Отзыв ведущей организации (Совершенствование традиционного и разработка нового методов диагностики остаточных напряжений в сварном соединении)

«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по научной рабо1е ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» т. н. профессор В.К,Драгунов нтября 2015 г. ОТЗЫВ ведущей организации ФГБОУ ВО «НИУ «МЗИ» на диссертационную работу Курова Дмитрия Андреевича "Совершенствование традиционного и разработка нового методов диагностики остаточных напря>кений в сварном соединении", представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.04 — механика деформируемого твердого тела Актуальность темы диссертации Исследования остаточных напряжений и их влияния на прочность маге- риалов и конструкций активно ведутся во многих промышленно развитых странах, что обусловлено непрекращающимися примерами техногенных аварий и катастроф, в значительной мере связанных с высоким уровнем остаточных технологических напряжений.

К настоящему времени разработано немало методов измерения остаточных напряжений, которые разделяются на повреждающие и неповреждающие. Наиболее распространенный из повреждающих методов базируется на создании зондирующего отверстия в напряженном теле с тензометрической, либо спекл-интерферометрической регистрацией высвобождаемого в его окрестности поля микроперемещений, пропорциональных осзаточному НДС. Предпочтительным при этом является, стандартизированный в РФ, спекл-интерферометрический метод, обеспечивающий наблюдение полного поля нормальных перемещений поверхности тела в окрестности отверстия и определение главных остаточных напряжений по числу и ориентации полос регистрируемой интерференционной картины.

Наряду с преимуществами, эзоз метод обладает рядом недостатков, прежде всего, - значительной погрешностью в определении напряжений, связанной с дискретностью шага полос интерферограммы. Актуальная задача здесь — повышение точности определения остаточных напряжений по картине спекл-интерференционных полос. На практике, в высоком приоритете находятся и неповреждающие мезоды измерения остаточных напряжений, базирующиеся на различных физических принципах, такие как рентгеновский, акустический, магнитошумовой и лр. Все они обладают определенными преимуществами и недостатками, а гак кс требуют применения сложной дорогостоящей аппаратуры.

Актуальная задача здесь — создание простого, оперативного, и, по возможности, недорогого в применении неповреждающего метода диагностики остаточных напряжений. Тема диссертации Д.А.Курова посвящена решению актуальных задач: повышению точности спекл-интерферометрического метода определения остаточных напряжений и разработке нового неповреждающего безаппаратурного метода их диагностики. Структура диссертации Диссертация состоит из введения, 3 глав, основных результатов и выводов по работе, списка используемой литературы и приложения. Общий объем составляет 138 страниц машинописного текста.

Во введении обоснована актуальность выбора темы диссертации, сформулированы цели работы, заявлены научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость работы. Представлен обзор литературы по тематике работы с характеристикой существующих повреждающих и неповреждающих методов оценки остаточных напряжений, изложена структура диссертации и кратко перечислены полученные результаты. В первой главе дано описание метода определения остаточных напряжений с помощью зондирующего отверстия в сочетании со спеклинтерферометрической регистрацией высвобождаемого в его окрестности поля микроперемещений на поверхности тела. Выдвинуто предложение по повышению точности метода путем включения в информационные показатели не только числа и ориентации интерференционных полос, характеризующих форму, высвобожденного отверстием, нормального перемещения поверхности тела, но и их относительного расположения относительно центра отверстия.

Выполнен всесторонний анализ этого предложения на модели задачи Кирша, на основе которого сформулированы конкретные рекомендации, позволяющие существенно снизить степень дискретности в определении величин остаточных напря>кений, что представляется особенно важным при определении больших остаточных напряжений, приближающихся к пределу текучести материала. Здесь >ке представлена и оригинальная композиция решения задачи Кирша с решением задачи о нормальной локальной нагрузке, приложенной к поверхности упругого полупространства, позволившая математически обосновать и оптимизировать метод локального надавливания, применяемый в эксперимен тах для определения знака остаточных напряжений. Вторая н третья главы посвящены разработке нового неразрушающсго метода оценки остаточных напряжений в сварном соединении по температурным следам, длительное время сохраняющимся на поверхности соединения после сварки.

В качестве таких следов, названных в диссертации "линиями максимальных изотерм", могут выступать границы шва и цвета побежалости (естественные изотермы), а также границы зон проплавления предварительно нанесенных на поверхности будущего соединения меток термокарандашами илн другими термоиндикаторами ~искусственные изотермы). Чтобы связать расположение температурных следов с остаточными напряжениями, потребовалось решение двух основных задач: математической реконструкции термического цикла сварки, приводящего к экспериментально наблюдаемому расположению температурных следов, и - определения остаточных сварочных напряжений по полученным температурным зависимостям. Ввиду сложности поставленных задач, автор на всех этапах рассмотрения термического цикла сварки: быстрого нагрева под действием локального источника, фазовых переходов при плавлении и затвердевании и медленного остывания использовал одномерные модели теплопроводности и аналитические решения по этим моделям.

При выборе одномерных моделей автор обратил внимание на то, что с их помощью не только существенно упрощается решение исходной задачи теплопроводносзи, по и адекватно описывается термический цикл такого распространенного типа сварки, как контактно-стыковая сварка оплавлением. Данная технология широко применяется при сварке рельсов, арматуры строительных конструкций, соединениях торцов труб, в том числе, - большого диаметра для морских магистральных газопроводов. Все точки плоскости, проходящей через ось будущего шва, соединяются при такой сварке одновременно; тем самым исключаются зависимости температуры от координат вдоль и по глубине шва. В рсзулыатс, па основе решений известных одномерных задач теплопроводности и фазового перехода построена аналитическая модель термического цикла контактностыковой сварки оплавлением, позволяющая определить координаты расположения максимальных изотерм, соответствующих характерным цветам побежалости.

Адекватность разработанной аналитической модели термического цикла контактно-стыковой сварки и алгоритма определения положений максимальных изотерм была проверена путем сравнения с результатами численных решений температурных задач для сварки данного типа, выполненных другими авторами. В качестве основы для определения остаточных напряжений по полученным температурным зависимостям автором был принят достаточно известный и отработанный графо-аналитический метод Николаева-Окерблома. Однако, в своем первоначальном варианте этот метод позволял по изменению тсмпергпуры отдельной точки сварного соединения определить кинетику изменения НДС точки в термическом цикле сварки через построение четырех взаимосвязанных графических зависимостей.

Для упрощения построения эпюр остаточных напряжений автор предложил модификацию графо-аналитического метода путем замены совокупности зависимостей температуры от времени для отдельных координатных точек на температурную кривую, аппроксимирующую значения температур в местах расположения максимальных изотерм. Это дало возможность построения эпюры остаточных напряжений в всей области сварного шва и в зоне термовлияния, опираясь всего на четыре графические зависимости, что может быть классифицировано как серьезный научный и прикладной результаты работы. В диссертации приведен пример использования модифицированного графо-аналитического метода в случае контактно-стыковой сварки рельсов. Выполнена также верификация получаемых результатов сравнением с результатами измерений остаточных напряжений стандартизированным методом зондирующего отверстия в сварных соединениях труб на предприятии 000 "Псковэлектросвар".

Научная новизна и практическая значимость полученных в работе результатов Основными полученными в работе результатами, обладаюи1ими научной новизной являются: 1. Разработка координатного метода в спекл-интерферометрической регистрации поля микроперемещений, высвобождаемого при сверлении зондирующего отверстия в теле с напряжениями. 2. Теоретическое обоснование и оптимизация экспериментального метода деформации интерференционных полос при локальном надавливании в окрестности зондирующего отверстия, позволяющего выявить знаки главных остаточных напряжений.

3. Разработка нового неповреждающего метода диагностики остаточных сварочных напряжений по температурным следам на поверхности металла околошовной зоны, не требующего применения сложной измерительной аппаратуры, включающий: 3.1. Алгоритм определения положений температурных следов 1максимальных изотерм) по термическому циклу сварки; 3.2. Модификация графа-аналитического метода Николаева-Окерблома, позволяющая строить эпюру остаточных напряжений в области сварного шва и зоне термовлияния по кривой максимальных изотерм, минуя этап исследования кинетики напряжений в температурном цикле сварки. Практическая значимосп1ь полученных в работе результатов заключаетсл в следующем: 1.

Использование координатного метода в спеклинтерферометрической регистрации поля микроперемещений, образующегося при сверлении зондирующего отверстия в теле с напряжениями, позволяет в несколько раз снизить степень дискретности в определении величин остаточных напряжений, что особенно важно при определении больших остаточных напряжений, близких к пределу текучести материала тела. 2.