Способ определения зон накопления структурных повреждений металлоконструкций при эксплуатации
METHOD OF DETERMINATION OF STRUCTURAL DAMAGE ACCUMULATION AREAS FOR METAL STRUCTURES DURING OPERATION

Изобретение относится к неразрушающим акустическим методам исследования физико-механических свойств изделий, в частности к оценке изменений прочностных свойств изделий в процессе эксплуатации. Оно предназначено для определения зон структурных изменений материала изделий, подвергнутых рабочим нагрузкам при эксплуатации.
Известен способ оценки структурной повреждаемости конструкционных сталей в условиях статического и циклического деформирования [1], позволяющий оценить структурную деградацию материала (степень охрупчивания, зарождение микротрещин и т.п.) путем исследования параметров акустической эмиссии (энергия, амплитудный и частотный спектры и др.) и кинетической твердости при их синхронном определении.
Известна также методика неразрушающего контроля состояния металла, сочетающая методы индентирования и акустической эмиссии [2], использующая в качестве основных параметров среднюю спектральную плотность дискретных сигналов АЭ и их распределение в координатах «энергия - медианная частота».
р
Наиболее близким к заявляемому решению является решение [3], в котором предусмотрено нагружение изделий индентором с регистрацией сигналов акустической эмиссии в процессе нагружения. Контроль свойств изделий осуществляют по энергетическому параметру К - скорости изменения плотности энергии при нагружении. Для этого регистрировали различные параметры сигналов акустической эмиссии с помощью аппаратуры, взаимодействующей с программируемой электронно-вычислительной машиной, в том числе регистрировали амплитуды импульсов и длительности огибающих импульсов акустической эмиссии и подвергали их машинному анализу в ЭВМ (по пакету программ).
Существенным недостатком указанных способов являются их дороговизна, связанная с необходимостью использования достаточно сложной аппаратуры, позволяющей регистрировать разнообразные параметры сигналов акустической эмиссии, а также с необходимостью приобретения или разработки соответствующего программного обеспечения для проведения анализа зарегистрированных параметров. Другим недостатком является то, что сложные приборы, как правило, имеют достаточные габариты и вес и не всегда удобны при обследовании сложных крупногабаритных конструкций в полевых условиях.
Следует отметить, что использование сложной дорогостоящей аппаратуры оправдано не всегда. Так, при оценке технического состояния сложных объектов в полевых условиях бывает необходимо оперативно определить наиболее опасные участки конструкции, которые в дальнейшем будут подвергнуты более детальному обследованию. Для решения этой задачи наиболее эффективно использовать достаточно простое и вследствие этого более компактное и также более дешевое оборудование, способное выполнить поставленную задачу.
Задачей изобретения является оперативное определение наиболее опасных участков конструкции, в которых, под действием эксплуатационных факторов, происходит накопление повреждений за счет протекания пластических деформаций.
Сущность изобретения заключается в том, что различные участки конструкции подвергают нагружению путем вдавливания индентора с одновременной регистрацией сигналов акустической эмиссии. О степени накопления структурных повреждений судят по интервалу времени от начала индентирования до начала регистрации сигналов акустической эмиссии.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен процесс проведения испытаний. На исследуемый участок конструкции 1 с использованием специальной смазки 2, предназначенной для обеспечения акустического контакта, устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии (ПАЭ) 3. В пределах зоны чувствительности ПАЭ производят вдавливание индентора 4 и регистрируют интервал времени от начала вдавливания до начала регистрации сигналов акустической эмиссии.
Сравнительный анализ показал, что заявляемое изобретение отличается от прототипа использованием следующего существенного признака: для оценки степени поврежденности металла используют значение времени от начала индентирования до начала регистрации сигналов акустической эмиссии.
Технический результат, на достижение которого направленно заявленное изобретение, заключается в упрощении процесса определения наиболее опасных участков конструкции, которые в процессе эксплуатации были подвергнуты пластической деформации и тем самым получили значительные структурные повреждения.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Из материала, идентичного материалу изделия, изготавливают образцы, которые подвергают деформированию различной степени. Затем на этих образцах производят испытания путем вдавливания индентора с регистрацией сигналов акустической эмиссии, по результатам которых строят зависимость времени от начала индентирования до начала регистрации сигналов акустической эмиссии от степени предварительной пластической деформации. Наличие такой зависимости подтверждается результатами испытаний, проведенных в ВА РВСН имени Петра Великого (см. приложение 1.) Пример зависимости представлен на фиг. 2, где с увеличением номера образца увеличивается степень его деформации.
После завершения лабораторных исследований переходят к испытаниям на объекте. Производят индентирование различных участков конструкции с регистрацией сигналов акустической эмиссии и по времени начала регистрации сигналов судят, в соответствии с тарировочным графиком, полученным на этапе предварительных исследований в лаборатории, судят о степени накопления структурных повреждений металла исследуемой конструкции.
Использование предлагаемого способа позволит определять наиболее опасные участки конструкции при ее техническом диагностировании.
Практическое применение способа позволит снизить себестоимость работ за счет использования более простой и, соответственно, более дешевой аппаратуры, а также повысит производительность работ за счет существенно меньших габаритов и веса простой аппаратуры при работе в полевых условиях.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Пенкин А.Г., Терентьев В.Ф., Маслов Л.Г. Оценка степени деградации механических свойств и остаточного ресурса работоспособности трубных сталей с использованием методов акустической эмиссии и кинетической твердости [Электронный ресурс]. 2004. URL: http://www.sds.ru/articles/degradation.
2. Мещеряков Д.Е. Разработка основ методики неразрушающего контроля состояния металла, сочетающей методы индентирования и акустической эмиссии: автореф. дис. … канд. физ. - мат. наук. Тольятти, 2009. - 23 с.
3. Пат. 2138039 Российская Федерация, МПК G01N 29/14, G01N 3/00. Способ контроля свойств и диагностики разрушения изделий / Семашко Н.А.; Мокрицкая Е.Б.; Мокрицкий Б.Я.; Филоненко С.Ф.; заявитель и патентообладатель Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет; Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН. - №98113759/28; заявл. 07.07.98; опубл. 20.09.99, Бюл. №26.