Способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением

Авторы патента:

Соловов Сергей Николаевич (RU)

Панкин Дмитрий Анатольевич (RU)

Чмыхало Александр Игоревич (RU)

Шевченко Виталий Анатольевич (RU)

G01N29/14 - с использованием акустической эмиссии (G01N 29/06 имеет преимущество)

G01N29/046 - 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)

F16B31/04 - для поддержания постоянной величины нагрузки

E04B1/38 - средства соединения строительных конструкций вообще

Владельцы патента RU 2760546:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ (RU)

Изобретение относится к области соединения деталей несущих и ограждающих конструкций. Технический результат заключается в возможности применения сплошного контроля болтов в процессе выполнения болтовых соединений за возможным ростом трещин. Способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением заключается в том, что болтовое соединение подготавливают и собирают на болт с использованием смазки для обеспечения акустического контакта, устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии, а затем производят затяжку болтов, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии судят о качестве болтового соединения, согласно изобретению с помощью нагружающего устройства подают на болт испытательную нагрузку, на 5-10% превышающую заданное усилие натяжения, делают выдержку, в течение которой производят регистрацию сигналов акустической эмиссии, снижают нагрузку до требуемого усилия затяжки и фиксируют болтовое соединение гайкой, затягивая ее до тех пор, пока нагрузка, фиксируемая нагружающим устройством, не начнет снижаться. 4 ил.

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций, в частности, к выполнению монтажных соединений на болтах с контролируемым натяжением. Оно предназначено для выполнения болтовых соединений с одновременным контролем качества каждого болта.

Известен способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением [1], который заключается в том, что болтовое соединение подготавливают и собирают в соответствии с действующей документацией, а, затем, производят затяжку болтов. Заданное проектом натяжение болтов обеспечивают затяжкой гайки или вращением головки болта до расчетного момента закручивания, либо поворотом гайки на определенный угол, либо другим способом, гарантирующим получение заданного усилия натяжения.

Существенным недостатком этого способа является отсутствие сплошного контроля качества болтового соединения, что, в ряде случаев, может привести к выходу болтового соединения из строя. Так, например, при возведении одного из высотных зданий комплекса "Москва-Сити" наблюдались случаи разрушения высокопрочных болтов в течение 3…30 дней с момента установки в проектное положение [2]. Такое разрушение происходит вследствие замедленного распространения трещины под действием статических нагрузок от затяжки болта.

Известен способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением [3], который заключается в том, что болтовое соединение подготавливают и собирают, а, затем, производят затяжку болтов, при которой заданное проектом натяжение болтов обеспечивают затяжкой гайки или вращением головки болта до расчетного момента закручивания, либо поворотом гайки на определенный угол, либо другим способом, гарантирующим получение заданного усилия натяжения, отличающийся тем, что, перед окончательной затяжкой на болт, с использованием специальной смазки для обеспечения акустического контакта, устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии, регистрируют сигналы акустической эмиссии в процессе и определенное время после окончательной затяжки, и, по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии, судят о качестве болтового соединения.

Существенным недостатком данного способа является то, что, проверка качества болта методом акустической эмиссии при заданном усилии натяжения, т.е. при рабочей нагрузке, в то время как в соответствии с руководящими документами [4, 5], для надежного выявления дефектов методом акустической эмиссии необходимо проводить контроль при испытательной нагрузке, которая должна превышать рабочую нагрузку не менее, чем на 5%-10%.

Сущность изобретения заключается в том, что для регистрации факта замедленного распространения трещины после затяжки болта используют такое явление, как акустическая эмиссия, т.е. регистрируют акустические колебания, возникающие в области вершины трещины при ее продвижении. Для регистрации сигналов акустической эмиссии на болтовое соединение перед затяжкой устанавливают специальный датчик - преобразователь сигналов акустической эмиссии (ПАЭ). Процесс затяжки разделяют на две стадии. На первой стадии в теле болта создают испытательные нагрузки на 5%-10% превышающие рабочие, делают выдержку, во время которой регистрируют сигналы акустической эмиссии. Если в процессе нагружения будет инициирован процесс замедленного распространения трещины, то возникающие вследствие этого сигналы акустической эмиссии могут быть зарегистрированы и распознаны, а болтовое соединение своевременно отбраковано. На второй стадии нагрузку на болт снижают до требуемого усилия натяжения и фиксируют гайкой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено болтовое соединение, где скрепляемые детали 1 собраны с помощью болта 2 и гайки 3, на свободный конец болта установлено нагружающее устройство 4, а на смазку 5, обеспечивающую акустический контакт, установлен ПАЭ 6, служащий для контроля отсутствия роста трещины.

После предварительной сборки соединения с помощью нагружающего устройства 4 на болт подают испытательную нагрузку на 5%-10% превышающую заданное усилие натяжения. При этом болт деформируется, как показано на фиг.2. При этой нагрузке производят выдержку, во время которой производят регистрацию сигналов акустической эмиссии. Длительность выдержки зависит от величины инкубационного периода для данного материала, во время которого роста трещины не происходит. Ее определяют во время предварительных испытаний материала болтов на трещиностойкость.

Если характер сигналов акустической эмиссии свидетельствует о распространении дефекта, то болт бракуют и заменяют на новый. Если дефектов не выявлено, нагрузку на болт снижают до требуемого усилия затяжки и фиксируют болтовое соединение гайкой 3, как показано на фиг.3, затягивая ее до тех пор, пока нагрузка, фиксируемая нагружающим устройством 4, не начнет снижаться.

После этого нагружающее устройство 4 и ПАЭ 6 снимают, с болта убирают остатки специальной смазки 5, получая готовое к эксплуатации болтовое соединение, представленное на фиг.4.

Сравнительный анализ показал, что заявляемое изобретение отличается от прототипа использованием следующих существенных признаков: контроль отсутствия замедленного разрушения болта осуществляют путем оценки сигналов акустической эмиссии при испытательных нагрузках, на 5%-10% превышающих заданное усилие натяжения; для создания испытательных нагрузок и более точного обеспечения заданного усилия натяжения используется специальное нагружающее устройство.

Технический результат, на достижение которого направленно заявленное изобретение, заключается в сплошном контроле каждого болта в болтовом соединении путем проведения контроля за ростом возможным ростом трещины с помощью регистрации сигналов акустической эмиссии при создании испытательных нагрузок на 5%-10% превышающих заданное усилие натяжения.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Скрепляемые детали 1 собирают с помощью болта 2 и гайки 3. На свободный конец болта установлено нагружающее устройство 4, а на смазку 5, обеспечивающую акустический контакт, установлен ПАЭ 6, служащий для контроля отсутствия роста трещины.

После предварительной сборки соединения с помощью нагружающего устройства 4 на болт подают испытательную нагрузку на 5%-10% превышающую заданное усилие натяжения. При этой нагрузке производят выдержку, во время которой производят регистрацию сигналов акустической эмиссии. По характеру сигналов акустической эмиссии судят о годности болта. Если дефектов не выявлено, нагрузку на болт снижают до требуемого усилия затяжки и фиксируют болтовое соединение гайкой 3, затягивая ее до тех пор, пока нагрузка, фиксируемая нагружающим устройством 4, не начнет снижаться.

После этого нагружающее устройство 4 и ПАЭ 6 снимают, с болта убирают остатки специальной смазки 5, получая готовое к эксплуатации болтовое соединение.

Использование предлагаемого способа позволит обеспечить сплошной контроль болтов монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением.

Практическое применение способа позволит повысить безопасность эксплуатации объектов, элементы конструкции которых соединены с использованием высокопрочных болтов.

Способ выполнения монтажных соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением, заключающийся в том, что болтовое соединение подготавливают и собирают на болт с использованием смазки для обеспечения акустического контакта, устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии, а затем производят затяжку болтов, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии судят о качестве болтового соединения, отличающийся тем, что с помощью нагружающего устройства подают на болт испытательную нагрузку, на 5-10% превышающую заданное усилие натяжения, делают выдержку, в течение которой производят регистрацию сигналов акустической эмиссии, снижают нагрузку до требуемого усилия затяжки и фиксируют болтовое соединение гайкой, затягивая ее до тех пор, пока нагрузка, фиксируемая нагружающим устройством, не начнет снижаться.

Использование: для контроля силовых элементов конструкций посредством акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкций состоит из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, устройство отображения информации; параллельно соединенные: блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации, при этом дополнительно введены последовательно соединенные блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии, элемент сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии, регулятора угла установки преобразователя акустической эмиссии, а также на преобразователь акустической эмиссии установлен датчик угла его установки.

Приемо-преобразовательный модуль многоканального комплекса диагностики оборудовани // 2758482

Изобретение относиться к области технической диагностики и может быть использовано для диагностики технического состояния подшипниковых узлов качения и скольжения в составе многоканальных стационарных систем. Приемо-преобразовательный модуль содержит корпус, внутри которого расположены преобразователь акустико-эмиссионных сигналов (ПАЭС), блок преобразования аналоговых сигналов в цифровые (БПАСЦ), блок питания (БП), а также блок управления и обработки информации (БУОИ), соединенный с интерфейсным блоком USB (USB) и/или с модулем беспроводной связи (МБС).

Способ неразрушающего контроля прочности оптического волокна // 2758340

Использование: для неразрушающего контроля прочности оптического волокна. Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом волокне создают напряжение с помощью источника акустического воздействия, расположенного вблизи оптического волокна, это же оптическое волокно с подключенной к нему измерительной системой используют как распределенный акустический датчик, с помощью которого регистрируют акустической сигнал в зоне акустического воздействия, по результатам обработки данного сигнала выделяют сигнал акустической эмиссии и сигнал акустического воздействия, причем при одних и тех же условиях измерения предварительно выполняют для образцового оптического волокна, прочность которого известна, а затем для контролируемого оптического волокна, после чего рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна, при этом напряжение в оптическом волокне создают источником акустического воздействия, работающим на одной частоте, при обработке регистрируемого сигнала выделяют из него сигнал нелинейной акустической эмиссии на гармониках частоты источника акустического воздействия и рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна по определенной формуле.

Способы и устройство для проверки работы акустико-эмиссионных датчиков // 2757063

Использование: для проверки работы акустико-эмиссионного датчика. Сущность изобретения заключается в том, что генерируют акустический сигнал источником акустических волн, который акустически связан с устройством управления технологическим процессом, причем источник акустических волн содержит по меньшей мере один из числа двигателя постоянного тока и двигателя для передачи тактильных ощущений; измеряют акустический сигнал акустико-эмиссионным датчиком, функционально связанным с устройством управления технологическим процессом, при этом акустический сигнал сгенерирован источником акустических волн; и определяют с помощью процессора рабочее состояния акустико-эмиссионного датчика на основании сравнения измеренного акустического сигнала с базовым акустическим сигналом.

Способ диагностики технического состояния экипажной части локомотива // 2757005

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, моторно-осевых подшипников и других подвижных нагруженных узлов экипажной части локомотивов железных дорог. Способ диагностики технического состояния узлов экипажной части локомотива, представляющих собой подшипниковый узел и/или зубчатую передачу заключается в осуществлении непрерывного измерения значений сигналов акустической эмиссии в процессе эксплуатации локомотива при его эксплуатационных нагрузках в режиме реального времени с помощью акустико-эмиссионного датчика (1), установленного на корпусе каждого диагностируемого узла экипажной части локомотива.

Способ диагностики технического состояния пассажирского вагона // 2757004

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, генераторов, вспомогательных приводов экипажной части пассажирских вагонов, вращающихся частей систем вентиляции, отопления и кондиционирования, а также других подвижных нагруженных узлов пассажирских вагонов железных дорог.

Система и способ эксплуатационного контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования // 2752287

Использование: для контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что система эксплуатационного контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования, регистрирующая сигналы акустической эмиссии, полученные с датчиков, установленных на подшипниковый узел, содержит аналого-цифровой преобразователь для подключения к одному из датчиков акустической эмиссии через мультиплексор, периодически опрашивающий датчики акустической эмиссии, энергонезависимую память, а также микропроцессор и канал передачи данных для синхронизации с интегральной матрицей состояния оборудования, программно-сопряженные между собой и реализованные на программируемой логической интегральной схеме, причём микропроцессор формирует огибающую обнаруженного датчиком сигнала акустической эмиссии, выполняет частотное преобразование Хартли, разложение сигнала по Гильберту и регистрацию длительности, величины и количества пиков для выявления циклических закономерностей и определения размера и характеристик дефектов в подшипнике.

Многоканальная волоконно-оптическая система детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии // 2752133

Использование: для детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии посредством волоконно-оптической системы. Сущность изобретения заключается в том, что волоконно-оптическая система детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии содержит два лазерных диода, подключенных к мультиплексору DWDM, выход которого подключен к оптоволоконному делителю, каждый выход которого подключен к первому порту оптического циркулятора, а ко второму порту указанного циркулятора подключен волоконно-оптический датчик, представляющий собой волоконный интерферометр, выход оптического циркулятора подключен к DWDM демультиплексору, выходы указанного демультиплексора соединены с входами двух оптоволоконных фотоприемников, причем рабочие длины волн лазерных диодов выбираются так, чтобы разность их значений составляла не менее одного периода стандартной сетки частот DWDM, при этом разность длин плеч интерферометра подбирается таким образом, чтобы при воздействии на него гармонических механических колебаний в рабочем диапазоне частот разность фаз сигналов напряжения на выходах оптоволоконных фотоприемников составляла π/2.

Акустико-эмиссионные датчики со встроенными акустическими генераторами // 2751557

Использование: для неразрушающего акустико-эмиссионного контроля. Сущность изобретения заключается в том, что устройство акустико-эмиссионного датчика со встроенным акустическим генератором, содержит акустический приемник; акустический генератор, расположенный рядом с акустическим приемником; корпус, акустический генератор и акустический приемник, расположенные в корпусе; закрепляющий состав в корпусе, чтобы по меньшей мере частично герметизировать акустический генератор и акустический приемник; и износостойкую пластину, находящуюся в акустической связи с акустическим приемником и с акустическим генератором, при этом износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии во время испытания от акустического генератора к акустическому приемнику через конструкцию, с которой соединена износостойкая пластина, и при этом износостойкая пластина содержит первую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора к акустическому приемнику через износостойкую пластину, причем акустический генератор содержит вторую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора в закрепляющий состав внутри корпуса.

Способ оценки износостойкости тонкослойных керамических покрытий с применением метода акустической эмиссии // 2751459

Использование: для оценки износостойкости тонкослойных керамических покрытий с применением метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют трение между стальным контртелом и испытываемым тонкослойным керамическим покрытием, отличие заключается в том, что при помощи индентора на покрытии формируют две дорожки трения - экспериментально оцениваемая и калибровочная, при формировании дорожек трения фиксируют акустическую эмиссию, вычисляют коэффициент пропорциональности, соответствующий данному конкретному материалу покрытия, вычисляют массу изношенного материала экспериментальной дорожки трения, ее среднюю глубину и изношенный объем при отсутствии разрушения покрытия, определяют относительную износостойкость покрытия.

Способ ультразвукового неразрушающего контроля качества изделий из стеклопластиков // 2760512

Использование: для ультразвукового неразрушающего контроля качества изделий из стеклопластиков. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют излучение импульсов ультразвуковых колебаний излучателем, прием импульсов, прошедших в изделии, приемником, измерение скорости их распространения, при этом измерение скорости (С) продольных ультразвуковых волн, распространяющихся по нормали к плоскости армирования стеклопластика, проводят с шагом от 5 до 100 мм вдоль выбранного направления сканирования на частоте от 1 до 20 МГц с помощью одного пьезоэлектрического преобразователя или двух пьезоэлектрических преобразователей, соосно расположенных с противоположных сторон стенки контролируемого изделия, после чего осуществляют построение распределения скорости продольных ультразвуковых волн вдоль направления сканирования – ультразвуковой профиль изделия, проводят анализ ультразвукового профиля и вычисляют приращение скорости (ΔC) продольных ультразвуковых волн вдоль направления сканирования по заданному математическому выражению, после чего определяют величину максимального приращения скорости продольных ультразвуковых волн ΔCМАКС и проводят оценку качества изделия путем сравнения величины максимального приращения скорости продольных ультразвуковых волн ΔCМАКС с заданным пороговым значением.