Файл: Борьба с шумом в черной металлургии..pdf

и характеристик металлов и сплавов, позволяет выявить взаимосвязь характеристик звукоизлучения металлов с не­ которыми их свойствами.

Акустическим способом произведено определение дина­ мического модуля упругости [114]. Расхождение получен­ ных результатов с данными для модуля упругости, найден­ ными механическим способом, оказалось незначительным.

Модуль упругости с точностью до 0,1% относительно просто можно определить следующим способом [12]. Цилин­ дрические стержни из исследуемого металла закрепля­ ют "в узловых точках. Звукоизлучение вызывают ударом деревянного молотка по стержню. Высоту тона излучае­ мого звука определяют настройкой в унисон со стальной струной монохорда, колебание которой вызывают электро­ магнитом. Струна натягивается грузами. Градуирование частоты колебаний проводят путем сравнения с выверен­ ными камертонами и строят кривую зависимости частоты колебаний от массы груза. Генерируемая частота совпала с собственной частотой колебаний струны. Модуль упру­

Предложенный в работе [54] акустический способ опре­ деления модуля нормальной упругости основан на измере­ нии частоты основного тона звука, излучаемого образцом при возбуждении собственных колебаний. Для пластины прямоугольного сечения, выбранной в качестве образца,

рабочая длина образца, см; g — ускорение силы тяжести,

см /сек2.

В работах [12, 54, 114] совпадение контрольного и излу­ чаемого образцами звуковых сигналов определялось субъек­ тивно, что значительно уменьшает точность результатов.

155

При этом ne исключена возможность проникновения по­ сторонних звуковых сигналов.

Для анализа межкристаллитной коррозии в нержавею­ щих сталях [128] используют образцы в виде стержней и трубочек, подвешенных иа нитях. Возбуждают образцы ударом шара, падающего с определенной высоты. Затуха­ ние звука определяют при помощи микрофона и осцилло­ графа. Время полного затухания оказалось обратно про­ порциональным времени корродирования. Была обнару­ жена также связь между результатами микроскопического

тоты радиальных и осевых колебаний колец, возбужденных ударами деревянного молотка. Излучаемый звук воспри­ нимался микрофоном, усиливался, и с помощью стробоско­ пического частотомера регистрировалась частота акустиче­ ских колебаний. Кольца подвешивали либо устанавливали горизонтально на иглах. Измеренные частоты совпали с тео­ ретическими, подсчитанными по формулам. Основной тон хорошо возбуждался, если диаметр не больше чем в 16 раз превышал Ширину кольца.

Во всех рассмотренных работах не учитывалось влия­ ние контактных явлений при соударении на продолжитель­ ность звучания и частотный спектр звукоизлучення.

В работах [115, 116J приведены результаты исследования акустических свойств стальных и бронзовых колоколов: частоты собственных колебаний, относительной амплитуды основного тона и длительности его затухания. Звукоизлу­ чение вызывалось ударом, а также с помощью электро­ магнитного преобразователя. Звук воспринимался микрофо­ ном. После микрофонного усилителя напряжение поступало наламповый вольтметр и самописец. Совпадение между возбуждаемой и излучаемой частотами регистрировалось при наличии эллипса на экране катодно-лучевого осцил­ лографа. Частота возбуждения задавалась частотомером.

Амплитуда основного тона зависит также от металла, массы образца, высоты падения и материала ударника. На уровень звукового давления и частотный спектр оказывает влияние и продолжительность контакта соударяемых ме­ таллов. Повышение модуля упругости материала ударника вызывает уменьшение времени контакта при ударе и воз-

156

растание амплитудных составляющих высокочастотного диапазона спектра.

Акустические методы дефектоскопии основаны на исполь­ зовании звукоизлучения металлов и сплавов при упругих (обычно изгибных) колебаниях [83]. Параметры звука, излучаемого различными деталями при возбуждении соб­ ственных колебаний, являются критерием при измерении или определении длины детали, ширины, диаметра, толщи­ ны, модуля упругости, коэффициента Пуассона, плотности, модуля разрыва, трещин, затухания, модуля сдвига и др. [58].

Для контроля и оценки качества чугунных отливок при­ меняют устройство, в котором воспринимаемые микрофоном звуковые колебания преобразуются в напряжение. После усилителя и выпрямителя оно поступает на ряд парал­ лельных цепей с регулируемыми сопротивлениями и за­ тем— на соответствующее электронное устройство. Каждое электронное устройство приводит в действие релейный пере­ ключатель, и подключенный отметчик времени регистри­ рует продолжительность затухания звука, излучаемого де­ талью, что и является критерием при исследовании. Помимо этого, по резонансной частоте на основе простого соотноше­ ния определяют модуль нормальной упругости отливок. Установлено также соотношение между резонансной час­

поверхностью [138—140]. Пластины различных размеров были изготовлены из стали, стекла и дерева. Измерения проводились при различных условиях удара, т. е. ударники были сделаны из стали, резины, различались по весу и форме контактной поверхности для каждого материала. Скорость удара также регулировалась.

Задачей исследования являлось не только определение взаимосвязи параметров звука и вибрации, но и выяв­ ление факторов, влияющих на уровень звукового давления и частотный спектр шума при ударном возбуждении. Звуко­ вое давление воспринималось микрофоном, расположенным на расстоянии 10 см от поверхности пластины. Вибра­ ции регистрировались акселерометром. Снимаемые с мик­ рофона и акселерометра напряжения одновременно запи­ сывались на двухканальный магнитофон. Воспроизводи­ мая магнитофоном запись анализировалась третьоктавным

157

анализатором и полученная таким образом частота спектра регистрировалась самописцем уровня. Синхроскоп исполь­ зовался для наблюдений волновых форм звука и вибраций, продолжительности контакта ударника с поверхностью пластины, вида волны импульсной силы.

Принцип работы измерителя звучания камертона осно­ ван на измерении промежутка времени, за который сигнал, получаемый от колеблющегося камертона, ослабляется в е раз (е — 2,72) [15J. Колебания камертона, укрепленного на. электромагните, возбуждают в катушках приемника электромагнитного типа экспоненциально затухающий сиг­ нал, поступающий на усилитель и далее на детектор. Сиг­ нал с детектора подается на схему, содержащую два тират­ рона. Тиратронная схема выполнена таким образом, что при некоторой определенной величине затухающего детек­ тированного сигнала происходит погасание одного из тират­ ронов и с помощью реле включается цепь зарядки накопи­ тельной емкости в сеточной цепи лампового вольтметра. Показания стрелочного прибора лампового вольтметра при этом начинают расти пропорционально времени. Когда величина сигнала достигает уровня погасания второго тира­ трона, реле, размыкая контакты, разрывает цепь накопи­ тельной емкости. С помощью потенциометра отношение амплитуд сигнала установлено равным е = 2,72, благодаря чему показание стрелочного прибора пропорционально постоянной времени камертона.

Исследование спектра и энергии звукового излучения (акустической эмиссии) при движении быстрой трещины в стали приведено в работе [87]. Образцы из стали 65Г в виде пластин с надрезом разрывали на испытательной машине. Предварительно их подвергали закалке с 840° С в масле и отпуску при 200—700° С. Параллельно разрываемой плас­ тине на уровне надреза (на расстоянии 3 см от образца) на­ ходился пьезоэлектрический датчик давления (титанат бария). Электрический сигнал датчика, возбуждаемый удар­ ным звуковымимпульсом, записывался осциллографом. Для измерения скорости движения трещины на образец наклеивали фигурную полоску алюминиевой фольги, обра­ зующую конденсатор образец—полоска, разрыв которой способствует запуску схемы.

Приведенное описание методов исследования характе­ ристик звука, излучаемого металлами и сплавами, показы­ вает, что стабильная методика исследования отсутствует.

158

Даже при определении одного и того же параметра, на­ пример модуля упругости, исследуемые образцы имеют различную форму и размеры, что исключает сопостави­ мость результатов. Условия проведения исследований, спо­ собы возбуждения колебаний разнообразны. Часто поль­ зуются не записью колебаний, а субъективным восприятием звука, точность же субъективных оценок в значительной мере зависит от опыта и состояния слуха наблюдателя. Частотный спектр излучаемого звука в большинстве слу­ чаев не исследовался. Не учитывалось влияние контакт­ ных явлений при соударении металлических поверхностей, а также потери звуковой энергии в среде и поглощение зву­ ка ограждающими поверхностями на результаты экспери­ ментов. Не исключалось влияние звуковых помех.

МЕТОД МИСиС ИССЛЕДОВАНИЯ ЗВУКОИЗЛУЧЕНИЯ

Для исследования звукоизлучения металлов и сплавов в лаборатории кафедры охраны труда Московского инсти­ тута стали и сплавов разработана установка, позволяющая устранить повторные соударения, уменьшить потери энер­ гии колебаний в местах крепления образца, ограничить влияние звуковых помех. При этом способ возбуждения -звукоизлучения исключает вынужденные колебания образ­ ца, что позволяет получить зависимость параметров излу­ чаемого звука от свойств металла. Звукоизлучение образ­ ца вызывается единичным ударом, в результате чего обра­ зец совершает свободные колебания. Поведение образца при свободных колебаниях характеризует его динамиче­ скую индивидуальность.

Исследуемый образец во избежание повторных соуда­ рений подвешивают вертикально на металлических нитях диаметром 20 мкм, что дает возможность уменьшить потери энергии колебаний в местах крепления (рис* 77) [26].

На массивном прямоугольном основании 2, имеющем регулирующие ножки /, с помощью которых производят регулировку по уровню, смонтирован корпус 3 из листового металла, покрытого войлоком 4 толщиной 10 мм. Корпус разделен горизонтальной перегородкой 14 на две части: нижнюю 5 и верхнюю 18, что предотвращает проникнове­ ние посторонних шумов. В верхней части корпуса располо­ жены вертикально перемещающаяся площадка 15, на кото­ рой с" помощью гаек' 16 укреплена труба 19 с ударными

159

шарами 20, механизм отсекателя со штифтами 17 и элек­ тромагнитный контактор 22. В нижней части установки расположены изготовленный из жесткой резины отра­ жатель 25, горизонтальное и вертикальное перемещение которого осуществляется соответственно с помощью при­ способления 29 и конической пары 26, и приемник шаров 32. Вертикально перемещающаяся площадка 15 и основа­ ние отражателя 27 подвижно соединены с рейкой 31, жестко укрепленной на основании установки.

На лицевой стороне установки расположены массивные диски 7 и 13 устройства 6 для крепления образцов на метал­ лических нитях И и патрубок 9 для установки микрофона. С целью предотвращения возникновения корпусного шума

ивибрации в местах контакта дисков 7 и 13, диска 13 с ниж­ ней лицевой частью корпуса, а также между микрофоном

ипатрубком установлены прокладки 12 и 8 из листовой резины.

Звукоизлучение образца 10, изготовленного в виде плас­

тины размером 50 X 50 X 4 мм, вызывается ударом шара 20 по геометрическому центру пластины. Масса шара іщ выбрана с учетом условия [109]

т1 < 4,6р//г2,