УДК: 620.179.16 Экспериментальные исследования лазерно-ультразвукового метода акустической тензометрии резьбовых соединений Беркутов Игорь Владимирович, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», г. Санкт-Петербург. Научный руководитель: Марусина Мария Яковлевна, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», г. Санкт-Петербург. На сегодняшний день резьбовые соединения составляют до 70% от общего количества соединений. Это объясняется достоинствами данных соединений: такими как простота, удобство сборки и разборки, широкая номенклатура, стандартизация и массовый характер производства резьбовых деталей, взаимозаменяемость, относительно невысокая стоимость и высокая надежность. Главной технической проблемой при этом является обеспечение оптимального усилия затяжки болтов (шпилек). К резьбовым соединениям в процессе сборки предъявляют требования по соблюдению определенного усилия затяжки, а при хранении и эксплуатации - по сохранению заданного усилия, так как основными причинами разрушения резьбовых деталей являются следующие факторы: - были неправильно подобраны компоненты соединения; - недостаточное или превышенное усилие предварительного затягивания; - неравномерное распределение усилия предварительного затягивания. В обычных случаях для обеспечения оптимального усилия затяжки достаточно использования примитивных устройств, например, динамометрических ключей. Однако, во многих случаях – при креплении элементов в ракетно-космической технике, при сборке фланцевых соединений, при креплении узлов и элементов ответственных или дорогостоящих изделий – контроль напряжений связан с большими трудностями. В частности, контролю подлежат разъемные резьбовые соединения малых диаметров или с большим отношением длины к диаметру, которые в силу конструкционных особенностей недостаточно достоверно контролируются существующими средствами. Целью данной работы является повышение точности измерения напряжений в специальных резьбовых соединениях на основе использования и совершенствования современных методов и средств. По результатам анализа существующих методов измерения напряжений в резьбовых соединениях решено, что такую задачу можно решить методами акустической тензометрии. Основное преимущество этих методов заключается в возможности установки первичного датчика (пьезопреобразователя) на недеформированную поверхность (торец) резьбовой детали. Такой возможностью не обладает больше ни один из известных физических методов. Таким образом, для обеспечения применимости акустического вида контроля к описанным объектам контроля необходим метод и средства, которые обладали бы показателями, обеспечивающими необходимую достоверность и чувствительность контроля. В настоящей работе используется следующий общеизвестный принцип акустической тензометрии: для каждого конкретного резьбового соединения в лабораторных условиях, максимально приближенных к реальным эксплуатационным, проводят предварительную градуировку, т.е. определяют экспериментально зависимость абсолютного ∆t или относительного δt изменения времени распространения УЗ волны конкретной поляризации в образце от приложенного усилия. Затем в производственных условиях, контролируя изменение t в деталях реального объекта, с помощью полученных ранее градуировочных зависимостей определяют значения напряжения σ. В данной работе решено использовать данный подход как наиболее точный, но с переходом на измерение скорости УЗВ, что позволяет в некоторой степени снизить влияние длины разных болтов одного материала на градуировочные характеристики, и применение лазерно-ультразвуковой дефектоскопии с термооптическим возбуждением ультразвуковых колебаний в виде лазерноультразвукового дефектоскопа УДЛ-2М и специализированных датчиков. Для проведения дальнейших работ была определена необходимость разработки и изготовления оснастки для градуировки дефектоскопического оборудования, которая позволяет закреплять исследуемые болтовые соединения в захватах универсальной электромеханической испытательной машины для последующего ступенчатого нагружения разъемного соединения и получения регрессионных зависимостей; позволяет установить на объекты контроля лазерноультразвуковые датчики, обеспечивает с помощью пружины необходимое для надежного акустического контакта усилие прижима датчика к объекту контроля и его (датчика) центрирование относительно оси болта. В дальнейшем, с использованием разработанного и изготовленного оборудования были проведены экспериментальные исследования применения метода лазерно-ультразвуковой диагностики для контроля усилия затяжки разъемных соединений. По результатам исследований подтверждена работоспособность разработанных средств и получены регрессионные зависимости значений растягивающего усилия от относительного изменения скорости распространения ультразвуковой волны для болтов, на которые не распространяется действие ГОСТ Р 52889-2007. Полученные регрессионные зависимости могут быть использованы для определения действующих растягивающих усилий при контроле усилия затяжки разъемного соединения, а изготовленное оборудование и приемы позволяют проводить исследования лазерно-ультразвукового метода применительно к ранее неконтролепригодным разъемным соединениям. Автор Беркутов И.В. Научный руководитель Марусина М.Я Зав. кафедрой ИТиКТ Марусина М.Я