Способ контроля толщины изделия из стали

Авторы патента:

Клюшников Вячеслав Александрович (RU)

G01N29/07 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2695327:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) (RU)

Изобретение относится к ультразвуковой толщинометрии, дополненной измерениями магнитным методом. Способ заключается в том, что измеряют время распространения сдвиговой ультразвуковой волны и процентное содержание магнитной фазы в деформированном материале изделия из стали аустенитного класса и, используя предварительно полученные данные о скорости распространения ультразвуковой волны, процентном содержании магнитной фазы в неповрежденном материале изделия и коэффициенты, полученные при испытании тестовых образцов изделия, рассчитывают толщину деформированного материала. Достигается повышение точности контроля. 2 ил.

Изобретение относится к области исследования материалов путем измерения скорости распространения или времени распространения в них акустических волн с одновременным исследованием их магнитных параметров и позволяет с повышенной точностью определять толщину изделий из листовой стали аустенитного класса в процессе их эксплуатации и таким образом осуществлять контроль степени их изношенности.

При изготовлении элементов конструкции из сталей аустенитного класса, в процессе пластической обработки, а также при эксплуатации изделия, изготовленного из этого класса сталей, при упругопластическом и пластическом деформировании могут происходить фазовые превращения, которые заключаются в формировании магнитной мартенситной фазы, приводящие к изменению физико-механических свойств стали, в частности к изменению модулей упругости стали, плотности и скорости распространения в ней ультразвуковых волн.

Фазовые превращения аустенитной фазы при упругопластическом и пластическом деформировании заключаются в формировании магнитной мартенситной фазы.

Отсутствие учета влияния фазовых превращений на скорость распространения ультразвуковых сдвиговых волн приводит к существенной ошибке измерения толщины исследуемого материала, которая определяется, как правило, путем измерения времени распространения волн и расчета толщины с учетом предварительно измеренной скорости распространения сдвиговой ультразвуковой волны.

Наиболее близким к предлагаемому способу можно считать известный способ ультразвуковой толщинометрии, заключающийся в том, что в исследуемом материале находят время распространения ультразвуковой волны, используя одно- или многократно отраженные ультразвуковые импульсы, излучаемые перпендикулярно к поверхности материала, и по произведению найденного времени и скорости распространения, определяемой из таблиц или предварительно найденной на эталонных образцах, судят о толщине изделия [Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Ультразвуковой контроль. - В кн.: Неразрушающий контроль / Справочник // Под общ. ред. В.В. Клюева. Т.З. - М.: Машиностроение, 2004. - 864 с.].

Недостатком известного способа толщинометрии является низкая точность измерения толщины изделий, изготовленных из сталей аустенитного класса, подвергаемых упругопластическому или пластическому деформированию, в результате которого в материале изделия происходят фазовые изменения, влияющие на модули упругости и плотность материала изделия, которые, в свою очередь, связаны со скоростью распространения сдвиговых ультразвуковых волн.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности измерения толщины изделия из листовой стали аустенитного класса, подвергаемого деформации при изготовлении, монтаже и эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, как и в прототипе, определяют время распространения ультразвуковой волны в материале изделия.

Новым является то, что для изделия из листовой стали аустенитного класса дополнительно измеряют процентное содержание магнитной фазы в материале изделия, а толщину изделия после воздействия упругопластического или пластического деформирования определяют из соотношения:

h=t(V₀+k₁Ln(Ф-Ф₀)+k₂),

где h - толщина изделия после воздействия упругопластического или пластического деформирования, t - время распространения сдвиговой ультразвуковой волны в материале изделия после воздействия упругопластического или пластического деформирования, Ф -процентное содержание магнитной фазы в материале изделия после воздействия упругопластического или пластического деформирования, Ф₀ - процентное содержание магнитной фазы в недеформированном изделии, V₀ - скорость распространения сдвиговой ультразвуковой волны в недеформированном изделии, k₁ и k₂ - коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов из логарифмической зависимости, которой аппроксимируют полученные экспериментально значения зависимости изменения процентного содержания магнитной фазы ΔФ=Ф-Ф₀ в материале изделия от изменения скорости ультразвуковой сдвиговой волны ΔV=V₀-V в материале изделия, при испытании тестовых образцов изделий из указанной аустенитной стали, подвергаемых упругопластическому или пластическому деформированию. Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 приведена зависимость изменения процентного содержания магнитной фазы от изменения скорости распространения сдвиговой ультразвуковой волны в материале тестовых образцов.

На фиг. 2. представлены распределения по зонам толщин изделия из листовой стали аустенитного класса 12Х18Н10Т при значении его пластической деформации 20%, измеренных с помощью известного метода акустической толщинометрии h_a, предлагаемым способом h_Ф, и микрометром h_M.

Для проверки работоспособности предложенного способа было проведено испытание изделия, изготовленного из листовой стали аустенитного класса 12Х18Н10Т.

Недеформированные тестовые образцы изделий из упомянутой аустенитной стали размечали на зоны. В каждой зоне измеряли время распространения сдвиговой ультразвуковой волны с помощью эхо-импульсного метода, толщину образца микрометром и процентное содержание магнитной фазы многофункциональным вихретоковым прибором МВП-2М. Определили скорость распространения сдвиговой ультразвуковой волны V₀ в каждой зоне путем деления толщины тестового образца изделия в данной зоне на время распространения ультразвуковых сдвиговых волн в данной зоне.

Затем тестовые образцы изделий подвергали поэтапному пластическому деформированию при одноосном растяжении. После каждого этапа деформирования в каждой зоне повторяли измерения времени распространения сдвиговой ультразвуковой волны, процентного содержания магнитной фазы и толщины. Полученные время распространения сдвиговой ультразвуковой волны и толщина использовались для определения скорости распространения сдвиговой ультразвуковой волны V, которая также изменялась в процессе пластического деформирования. Абсолютная погрешность измерения времени распространения сдвиговых ультразвуковых волн составляет 2 нс. После разрушения тестовых образцов изделий (деформация при разрушении в среднем составила 50%) построили график зависимости изменения магнитной фазы ΔФ=Ф-Ф₀ от изменения скорости сдвиговой ультразвуковой волны ΔV=V₀-V в каждой зоне тестовых образцов изделий (см. фиг. 1).

Для аппроксимации функциональной взаимосвязи между изменением процентного содержания магнитной фазы и изменением скорости распространения сдвиговой ультразвуковой волны ΔV выбрали логарифмическую функцию с использованием натурального логарифма, которая наилучшим образом аппроксимирует полученные значения:

ΔV=k₁Ln(Ф-Ф₀)+k₂.

Рассчитали коэффициенты k₁ и k₂, используя метод наименьших квадратов. Для аустенитной стали 12Х18Н10Т k₁=-17 м/с и k₂=-22 м/с.

Для проверки способа рассчитали толщину исследуемого изделия с помощью известного метода акустической толщинометрии h_a, толщину предлагаемым способом h_Ф, и сравнили с толщиной h_M, измеренной микрометром. На фиг. 2. представлены распределения по зонам найденных толщин при значении пластической деформации изделия 20% (деформация при разрушении составила 50%).

Получили, что при использовании известного метода акустической толщинометрии абсолютная погрешность измерения толщины при начальном значении 6 мм достигает 0,1 мм. Абсолютная погрешность измерения толщины с помощью предлагаемого способа не превышает 0,01 мм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет точнее по сравнению с прототипом определять толщины изделий и элементов конструкций, изготовленных из листовых сталей аустенитного класса и подвергаемых деформированию на стадии изготовления, монтажа и эксплуатации, а следовательно, и точнее оценивать степень их поврежденности.

Способ контроля толщины изделия из листовой стали, в котором определяют время распространения ультразвуковой волны в материале изделия, отличающийся тем, что для изделия из листовой стали аустенитного класса дополнительно измеряют процентное содержание магнитной фазы в материале изделия, а толщину изделия после воздействия упругопластического или пластического деформирования определяют из соотношения:

h=t(V₀+k₁Ln(Ф-Ф₀)+k₂), где

h - толщина изделия после воздействия упругопластического или пластического деформирования,

t - время распространения сдвиговой ультразвуковой волны в материале изделии после воздействия упругопластического или пластического деформирования,

Ф - процентное содержание магнитной фазы в материале изделия после воздействия упругопластического или пластического деформирования,

Ф₀ - процентное содержание магнитной фазы в недеформированном изделии,

V₀ - скорость распространения сдвиговой ультразвуковой волны в недеформированном изделии,

k₁ и k₂ - коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов из логарифмической зависимости, которой аппроксимируют полученные экспериментально значения зависимости изменения процентного содержания магнитной фазы ΔФ=Ф-Ф₀в материале изделия от изменения скорости сдвиговой ультразвуковой волны ΔV=V₀-V в материале изделия, при испытании тестовых образцов изделий из указанной аустенитной стали, подвергаемых упругопластическому или пластическому деформированию.

Изобретение относится к области металлографических исследований и анализа материалов применительно к определению неоднородности распределения частиц дисперсных фаз в листовых металлах и сплавах.

Способ определения сурьмы и мышьяка в ферровольфраме и ферромолибдене // 2684730

Изобретение относится к аналитической химии при использовании метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Способ включает разложение анализируемой пробы при нагревании смесью концентрированных фтороводородной, хлороводородой и азотной кислот, взятых в объемном соотношении 5:15:5 соответственно, устранение мешающего влияния соединений вольфрама, молибдена и железа путем добавления к раствору, полученному при разложении пробы, 75-80 см3 уксусной кислоты и раствора ацетата свинца, взятого в мольном соотношении Pb2+/W6+(Mo6+)>1,l, соответственно, с последующим добавлением гидроокиси щелочного металла до достижения рН=4,4-4,6, отделение раствора фильтрацией и определение содержания мышьяка в отфильтрованном растворе методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой при длине волны 189,042 нм, а сурьмы - при длине волны 206,836 нм.

Погружной зонд для замера температуры и отбора пробы металлического и шлакового расплава в конвертере // 2683376

Изобретение относится к средствам измерения и касается устройств погружных зондов для замера температуры и отбора проб металлургических расплавов, в частности жидкой стали и сталеплавильного шлака.

Погружной зонд для замера температуры и отбора пробы металлического и шлакового расплава в конвертере // 2683376

Способ определения свинца (ii) в водных и биологических образцах // 2682162

Изобретение относится к способу определения свинца(II) в водных объектах окружающей среды и биологических образцах. Способ включает приготовление полимерной сенсорной пленки, которую помещают в испытуемый образец и по изменению цвета полимерной сенсорной пленки определяют наличие в нем свинца(II), количество которого определяют по калиброванной цветовой шкале, предварительно полученной из не менее 5-ти испытуемых образцов с известными концентрациями свинца.

Способ определения ртути в рыбе и рыбных продуктах // 2681650

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения ртути в рыбе и рыбных продуктах. Для этого гомогенизируют мясо рыбы или рыбных продуктов и помещают образец в смесь 1% раствора перманганата калия, азотной, хлорной и серной кислот, деионизированной воды в соотношении 1:10:10:50:200.

Способ оценки опасности биокоррозионных процессов подземных стальных сооружений // 2672193

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта, в частности к исследованиям биокоррозии в лабораторных и промысловых условиях на наружной поверхности трубопроводов и оценки биокоррозионной агрессивности почвогрунтов в зонах прокладки магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов (МНПП), учитывающего наиболее значимые факторы внешней среды, влияющие на формирование микробиоценоза.

Способ контроля проведения рекультивации на участках нарушенных земель // 2670455

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для мониторинга состояния нарушенных земель в районах освоения газовых месторождений Крайнего Севера. Для этого, после проведения рекультивации нарушенных земель, проводят комплексное исследование проб почвы рекультивированного и незагрязненного фонового участков.

Способ определения склонности к преждевременному разрушению твердых сплавов, используемых в качестве упрочняющих наплавок рабочих органов сельскохозяйственных машин // 2668691

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано для оценки склонности к преждевременному разрушению (трещиностойкости) деталей упрочненных деталей рабочих органов почвообрабатывающих машин.

Способ анализа поверхности разрыва детали турбомашины // 2668495

Изобретение относится к анализу поверхности разрыва или трещины металлической детали турбомашины. Представлен способ анализа поверхности разрыва или трещины металлической детали турбомашины, при котором указанная поверхность соответствует плоскости разрыва или плоскости трещинообразования перед открытием в лаборатории для треснувшей, но не разорванной детали, включающий по меньшей мере один из следующих этапов, на которых: а) определяют на поверхности положение и ориентацию граней спайности, чтобы идентифицировать зону начала разрыва или трещины и определить направление распространения этого разрыва или трещины, b) исследуют поверхность и выявляют зоны присутствия равноосных зерен и/или пластинчатых зерен, чтобы оценить температуру, при которой произошел разрыв или трещина, и с) сравнивают цвет или цвета побежалости поверхности с цветами побежалости образцов из альбома цветов побежалости, причем эти образцы выполнены из такого же материала, что и деталь, и были подвергнуты окисляющим термическим обработкам при заранее определенных температурах и в течение заранее определенного времени, чтобы оценить скорость распространения разрыва или трещины, при этом этапы а), b) и/или с) осуществляют в любом порядке.

Способ измерения частотной зависимости комплексного коэффициента отражения звука от поверхности с использованием шумового сигнала // 2695287

Изобретение относится к метрологии. Способ измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука заключается в расположении излучателя, исследуемой поверхности и приемника в гидроакустическом бассейне, возбуждении излучателя линейно частотно-модулированным сигналом с заданными параметрами, регистрации мгновенных значений тока в цепи излучателя и выходного напряжения приемника, определении комплексной частотной зависимости передаточного импеданса, подавлении в полученной зависимости осцилляций, обусловленных влиянием отраженных сигналов, скользящим комплексным взвешенным усреднением с использованием взвешивающих функций, получении комплексной частотной зависимости передаточного импеданса пары излучатель-приемник и зависимости, в которой сохранена осцилляция, обусловленная первым по времени прихода отражением, и подавлены осцилляции от второго и более поздних по времени прихода отражений, определении частотной зависимости комплексного коэффициента отражения с учетом временных задержек облучающего сигнала и сигнала, отраженного исследуемой поверхностью, и коэффициента пропускания пространственного фильтра, реализуемого обработкой скользящим комплексным взвешенным усреднением.

Контактная жидкость для ультразвуковой дефектоскопии // 2694721

Изобретение относится к области неразрушающего контроля с использованием контактной жидкости, которая применяется при низких температурах в железнодорожном транспорте.

Установка для автоматического ультразвукового контроля рельсов // 2692947

Данное устройство имеет отношение к области ультразвукового контроля материалов из металла и предназначено для контроля рельсов, прутков, квадратной заготовки и труб.

Способ определения предельного состояния материала магистральных газопроводов // 2691751

Использование: для определения предельного состояния материала магистральных газопроводов в процессе эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что предельное состояние конструкции определяют по отношению ударной вязкости материала конструкции к нормативной ударной вязкости или ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала.

Способ и измерительное устройство для определения удельных параметров для свойства газа // 2690099

Предложен способ и измерительное устройство для определения параметров качества газа, в котором газ или газовая смесь протекает как через ультразвуковой расходомер (4), так и через микротермический датчик (7), и первый используют для определения скорости звука и течения, а с помощью второго определяют теплопроводность и теплоемкость газа или газовой смеси.

Способ и устройство для возбуждения акустических колебаний в компактных, дискретных, влагонасыщенных и жидких средах // 2690077

Использование: для возбуждения акустических колебаний в компактных, дискретных, влагонасыщенных и жидких средах. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют термоциклическую обработку акустических волноводов в теплообменниках с помощью нагретой и охлажденной жидкости, при этом жидкость может быть представлена в виде суспензии с материалом гранул твердого теплоносителя со средним размером менее 0,5 мм, который подбирают схожим или инертным по химическому составу с материалом акустического волновода, но близким к нему по плотности.

Прибор неразрушающего контроля пароперегревательных труб из аустенитной стали с определением их полного и остаточного ресурса // 2690047

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Прибор содержит процессорный блок (ПБ) 10 с узлом определения полного и остаточного ресурса (УОР) 17 и с клеммными разъемами (КР) 11, 12 для подключения выносного ферритометрического наконечника (ВФН) 20 и выносного ультразвукового толщиномера (ВУЗТ) 30, клавиатуру 40 для ввода необходимых дополнительных величин, а также данных необходимых измерений штатными измерительными средствами электростанции и дисплей 50 для визуализации выходных данных.

Способ определения низкотемпературных свойств смесей углеводородов и нефтепродуктов // 2688580

Изобретение относится к исследованию низкотемпературных свойств нефтепродуктов путем пропускания через них ультразвуковых волн и может быть использовано для экспрессного контроля температуры застывания и текучести в аналитических лабораториях нефтехимических предприятий, университетов и научно-исследовательских центров.

Способ и устройство диагностики качества лазерного сварного шва // 2688032

Использование: для диагностики качества лазерного сварного шва, выполненного между двумя деталями из пластика. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют следующие этапы: а) измерение совокупности значений ослаблений ультразвука, характеризующих указанный лазерный сварной шов, посредством перемещения ультразвукового датчика вдоль указанного лазерного сварного шва; b) вычисление взвешенной ширины Lp указанного лазерного сварного шва на основании картины, отображающей совокупность значений ослабления ультразвука; c) сравнение указанной взвешенной ширины Lp с заранее определенной пороговой взвешенной шириной Ls, при этом сварной шов считается приемлемым, если значение Lp превышает или равно Ls.

Способ обнаружения и классификации сигнала в системах контроля // 2687177

Использование: для обнаружения и классификации сигнала в системах контроля. Сущность изобретения заключается в том, что обнаружение и классификация сигнала основаны на механизме обнаружения сигнала с использованием метода накопления и определения характеристик случайного сигнала, при этом сигнал после каждой итерации измеряется с помощью идентификационного тестера, получаемые оценки идентификационного параметра сравниваются с некоторым наперед заданным пороговым значением, при достижении которого итерации прекращаются.