Способ исследования деформаций и напряжений с помощью газоанализатора
METHOD FOR DEFORMATION AND STRESS ANALYSIS USING GAS ANALYSER

Изобретение относится к исследованию деформаций и напряжений и может быть использовано для исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений, а также в конструкциях опасных производственных объектов газо-, нефтехимической промышленности.
Изобретение относится к исследованию деформаций и напряжений с помощью анализов газа (газоанализатора) и метода хрупкого тензочувствительного покрытия (ХП).
Анализ газов, проводя согласно документов /ГОСТ Р 50759-95 «Анализаторы газов для контроля промышленных и транспортных выбросов. Общие технические условия», ГОСТ Р 50760-95 «Анализаторы газов и аэрозолей для контроля атмосферного воздуха. Общие технические условия»/.
Выбор покрытия и методика нанесения зависят от состояния исследуемой конструкции и условий ее испытания. Наносят тонкий слой покрытия, применительно к требуемым характеристикам тензопокрытия, выбирают режим нагружения. В хрупком пористом покрытии при деформации происходит высвобождение газа фреона из пористого покрытия (лопаются пузырьки). В зонах разрушения пузырьков производят локализацию мест, на которых может быть произведена оценка значений главных напряжений и деформаций. Анализируя образующиеся в хрупком покрытии картины зоны, из которых выходит газ фреон, можно оценить нагруженность различных зон исследуемой конструкции, установить направления действия главных напряжений и определить уровень этих напряжений.
Недостатком известного способа является то, что для хорошей видимости трещин необходима фотосъемка, определенное освещение, и если требуется заснять большой участок поверхности, покрытие предварительно обрабатывается проникающими красителями. Сама методика обработки данных очень трудоемка. Использование возможностей хрупких тензочувствительных покрытий ограничено необходимостью наличия покрытия, имеющего соответствующие свойства.
Основная задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, - это создание для оценки прочности и безопасности сложных технических систем хрупкого покрытия, безвредного для человека и окружающей среды. В тонком слое хрупкого покрытия при деформации наблюдается освобождение газа фреона, находящегося в пористом хрупком покрытии, в процессе ее нагружения. Анализируя количество и скорость освобождения фреона из пористого хрупкого покрытия, можно оценить не только нагруженность различных зон исследуемой конструкции, но и определить уровень этих напряжений с применением характеристик тензочувствительности хрупкого покрытия на очень ранней стадии нагруженности конструкций.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение, является разработка способа определения напряжений и деформаций с помощью пористых хрупких покрытий в сочетании с газоанализатором с учетом безопасного влияния на окружающую среду.
Это изобретение - хрупко-газоаналитический метод позволит на более ранних стадиях определять локальные повреждения металлических конструкций, контролировать образование возможных трещин.
При осуществлении технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении точности и оперативности за счет того, что перед анализом газа с помощью газоанализатора на исследуемую поверхность наносят слой пористого хрупкого покрытия, а также в снижении вредного воздействия на окружающую среду и повышении экологической безопасности способа. Нанесение хрупкого пористого тензочувствительного покрытия позволит повысить чувствительность контроля напряжения вследствие высвобождения фреона из пористого хрупкого покрытия (разрушения пузырьков). По наличию деформации покрытия определяют наличие дефектов. Оценка напряженно-деформированного состояния опасных объектов будет проводиться оперативнее. Предлагаемое техническое решение предусматривает дистанционное визуальное наблюдение за контролируемыми объектами.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений, с помощью хрупкого метода, предусматривающего проведение следующих действий: нанесение хрупкого пористого тензочувстительного покрытия на исследуемую поверхность детали, отверждение покрытия, установку газоанализатора, особенностью является то, что в качестве покрытия используют хрупкое пористое покрытие с фреоном, содержащее эпоксидную смолу, отвердитель ПЭП, газ фреон R-22 при следующем соотношении компонентов, мас. %: эпоксидная смола 65-84, отвердитель ПЭП 14-33, газ фреон R-22 2-10.
Полученная информация после обработки используется для выявления и локализации (местонахождения) возможных дефектов (трещин или зон пластической деформации) в деталях (конструкциях) при их разрушении, которые могут привести к катастрофе и человеческим жертвам. Кроме того, заявляемый способ является экологически чистым, и не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.
Определение деформаций и напряжений методом хрупких пористых тензочувствительных покрытий с использованием газоанализатора:
- возможность обнаружения и регистрации локальных развивающихся дефектов на очень ранних стадиях их образования и развития;
- выявление дефектов и наблюдение механизма образования и развития в рабочих условиях;
- контроль всего объекта в целом, используя один или несколько газоанализаторов, неподвижно установленных на поверхности объекта;
- проведение постоянного дистанционного мониторинга;
- моделирование возможных повреждений рабочих поверхностей деталей (конструкций).
Хрупкое пористое тензочувствительное покрытие позволит повысить чувствительность определения напряжения вследствие высвобождения фреона изпористого хрупкого покрытия, даст возможность обнаружить дефекты на ранних стадиях образования и развития, проводить постоянный дистанционный мониторинг за механизмом образования и развития дефектов в рабочих условиях, обеспечить контроль всего объекта в целом. Используя программное обеспечение, вся полученная информация отображается на мониторе в виде графического и текстового представления, что облегчает последующую обработку полученных данных.
Заявляемый способ был опробован на деталях, металлических образцах (длина - 280 мм, ширина - 60 мм, толщина - 2,0 мм).
Способ осуществляется следующим образом.
На поверхность исследуемой детали нанесли тонкий слой хрупкого пористого тензочувствительного покрытия с фреоном. Использовали покрытие на основе смеси, содержащей эпоксидную смолу, отвердитель ПЭП, газ фреон R-22 при следующем соотношении компонентов, мас. %: эпоксидная смола 65-84, отвердитель ПЭП 14-33, газ фреон R-22 2-10.
Данный состав смешивается при нормальных условиях в весовых частях. Последовательность приготовления хрупкого пористого покрытия с фреоном: отмеряется необходимое количество эпоксидной смолы, затем, перемешивая, добавляется требуемое количество отвердителя ПЭП. Затем при помешивании в данный состав через специальное устройство вводится газ фреон. После образования густой консистенции состав наносится на образец.
Технология приготовления покрытия проста. Приготовленная смесь используется сразу же, при помощи лакового нанесения. Покрытие отверждается при температуре 0-35°С, влажности 0-85%. Изменение условий влияет лишь на скорость отверждения. Для нанесения покрытия на образцы используется штапель.
Тарировочные испытания проводились при температуре воздуха 5, 10, 15, 25°С, влажности 18-70%.
Для нанесения покрытия на образцы - сталь 3 использовался штапель. При тарировочных испытаниях образец нагружали консольно на конце.
После отверждения покрытия устанавливают газоанализатор /Паспорт. Течеискатель Infocon tek 750/. Устанавливают датчики на исследуемой детали к предполагаемому месту прогиба и в местах образования деформаций.
Проводят процесс нагружения исследуемой детали, испытание на прогиб путем закрепления конца детали. Вследствие треска хрупкого пористого тензочувствительного покрытия с фреоном в момент нагружения в местах деформаций и напряжений происходит высвобождение фреона из пористого хрупкого покрытия, газоанализатор издает звуковой сигнал о наличии газа на поверхности.
В хрупко-акустическом методе при нагружении детали начинает работать само покрытие. Благодаря своим свойствам покрытие издает треск, происходит высвобождение фреона из пористого хрупкого покрытия, которое улавливается газоанализатором, проводится локация дефектов на участке исследуемой детали, где появился сигнал и наблюдается деформация металлической конструкции.
Хрупкое пористое тензочуствительное покрытие с фреоном предшествует появлению дефекта, т.е. в месте образования деформации или трещины за счет высвобождения фреона из пористого хрупкого покрытия и треска покрытия появляется сигнал от газоанализатора на несколько порядков раньше, чем бы он появился на исследуемой детали классического хрупкого покрытия. В зонах уже существующих деформаций и дефектов покрытие указывает на степень опасности. Таким образом, хрупкое пористое тензочуствительное покрытие с фреоном повышает чувствительность проведения контроля.
При нанесении хрупкого пористого тензочувствительного покрытия с фреоном на сильноповрежденную деталь (конструкцию) большой площади при невысоких безопасных уровнях нагрузки выявляются зоны повреждения. При дистанционном наблюдении на мониторе появляются сигналы от газоанализатора, характеризующие дефекты по степени опасности. Это позволяет проводить постоянный контроль на стадии образования и разрушения детали (конструкции). Хрупкое пористое тензочувствительное покрытие с фреоном можно использовать на любых инженерных сооружениях и опасных производственных объектах.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает определение общих и локальных упругопластических деформаций и дефектов на всех стадиях их образования и развития, дает оценку существующим дефектам и осуществляет мониторинг за сигналами контролируемых объектов металлических конструкций - резервуаров и сосудов давления, трубопроводов, буровых платформ, атомных и химических реакторов и других инженерных сооружений, а также обеспечивает безопасность проведения постоянного мониторинга неразрушающего контроля и технического состояния опасных объектов и безопасность окружающей среды.