УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ТРУБОПРОВОДА ПО МУЛЬТИФРАКТАЛЬНЫМ ПАРАМЕТРАМ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к области исследования механических свойств металла трубопровода.
Известны способы определения механических свойств металла, по которым исследуют образцы, вырезанные из определенных участков конструкции, что трудновыполнимо для действующих магистральных трубопроводов (RU 2082141, 2221231). В условиях эксплуатации более приемлемыми являются неразрушающие методы определения фактических характеристик материала трубопровода.
Известно устройство для определения пластической деформации металла в виде плоских образцов, которые доводят до разрушения под действием одноосных растягивающих напряжений и двухосного напряженного состояния. С помощью микроскопа определяют суммарную величину трещин в каждом конкретном случае разрушения. О величине пластической деформации металла судят по величине расстояния между частями треснувших включений (SU 888658). Данное устройство не позволяет определить степень пластической деформации при ее малых значениях.
Известно использование при диагностике усталостного разрушения металла квадратного образца с односторонним боковым надрезом. В качестве характерного размера структурных составляющих материала, соответствующего размеру пластической зоны в вершине усталостной трещины при ее развитии от очага разрушения до первой точки перегиба, определяют средний размер зерна материала детали в плоскости, параллельной плоскости развития трещины (SU 1744583). Однако данное устройство позволяет определить пластическую деформацию только в одной характерной точке (вершине усталостной трещины).
Наиболее близким техническим решением является устройство для испытания на растяжение, выполненное в виде прямоугольной пластины из металла идентичного контролируемому, содержащее захватные и рабочую части (ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение»). Однако величина деформации по продольной оси данного устройства не имеет закономерно меняющуюся зависимость, вследствие чего на нем невозможно установить соответствие между характером деформаций и мультифрактальными параметрами металлографической структуры.
Технической задачей данного изобретения является установление соотношения между величиной закономерно меняющейся деформации, определяющей остаточный ресурс трубопровода, и мультифрактальными параметрами металлографической структуры.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для оценки остаточного ресурса трубопровода по мультифрактальным параметрам структуры металла, выполненном в виде прямоугольной пластины из металла идентичного контролируемому, содержащем захватные и рабочую части, в рабочей части выполнены вырезы с радиусом R, симметрично расположенные относительно продольной оси, образующие перешеек, при этом радиус R и минимальная ширина перешейка определяются соотношением напряжений в точках на продольной оси, соответствующими пределу прочности в минимальном сечении перешейка и упругой деформации металла в начале выреза.
На фиг.1 представлен общий вид устройства.
Устройство содержит захватные 1 и рабочую 2 части с радиусными вырезами 3.
Устройство работает следующим образом.
Изготавливается устройство из материала, идентичного материалу трубопровода. Радиус R и минимальная ширина перешейка b определяются расчетным путем по соотношениям напряжений в точках на продольной оси, соответствующими пределу прочности в минимальном сечении перешейка и упругой деформации металла в начале выреза. После чего выполняются механические испытания на растяжение и определяется предел прочности металла. Вследствие того, что площадь сечения устройства к середине уменьшается, обратно пропорционально ему увеличивается напряжение растягивающей силы и деформации. В результате величина деформации увеличивается вдоль продольной оси от захватных частей 1 к середине работающей части 2 по заранее заданной зависимости.
По полученному значению предела прочности рассчитываются положения характерных точек с известными значениями деформаций. В этих характерных точках снимают изображение металлографической структуры, по которой рассчитываются значения мультифрактальных параметров: однородность и упорядоченность. Таким образом устанавливается зависимость между значениями мультифрактальных параметров (однородности и упорядоченности) и величиной деформации.
Далее в процессе оценки остаточного ресурса трубопровода производится съемка структуры металла на исследуемом участке и расчет его мультифрактальных параметров. По полученным мультифрактальным параметрам, используя установленные на устройстве зависимости, определяются величины деформации металла трубы, характеризующие остаточный ресурс. На основании полученных значений, применяя известные методики, выполняется расчет остаточного ресурса трубопровода.