Остаточные напряжения

РЕНТГЕНОВСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Рентгеновский метод дает возможность непосредственно измерять деформацию кристаллической решетки при воздействии напряжений. Основное преимущество рентгеновского метода состоит в том, чтоостаточные напряжения определяются без разрушения детали. Метод может быть использован не только для исследования, но и для контроля технологического процесса. Изучение остаточных

Рентгеновский метод не лишен недостатков. Напряжения опре­ деляются только в поверхностном слое, точность определения сравни­ тельно невысока [в практических исследованиях ± (5 20) кГ1ммг\.

В рентгеповском методе возникают трудности при разделении макро-

имикронапряжений, при исследовании слоев, получивших пласти­ ческую деформацию.

Однако возможность определения остаточпых напряжений без нарушения работоспособности детали делает рентгеновский метод чрезвычайно перспективным.

Ниже излагаются общие основы рентгеновского метода. Более

полные сведения содержатся в специальной литературе 147], [107]г [130], [146], [153].

29.ОБЩИЕ ОСНОВЫ РЕНТГЕНОВСКОГО МЕТОДА

А.Рентгеновские лучи образуются'^прп резком торможении быстро летящих электронов. Для их получения в потоке электронов ставится препятствие в виде металлической пластинки.

Схема генератора рентгеновских лучей (рентгеновской трубки) показана на фиг. 158.

Источником свободных электронов на катоде является вольфра­ мовая нить, нагретая до температуры ~ 2000°. Нагрев осуществ­ ляется низковольтным трасформатором накала с напряжением 4—9 в.

Для ускорения электронов подводится высокое напряжение (порядка 50—200 KV) с помощью главного трансформатора и выпря­ мительного устройства (кенотрона). В качестве зеркала анода

анода, возбуждают рентгеновские лучи с различными длинами волн (спектр рентгеновских лучей).

Часть излучения, связанная непосредственно с процессом торможе­ ния, имеет сплошной спектр с непрерывным изменением длины волны1.

На фотографической пластинке этот спектр ха­ рактеризуется широкой полосой зачернения.

Если напряжение в трубке превышает определенную величину (потенциал возбу­ ждения), то появляются рентгеновские лучи со строго определенными длинами волн, обра­ зующие линейчатый (дискретный) спектр. Эти лучи, называемые характеристическими, связаны с проникновением катодных лучей в оболочки атомов рабочего металла анода.

излучения.

Орбиты электронов обозначаются (по мере удаления от ядра) буквами К , L, М, N и т. д.

Наибольшая энергия получается при переходе электронов на орбиту К — так называемую К — серию рентгеновского излучения.

Так как на орбиту К электроны могут попасть с различных орбит, то в серии К имеется несколько излучений (линий) со строго определенной длиной волны (Ка, К$ и т. д.). Линия Ка связана с переходом электронов с соседней орбиты L.

Однако электроны на орбите L могут иметь одно из двух значе­ ний энергии, близких по величине. Этим объясняется расщепление линии Ка на две близкие линии Ка1 и Ка2 (дублетное строение не­ которых линий спектра). Если, например, в качестве рабочего ме­ талла анода используется кобальт, то линия Ка1 имеет длину волны

А. Рентгеновские методы основаны на определении расстояния

между кристаллографическими плоскостями с помощью измерения угла отражения луча.

Как известно, кристаллы обладают регулярной трехмерной струк­ турой, через узлы которой могут быть проведены различные кри­ сталлографические плоскости. Эти плоскости, параллельные друг ДРУГУ? характеризуются системой индексов (числами fe, к и /), определяющих пространственную ориентацию кристаллографиче­ ских плоскостей. Для данного рентгеновского излучения известны

эту деформацию при некотором выборе значений упругих постоян­ ных материала можно отождествить с обычной (макроскопической) деформацией.

Пусть угол '0' близок к 90°. Тогда рассматриваемая деформация относится к направлению, приблизительно нормальному к поверх­ ности, и она определенным образом связана с действующими в по­ верхностном слое напряжениями.

Принимая для простоты обычные значения упругих постоянныхг получим

е = ----- (ах+ сг2),

где ах и а2 — нормальные напряжения в поверхностном слое в двух взаимно-перпендикулярных направлениях.

Б. Одна из возможных схем для определения величины d, ис­ пользуемая на практике, показана на фиг. 161.

Монохроматический рент! еновский луч направляется узким пуч­ ком на исследуемую поверхность металла; отраженные лучи фикси­ руются на рентгеновской пленке в виде кольцевого затемненного* следа.

из этого равенства можно вычислить О и с помощью соотношения

(1) — величину d.

отражается от поверхности металла, камера счетчика совершает периодическое колебательное движение, фиксируя интенсивность излучения для данного угла.

По максимуму излучения определяют угол отражения луча. Эта схема (рентгеновский дифрактометр) получает в последнее время все большее практическое применение.

31.РАСЧЕТ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

А.Выше рассматривались методы, позволяющие определить расстояние между кристаллографическими плоскостями и найти деформацию решетки в заданном направлении.

чей, диаметром ! —2 мм в слое глубиной до 20 мк. Величина е^, вообще говоря, отличается от обычной (ма­ кроскопической) деформации материала в заданном направлении. Деформация кристаллической решетки определенным образом свя­ зана с действующими на нее механическими напряжениями. Эта связь основана на уравнениях деформации монокристаллов, учи­ тывающих их упругую анизотропию.

На основании некоторых гипотез о совместной деформации кри­ сталлического агрегата (гипотез Фойгта или Рейсса) удается перейти от микродеформаций и микропапряжений и обычным деформациям

инапряжениям.

Впрактических расчетах, однако, применяется приближенный

способ, в котором деформация кристаллической решетки отожде­ ствляется с обычной деформацией, а напряжения вычисляются по формулам теории упругости. Существенно, что при таких вычисле­ ниях используются обычные значения постоянных упругости (.Е

иц), свойственные изотропному телу.

Б.Рассмотрим расчет остаточных напряжений по указанному

приближенному методу.