Теоретическое описание проблемы

При изготовлении сверхпроводящих магнитных систем во многих случаях требуются токонесущие элементы в виде кабелей, состоящих из единичных сверхпроводящих проводов (стрендов). Схематическое изображение различных токонесущих элементов представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. Схематическое изображение различных токонесущих элементов в виде: а - троса, б - плетёной ленты, в - шины

При изготовлении таких токонесущих элементов стренды претерпевают пластическую деформацию на изгиб. Поэтому в спецификациях на стренды вводятся требования, характеризующие способность этих единичных проводников выдерживать деформации, возникающие в процессе изготовления токонесущих элементов.

Кроме того, в ряде случаев при изготовлении магнитов, например для медицинских томографов, в которых токонесущим элементом является сам единичный проводник, для выявления скрытых дефектов в матрице или в волокнах конструкторы вводят в технические требования обязательное испытание проводника на острый изгиб.

Существует несколько методов, способных охарактеризовать прочностные и пластические свойства проволочных материалов. К ним относятся:

- испытания на растяжение,

- испытание на перегиб,

- испытание на скручивание,

- испытание на навивание,

- испытание на изгиб.

Ни одно из этих испытаний в полной мере не отражает деформационных процессов, происходящих в стрендах при изготовлении токонесущих элементов. Наиболее близко способность стрендов выдерживать эти деформации можно охарактеризовать последними двумя методами.

В мировой практике производства сверхпроводников применяют испытание стрендов на изгиб, причём в наиболее жёстком его варианте с изгибом на 180°, которое называют испытанием на острый изгиб.

Метод испытания на изгиб служит для определения способности металлических материалов выдерживать заданную пластическую деформацию при изгибе (ГОСТ 14019-2003).

Сущность метода испытания металлических материалов на изгиб заключается в пластической деформации образца круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения путем изгиба без изменения направления действия силы до достижения заданного угла изгиба. Изгиб образцов проводят с применением оправки. При изгибе на 180° две боковые поверхности могут, в зависимости от требований стандарта на металлопродукцию, быть параллельными, находясь одна от другой на заданном расстоянии, или соприкасаться друг с другом (рис. 2). Для контроля расстояния между боковыми поверхностями применяют прокладку. Толщина прокладки должна быть равна диаметру оправки.

Диаметр оправки определяется нормативными документами на металлопродукцию. При отсутствии указаний в нормативных документах на металлопродукцию диаметр оправки должен быть равен двум толщинам (диаметрам) образца.

а	б

Рисунок 2. Изображение испытания на изгиб:

а - до достижения параллельности сторон образца, отстоящих друг от друга на заданном расстоянии при действии усилия, б - до соприкосновения сторон образца при действии усилия.

Согласно ГОСТ 14019 результаты испытания на изгиб оценивают в соответствии с нормативными документами на металлопродукцию. Если таких указаний нет, то отсутствие трещин, видимых невооружённым глазом, служит доказательством того, что образец выдержал испытание на изгиб.

В ОАО «ВНИИНМ» в виде отраслевой инструкции разработана методика выполнения испытаний образцов сверхпроводников на изгиб (ОИ 001.731-2011). Методика соответствует общим положениям и отдельным требованиям ГОСТ 14019 и устанавливает правила подготовки образцов, требования к приспособлениям и средствам испытаний, правила проведения испытаний и оформления результатов испытаний. Настоящая лабораторная работа проводится в соответствии с этой отраслевой методикой.

Испытания образцов сверхпроводников на изгиб проводят на специальном приспособлении (рис. 3), как с применением оправки, так и без неё.

Рисунок 3. Приспособление для испытаний проволочных образцов на изгиб:

1 - основание; 2 - прижим; 3 - откидной вал; 4 - гайка-барашек; 5 - рычаг.

Оценка состояния волокон и поверхности стренда после изгиба может проводиться как невооружённым глазом, так и с применением оптических приборов в зависимости от требований нормативно технической документации на сверхпроводник. В лабораторной работе в качестве примера для оценки состояния волокон и поверхности сверхпроводников на основе ниобий-титанового сплава в медной матрице предлагается использовать стереомикроскоп SteREO Discovery V8 производства фирмы Carl Zeiss.

Рисунок 4. Стереомикроскоп SteREO Discovery V8

На рисунке 5 представлено изображение 43 206-волоконного стренда диаметром 0,8 мм на основе NbTi сплава после изгиба на пластину 1,5 мм, полученное с помощью стереомикроскопа SteREO Discovery V8.

а б

Рисунок 5. Вид стренда после испытания на острый изгиб:

а - вид изогнутого стренда, б - вид изогнутого стренда после удаления матрицы.

Дата добавления: 2015-07-08