Способ определения усталостной поврежденности местабильных аустенитных сталей

Авторы патента:

Курашкин Константин Владимирович (RU)

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 2779974:

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

Изобретение относится к способам исследования или анализа материалов и может быть использовано для оценки фактического состояния эксплуатируемых промышленных объектов и деталей машин, в частности для определения накопленных повреждений в оболочке ядерных энергетических установок, изготовленных из нержавеющих метастабильных сталей аустенитного класса, которые подвергаются циклически повторяющимся деформациям. Сущность: в контролируемой зоне изготовленного из метастабильной аустенитной стали элемента конструкции, подвергающегося циклически повторяющемуся нагружению, до начала и в процессе эксплуатации определяют количественное содержание деформационного мартенсита, в той же зоне возбуждают сдвиговые волны, поляризованные вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки, и определяют их временные задержки. Усталостную поврежденность Ψ в относительных единицах рассчитывают по формуле:

где а и b - коэффициенты, определяемые экспериментально, t₁ и t₂ - измеренные в процессе эксплуатации элемента временные задержки сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно, t₀₁ и t₀₂ - измеренные до эксплуатации элемента временные задержки сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно, Ф и Ф₀ - измеренное до и после эксплуатации элемента количественное содержание деформационного мартенсита соответственно. Технический результат: повышение точности определения усталостной поврежденности метастабильных аустенитных сталей. 2 ил.

Известен способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования, заключающийся в том, что определение времени задержки поверхностной волны производят на поверхности нового элемента, в зоне разрушения элемента и в контролируемой зоне эксплуатируемого элемента, а затем определяют критерий поврежденности эксплуатируемого элемента (см. Способ неразрушающего контроля поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования: патент на изобретение RU 2231057: G01N 29/20 / А.Н. Смирнов, Н.А. Хапонен; Автономная некоммерческая организация "Кузбасский центр сварки". - Заявка №2002112593; приор. 13.05.2002; публ. 20.06.2004, бюл. №17).

Недостатком указанного способа является то, что поверхностные волны чувствительны к геометрии поверхности (например, изменение радиуса кривизны), а также к микрогеометрии поверхности (шероховатости, волнистости). Эти характеристики поверхности могут меняться в процессе эксплуатации объекта и оказывать значительный эффект, тем самым влияя на точность измерений.

В качестве прототипа выбран способ оценки поврежденности материала конструкций, заключающийся в измерении времени задержки поверхностной, продольной и сдвиговых волн на поверхности нового элемента, в зоне разрушения элемента и в контролируемой зоне эксплуатируемого элемента (см. Способ оценки поврежденности материала конструкций: патент на изобретение RU 2507514: G01N 29/04 / А.А. Хлыбов, А.Л. Углов; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)". - Заявка №2012131725; приор. 24.07.2012; публ. 20.02.2014, бюл. №5).

Недостатком указанного способа является необходимость применения трех типов волн, что делает задачу трудоемкой. Так как в способе применяются поверхностные волны, он не лишен и предыдущего недостатка, описанного выше, хотя этот недостаток и минимизирован применением других типов волн.

Известно, что в метастабильных аустенитных сталях при силовом воздействии могут происходить фазовые превращения (часть исходного аустенита становится деформационным мартенситом). В указанных выше способах не учитывается влияние изменения фазового состава на параметры распространения поверхностной, продольной и сдвиговых волн, что является существенным недостатком и может значительно снизить точность определения поврежденности в метастабильных аустенитных сталях.

Предлагаемый способ позволяет избежать вышеперечисленных недостатков.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение точности определения поврежденности в метастабильных аустенитных сталях.

Способ поясняется следующими материалами.

На фиг. 1 приведены результаты расчетов значения изменения количественного содержания деформационного мартенсита Ф-Ф₀, разности отношения временных задержек t₂/t₁ и t₀₂/t₀₁ и поврежденности, соответствующей относительному числу циклов n/N, для образцов, использованных для вычисления коэффициентов а и b, и тестового образца, для которого рассчитывалась усталостная поврежденность Ψ; диапазон амплитуд деформаций цикла ε_a составлял 0,3÷0,7%.

На фиг. 2 приведена сравнительная диаграмма усталостной поврежденности ψ, рассчитанной по данным ультразвуковых и вихретоковых исследований, с поврежденностью, соответствующей относительному числу циклов n/N.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

До эксплуатации в контролируемой зоне изготовленного из метастабильной аустенитной стали элемента конструкции, подвергающегося циклически повторяющемуся нагружению, определяют количественное содержание деформационного мартенсита Ф₀. Затем в той же зоне возбуждают сдвиговые волны, поляризованные вдоль направления действия прикладываемой нагрузки, и определяют временную задержку t₀₁; возбуждают сдвиговые волны, поляризованные поперек направления действия прикладываемой нагрузки, и определяют временную задержку t₀₂.

Затем в процессе эксплуатации в той же зоне определяют количественное содержание деформационного мартенсита Ф, возбуждают сдвиговые волны, поляризованные вдоль направления действия прикладываемой нагрузки, и определяют временную задержку t₁; возбуждают сдвиговые волны, поляризованные поперек направления действия прикладываемой нагрузки, и определяют временную задержку t₂.

Усталостную поврежденность ψ в относительных единицах рассчитывают по формуле:

где ψ=0 - металл без повреждений, ψ=1 - появление усталостной трещины, а и b -коэффициенты, определяемые экспериментально.

Значение поврежденности, при котором объект должен выводиться из эксплуатации, устанавливается нормативными документами предприятия. В общем случае при достижении поврежденности значения 0,7 и выше эксплуатация объекта считается опасной. Пример применения.

Обучающий эксперимент для определения коэффициентов а и b проводился на образцах, вырезанных из листового проката метастабильной аустенитной стали марки 12Х18Н10Т. Каждый образец подвергался циклическому одноосному растяжению-сжатию с постоянной амплитудой деформации цикла ε_a до появления макротрещины. Диапазон амплитуд деформаций цикла составлял 0,3÷0,7%.

В контролируемой зоне до испытаний количественное содержание деформационного мартенсита Ф₀ измерялось вихретоковым прибором МВП-2М, временные задержки t₀₁ и t₀₂ сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно, измерялись с помощью акустической установки с ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователем PanametricsV157. Затем проводилось циклическое одноосное растяжение-сжатие образцов. Периодически испытания останавливались, и в той же зоне проводились исследования. Измерялось количественное содержание деформационного мартенсита Ф и временные задержки t₁ и t₂ сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно. Были рассчитаны значения изменения количественного содержания деформационного мартенсита Ф-Ф₀ и отношения временных задержек t₂/t₁ и t₀₂/t₀₁.

Результаты исследований приведены на фиг. 1.

На основе экспериментальных данных с помощью множественной линейной регрессии были определены параметры а и b. При расчете зависимой переменной являлась поврежденность, соответствующая относительному числу циклов n/N (n - текущее число циклов нагружения, N - циклическая долговечность), независимыми переменными являлись изменение количественного содержания деформационного мартенсита Ф-Ф₀ и изменение отношения временных задержек , свободный член отсутствовал. Значения коэффициентов составили: а=32, b=164,8.

Затем еще один изготовленный из той же стали образец, тестовый, подвергался циклическому одноосному растяжению-сжатию с постоянной амплитудой деформации цикла ε_a=0,3% до появления макротрещины. До испытаний в контролируемой зоне измерялось количественное содержание деформационного мартенсита Ф₀ и временные задержки t₀₁ и t₀₂ сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно. Периодически испытания останавливались, и в той же зоне измерялось количественное содержание деформационного мартенсита Ф и временные задержки t₁ и t₂ сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно. Рассчитывались Ф-Ф₀ и . С использованием ранее полученных значений коэффициентов а и b рассчитывалась усталостная поврежденность Результаты исследований тестового образца приведены на фиг. 1.

С целью верификации способа определения усталостной поврежденности метастабильных аустенитных сталей проведено сравнение усталостной поврежденности, рассчитанной по данным ультразвуковых и вихретоковых исследований, с поврежденностью, соответствующей относительному числу циклов n/N. Для наглядности на фиг. 2 приведена точечная диаграмма в координатах Ψ(n/N), прямая линия соответствует полному совпадению расчетной и экспериментальной поврежденности, т.е. = n/N. Полученное численное значение коэффициента корреляции между Ψ и n/N равно 0,99, что свидетельствует о высокой достоверности предлагаемого способа.

Способ определения усталостной поврежденности метастабильных аустенитных сталей, в котором в контролируемой зоне изготовленного из метастабильной аустенитной стали элемента конструкции, подвергающегося циклически повторяющемуся нагружению, до эксплуатации и в процессе эксплуатации производят измерение временной задержки сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки, отличающийся тем, что в той же контролируемой зоне до эксплуатации и в процессе эксплуатации дополнительно измеряют количественное содержание деформационного мартенсита и рассчитывают поврежденность, используя следующее выражение:

где а и b - коэффициенты, определяемые экспериментально, t₁ и t₂ - измеренные в процессе эксплуатации элемента конструкции временные задержки сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно, t₀₁ и t₀₂ - измеренные до эксплуатации элемента конструкции временные задержки сдвиговых волн, поляризованных вдоль и поперек направления действия прикладываемой нагрузки соответственно, Ф и Ф₀ - измеренное до и после эксплуатации элемента количественное содержание деформационного мартенсита соответственно.

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении сложнопрофильных керамических изделий типа обтекателей высокоскоростных летательных аппаратов различных классов. Предложен способ соединения керамического изделия с металлическим шпангоутом, включающий определение величины зазора между склеиваемыми поверхностями, нанесение слоя клеящего вещества на склеиваемые поверхности и установку на одну из этих поверхностей прокладок из затвердевшего клеящего вещества, соединение поверхностей и выдержку под давлением до полного высыхания клеящего вещества.

Способ диагностики технического состояния трубопровода путем анализа декремента модального затухания // 2778631

Использование: для диагностики технического состояния трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют генерирование механических колебаний в стенке трубопровода посредством инерциального резонатора и регистрацию колебаний трубопровода посредством пьезоэлектрического датчика, при этом инерциальным резонатором возбуждают резонансные колебания в стенке трубопровода, после чего при мгновенном отключении внешнего источника питания инерциального резонатора происходит дальнейшее вращение резонатора по инерции с замедлением частоты вращения при выбеге резонатора до полной остановки; во время выбега резонатора происходит непрерывная регистрация затухающих колебаний стенок трубопровода пьезоэлектрическим датчиком; записанный затухающий сигнал колебания стенок трубопровода разбивается на необходимое количество одинаковых временных интервалов, по каждому из которых формируется спектр для последующего сравнения полученных временных спектров на предмет перераспределения колебательной энергии в этих спектрах, при этом по декременту затухания каждой частоты судят о наличии и размерах дефекта; при этом критерием, определяющим необходимое количество одинаковых временных интервалов, является скорость затухания записанного сигнала: чем меньше скорость затухания сигнала, тем больше количество одинаковых временных интервалов; при этом величина одинаковых временных интервалов определяется частотой дискретизации технических средств.

Устройство для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов // 2778619

Использование: для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для мониторинга технического состояния металлоконструкций и трубопроводов содержит электронный блок, датчик для ультразвуковой диагностики объекта контроля, при этом корпус устройства выполнен в форме параллелепипеда со срезанными в задней части углами, на верхней, нижней и боковых стенках корпуса выполнены отверстия в форме прямоугольников, верхняя часть корпуса выполнена в форме крышки, которая крепится к корпусу с возможностью съема, на задней части корпуса выполнены отверстия прямоугольной формы, в которые установлены крышка аккумулятора и ниже крышка электронного блока, в центре передней части корпуса выполнено отверстие в форме круга, в которое установлен объектив LIDAR с встроенной видеокамерой, а по бокам от него выполнены отверстия меньшего диаметра, в которые установлены светодиоды, в центре нижней части установлен активный электромагнитно-акустический преобразователь, а по углам подвижные крепления, которые жестко соединены с приводом, и состоят из основного крепления, к которому крепится заглушка колеса и крышка для сервопривода, опорные колеса с неодимовыми магнитами, которые соединены с сервоприводами, которые установлены внутри корпуса, электронный блок включает в себя узел обработки и синтеза сигналов, выход которого соединен с входами накопителя и узла беспроводной связи, выход которого соединен с входом узла навигации, а вход узла обработки и синтеза сигналов электронного блока соединен с выходами LIDAR с встроенной видеокамерой, активный электромагнитно-акустический преобразователь, выходы сервопривода, активный электромагнитно-акустический преобразователь, LIDAR c встроенной видеокамерой, светодиодов и электронного блока соединены с входами аккумулятора.

Измерительный модуль дефектоскопа и его следящее шасси // 2778492

Группа изобретений относится к опорам аппаратов, а именно к шасси с колесами, для применения в качестве следящего устройства в сканерах неразрушающего контроля. Измерительный модуль дефектоскопа содержит искательную головку с дефектоскопным преобразователем, шасси и узлом поворота шасси.

Способ измерения коэффициента отражения звука от образца материала с плоской поверхностью // 2776616

Изобретение относится к испытаниям акустических свойств материалов и может быть использовано для измерения коэффициента отражения звука от образца материала в лабораторных условиях. Способ измерения заключается в том, что образец материала облучают тонально импульсным акустическим сигналом, последовательно устанавливая излучатель в узлах плоской решетки.

Способ автоматизированного ультразвукового термооптического неразрушающего контроля композитных материалов в труднодоступных зонах и устройство для его осуществления // 2776464

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ автоматизированного ультразвукового термооптического неразрушающего контроля изделий из композитных материалов включает ультразвуковое возбуждение температурного поля в области дефекта, регистрацию температурного поля и выявление дефектных областей путем сравнения величины температурного поля с пороговым уровнем.

Способ динамической корректировки чувствительности дефектоскопических средств при высокоскоростном контроле длинномерных объектов // 2774096

Использование: для динамической корректировки чувствительности дефектоскопических средств при высокоскоростном контроле длинномерных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют относительное перемещение дефектоскопического средства и контролируемого объекта в определенном диапазоне скоростей, выполняют периодическое излучение в контролируемый объект ультразвуковых зондирующих сигналов, осуществляют прием и регистрацию отраженных от однотипных конструктивных элементов объекта сигналов, измеряют их параметры, по которым корректируют чувствительность дефектоскопического средства, при этом измеряют текущую скорость контроля, предварительно формируют набор данных сигналов от конструктивных элементов на разных скоростях и чувствительностях контроля, на основе набора данных устанавливают зависимость между усредненными параметрами сигналов, чувствительностью и скоростью контроля, при выполнении рабочего контроля по измеренным при текущей скорости параметрам сигналов от конструктивных элементов вычисляют необходимую величину корректировки чувствительности дефектоскопического средства.

Обнаружение и количественное определение скоплений жидкости в трубопроводах для транспортировки углеводородного флюида // 2773626

Устройства создания давления и датчики давления можно применять для обнаружения и количественного определения скоплений жидкости в трубопроводах для транспортировки углеводородного флюида. Колебания давления можно обнаруживать посредством датчика давления, причем колебания давления возникают в ответ на вывод устройством создания давления сигнала давления в трубе для транспортировки углеводородов.

Способ и устройство измерения ритмических частот, мощности и длительности спадов участков нестационарности акустических сигналов // 2773261

Использование: для измерения ритмических частот, мощности и длительности спадов акустических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что из гильбертовской амплитудной огибающей путем фильтрации выделяются низкочастотные составляющие этой огибающей в виде акустических объектов (например, звуков, слов).

Способ диагностики бесплодия у коров // 2773099

Изобретение относится к ветеринарной медицине, в частности к ветеринарному акушерству и гинекологии. Способ диагностики бесплодия у коров включает определение непроходимости яйцепроводов путем введения в матку 0,5% раствора новокаина в количестве 250-300 мл при помощи трехканального катетера.