poster444

Акустический метод контроля контактного провода

Эффективность использования подвижного состава и контактной сети во многом можно повысить за счет повсеместного внедрения неразрушающих методов контроля. Одним из наиболее сложных объектов является медный контактный провод. Существующие способы исследования его механических свойств, в основном, относятся к разрушающим.

Бесконтактные, оптические методы контроля контактной сети, достаточно широко применяемые на ряде дорог, позволяют контролировать зигзаг, провисание и состояние поверхности провода. Однако они не обеспечивают определение его прочностных характеристик.

В Дальневосточном государственном университете путей сообщения (ДВГУПС) исследовали зависимость изменения структурных и акустических параметров проводов после их предварительного нагрева или эксплуатации. Для анализа использовали три группы образцов медного контактного провода марки МФ-100.

Первая группа поступила после различных сроков службы. Вторая группа была нагрета в условиях свободного конвективного теплообмена с окружающей средой токами 240... 420 А до температур 100... 250 °С без выдержки, третья группа — током с последующей выдержкой продолжительностью 30 мин при заданной температуре. В качестве контрольного образца был взят провод в исходном состоянии. После полного остывания образцов в специальном боксе с инертной средой https://acrylmedic.ru/category/show/2/eksikatory провели статические испытания на растяжение (Fp), металлографические исследования структуры, измерили акустические характеристики (коэффициент затухания а и время распространения ультразвуковых колебаний ty3).

Блок-схема экспериментальной установки для определения акустических параметров показана на рис. 1,а. Предварительные исследования показали, что параметр ty3 мало информативен из-за его слабой зависимости от режимов нагрева (при изменениях температур от 20 до 250 °С изменения ty3 для выбранной марки провода не превышают 0,1 мкс). Более чувствительным к нагреву, как и ожидалось, оказался коэффициент затухания ультразвуковых (у.з.) колебаний.
Чтобы исключить методические и систематические погрешности, использовали метод сравнения. При этом относительные изменения коэффициента затухания нагруженных образцов по отношению к контрольному (Da) определяли по изменению огибающей амплитуд переотраженных эхо-импульсов. Измерения проводили по раздельно-совмещенной схеме на частоте 5 МГц преобразователями из комплекта к дефектоскопу А1212.

Методика проведения измерений заключалась в следующем. Раздельно-совмещенный преобразователь ПП устанавливали на образец контактного провода (для надежного акустического контакта использовали вазелин). Вход и выход ПП подключали к соответствующим разъемам прибора А1212. После настройки режимов работы дефектоскопа измеряли огибающую амплитуд эхо-импульсов.

Механические испытания первой группы образцов не выявили существенной связи между продолжительностью эксплуатации провода и его прочностью. Это связано с малой значимостью фактора времени эксплуатации по отношению к другим факторам, например, месту установки провода, что обусловливает интенсивность термического нагрева провода.

Исследования механических свойств во взаимосвязи с акустическими параметрами и микроструктурой проводов подтверждают сделанный вывод. На рис. 1,6 приведены зависимости изменений параметра a(Da) и усилия разрыва (Fp) от температуры нагрева.

Как видно на рис. 1,6, в интервале температур 100... 220 °С прочность провода практически не изменяется. Несколько меньшая прочность образцов третьей группы объясняется их дополнительной выдержкой при заданной температуре, что увеличивает время процессов концентрации дислокаций (примесей).

Колебанию значений предела прочности (менее 5 %) от образца к образцу в каждой группе способствует различная скорость нагрева образцов. Она получается естественным путем вследствие разной заданной максимальной температуры нагрева и необходимости проведения нагрева током примерно одной величины. Изменения коэффициента затухания у.з. колебаний для обеих групп имеют общие закономерности. Однако во второй группе вследствие большей неравновесное™ процесса нагрева разброс данных выше.

Необходимо отметить некоторое увеличение предела прочности в обеих группах в районе 140 °С. Этот эффект, по-видимому, является следствием перераспределения примесей с образованием зон типа Гинье-Престона оптимального размера. Отмеченные закономерности согласуются с данными измерений коэффициента затухания у.з. колебаний.
Нагрев образцов до более высоких температур способствует активизации протекания процессов рекристаллизации и отдыха. Поэтому кратковременный нагрев свыше 220 °С способствует резкому снижению предела прочности.

Для выяснения механизма разупрочнения контактного провода провели металлографические исследования. Микроструктуру провода изучали на поперечных и продольных шлифах. В качестве объекта для исследований было выбрано действительное зерно. Подготовку образцов и подсчет размеров зерен провели по ГОСТ 21073.0—75 — ГОСТ 21073.4—75. Предлагаемый ГОСТами средний размер зерна малоинформативен. В ходе испытаний подсчитали число зерен и разбили их по семи размерным группам.

В связи с неоднородностью микроструктуры провода по сечению выделили три зоны: в середине, на краю в области контакта и на краю вне контактной области.

В целом в распределении зерен зоны контакта наблюдается больший разброс, чем в других, что обусловлено изначально большей неоднородностью микроструктуры. Зерна образцов в продольном сечении имеют большие размеры вследствие направленной пластической деформации в процессе изготовления. Изучение размерных параметров зерен в группах образцов медного провода позволило обнаружить начало процессов рекристаллизации, которые заметны при нагреве до температуры 140 °С, что согласуется с результатами других исследователей.

На рис. 2 приведены обобщенные и усредненные значения твердости зерен различных размеров в исследуемых образцах второй группы. Значения твердости зерен в поперечном сечении уменьшаются линейно в зависимости от температуры.
Минимальная твердость обнаружена в образце провода, нагретого до температуры 250 °С. В продольном сечении подобной закономерности не наблюдается. Необходимо отметить, что твердость зерен первой группы образцов изменяется более широко, средние значения твердости зерен ниже, чем для исходного провода.

Таким образом, незначительные изменения размеров зерен сопровождаются существенным снижением твердости и прочности. Отмеченная особенность объясняется тем, что не во всех случаях размер определяет механические свойства металла. В нашем случае решающее влияние оказывает субструктура провода. Поэтому прочность контактного провода при нагреве во многом определяется ею.

На основании проведенных исследований пришли к следующим выводам. Не выявлены существенные закономерности между продолжительностью эксплуатации провода и его прочностью. Механическая прочность обуславливается интенсивностью термического воздействия на провод.

Полученные данные свидетельствуют о возможности контроля прочностных свойств контактного провода на основе измерения коэффициента затухания ультразвуковых колебаний. Металлографические исследования показали, что при температурных нагрузках в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации происходит разупрочнение провода, связанное с изменением субструктуры зерен.

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin