. пособие / С. П. Буркин, Г. В. Шимов, Е. А. Андрюкова. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. – 248 с.

2. Улыбин, А. В. Особенности применения резистивного электроконтактного метода для контроля напряженнодеформированного состояния стальных конструкций / А. В. Улыбин, Г. А. Кукушкина // Инженер.-строит. журн. – 2010. – № 3 (13). – С. 32–34. https://doi.org/10.18720/MCE.13.13

3. Equivalent Strain and Stress Models for the Effect of Mechanical Loading on the Permeability of Ferromagnetic Materials / P. Rasilo [et al.] // IEEE Trans. Magn. – 2019. – Vol. 55, № 6. – P. 1–4. http://doi.org/10.1109/ TMAG.2018.2890407

4. Weisensel, N. Magnetotagging, A New Method for Active and Passive Nondestructive Evaluation of Stresses and Defects in Composite Structures / N. Weisensel, C. Liang // Mater. Technol. – 2016. – Vol. 10. – P. 142–144. https://doi.org/10.1080/10667857.1995.11752613

5. Костин, В. Н. Оценка упругих и пластических деформаций ферритоперлитных сталей по магнитным свойствам вещества / В. Н. Костин, А. В. Кадров, А. Е. Кусков // Дефектоскопия. – 2005. – № 10. – С. 13–22.

6. Необратимые изменения намагниченности как индикаторы напряженно-деформированного состояния ферромагнитных объектов / В. Н. Костин [и др.] // Дефектоскопия. – 2009. – № 11. – С. 54–67.

7. Влияние упругой деформации на гистерезисные свойства двуслойного ферромагнетика, составленного из компонентов, обладающих магнитострикцией разных знаков / Э. С. Горкунов [и др.] // Дефектоскопия. – 2014. – № 8. – С. 42–56.

8. Иванова, И. Сравнительные измерения напряженного состояния проката углеродистой стали посредством шума Баркгаузена и ультразвука / И. Иванова, Т. Парталин // Дефектоскопия. – 2012. – № 2. – С. 83–94.

9. Магнитные и магнитоакустические параметры контроля напряженно-деформированного состояния углеродистых сталей, подвергнутых холодной пластической деформации и отжигу / В. Н. Костин [и др.] // Дефектоскопия. – 2015. – № 10. – С. 33–41.

10. Филинов, В. В., Контроль напряженного состояния трубопроводов по магнитным параметрам металла / В. В. Филинов, А. Н. Кузнецов, П. Г. Аракелов // Дефектоскопия. – 2017. – № 1. – C. 41–50.

11. Акулов, Н. С. К теории пондеромоторного магнитного контроля металлов / Н. С. Акулов, В. А. Рудницкий // Докл. АН БССР. – 1970. – Т. 14, № 10. – С. 889–892.

12. Гнутенко, Е. В. Определение толщин составляющих двухслойного никель-хромового покрытия магнитным пондеромоторным методом при одностороннем доступе к контролируемой поверхности / Е. В. Гнутенко, В. А. Рудницкий // Приборы и методы измерений. – 2017. – Т. 8, № 4. – С. 365–373. https://doi.org/10.21122/2220-95062017-8-4-38-45

13. Вонсовский, С. В. Ферромагнетизм / С. В. Вонсовский, Я. С. Шур. – М.; Л.: Гос. изд-во техн.-теор. лит., 1948. – 816 с.

14. Биргер, И. А. Остаточные напряжения / И. А. Биргер. – М.: Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., 1963. – 232 с.

15. Schlesinger, M. Modern Electroplating / M. Schlesinger, M. Paunovic. – 5th ed. – Hoboken: John Whiley & Sons, 2011. – 736 p. https://doi.org/10.1002/9780470602638

16. Моргун, А. И. Возникновение и релаксация внутренних напряжений в гальванических покрытиях: дис. … канд. техн. наук / А. И. Моргун. – Тюмень, 2003. – 109 л.

17. Кутепов, А. Ю. Влияние внутренних напряжений в никелевых покрытиях на их магнитную проницаемость / А. Ю. Кутепов, А. П. Крень // Приборостроение-2017: материалы 10-й Междунар. науч.-техн. конф., 1–3 нояб. 2017 г., г. Минск / редкол.: О. К. Гусев (предс.) [и др.]. – Минск: БНТУ, 2017. – С. 223–224.

18. Кутепов, А. Ю. Оценка растягивающих напряжений в никелевых покрытиях магнитным пондеромоторным методом / А. Ю. Кутепов, А. П. Крень, Е. В. Гнутенко // Приборостроение-2018: материалы 11-й Междунар. науч.-техн. конф., 14–16 нояб. 2018 г., г. Минск / редкол.: О. К. Гусев (предс.) [и др.]. – Минск: БНТУ, 2018. – С. 28–30.

19. Рудницкий, В. А. Особенности измерения толщины никелевых покрытий магнитным методом / В. А. Рудницкий, В. И. Антипенко // Докл. Акад. наук БССР. – 1977. – № 3. – С. 202–204.

20. Козлов, А. Г. К оценке влияния напряженного состояния гальванических никелевых покрытий на показания магнитных толщиномеров / А. Г. Козлов, В. А. Рудницкий, А. К. Шукевич // Дефектоскопия. – 1977. – № 5. – С. 61–65.

21. Сандомирский, С. Г. Расчет и анализ размагничивающего фактора ферромагнитных тел / С. Г. Сандомирский. – Минск: Беларус. навука, 2015. – 244 с.

22. Толмачев, И. И. Физические основы и технология магнитопорошкового контроля / И. И. Толмачев. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 130 с.

23. Кутепов, А. Ю. Оценка прецизионности прибора НТ-800 для контроля никелевых покрытий / А. Ю. Кутепов, А. П. Крень, Е. В. Гнутенко // Приборостроение-2020: материалы 13-й Междунар. науч.-техн. конф., 18–20 нояб. 2020 г., г. Минск, Респ. Беларусь / редкол.: О. К. Гусев (предс.) [и др.]. – Минск : БНТУ, 2020. – С. 71–72.