СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ ТРЕЩИНЫ ЭЛЕКТРОПОТЕНЦИАЛЬНЫМ МЕТОДОМ Российский патент 2014 года по МПК G01N27/20 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения глубины поверхностных трещин.

Известен способ измерения глубины поверхностных трещин электропотенциальным методом, заключающийся в том, что электропотенциальный преобразователь, состоящий из размещенных на одной линии симметрично относительно центра двух токовых электродов и расположенных между ними симметрично относительно центра двух потенциальных электродов, устанавливают на бездефектном участке контролируемого объекта, пропускают через него электрический ток I и измеряют напряжение U₀ между потенциальными электродами, затем устанавливают электроды электропотенциального преобразователя на линии, перпендикулярной к следу трещины на поверхности, симметрично относительно него, пропускают электрический ток I и измеряют напряжение U_r между потенциальными электродами, вычисляют относительное изменение напряжения (U_r-U₀)/U₀ на дефектном участке и по нему судят о глубине h поверхностной трещины, используя зависимости h=h[(U_r-U₀)/U₀], предварительно полученные для плоских образцов с трещинами известной глубины [1].

Известный способ не позволяет достоверно оценивать глубину поверхностных трещин на цилиндрических вогнутых и выпуклых поверхностях, так как трещины одинаковой глубины дают различные значения (U_r-U₀)/U₀ при изменении кривизны поверхности.

Наиболее близок к предложенному принятый за прототип способ измерения глубины трещины электропотенциальным методом на участках с цилиндрической формой поверхности, заключающийся в том, что измеряют кривизну поверхности на контролируемом участке с трещиной, устанавливают на нем симметрично относительно трещины электропотенциальный преобразователь, состоящий из размещенных на одной линии двух токовых и двух потенциальных электродов, создают с помощью токовых электродов ток по линии, перпендикулярной к следу трещины на поверхности, измеряют напряжение U_r между потенциальными электродами, выбирают бездефектный участок контролируемого объекта, имеющий такую же кривизну поверхности, что и на контролируемом участке с трещиной, устанавливают на выбранном участке электропотенциальный преобразователь с ориентацией, соответствующей его ориентации при установке на участке с трещиной, измеряют напряжение U₀ между потенциальными электродами, вычисляют относительное изменение напряжения (U_r-U₀)/U₀ на дефектном участке и по нему судят о глубине h поверхностной трещины, используя зависимости h=h(U_r-U₀)/U₀, предварительно полученные для образцов с такой же кривизной поверхности, что и на контролируемом участке и с трещинами известной глубины и соответствующей ориентацией [2].

Недостаток известного способа - повышенная трудоемкость, связанная с необходимостью измерения кривизны поверхности с помощью дополнительных измерительных средств. Это особенно неудобно при измерении глубины трещин в объектах с переменной кривизной поверхности, например, на поверхности лопаток паровых турбин.

Цель изобретения - снижение трудоемкости измерений.

Поставленная цель в способе измерения глубины трещины электропотенциальным методом на участках с цилиндрической формой поверхности, заключающемся в том, что устанавливают на участке с трещиной электропотенциальный преобразователь, состоящий из двух токовых и двух потенциальных электродов по линии, перпендикулярной к следу трещины на поверхности, симметрично относительно него, пропускают электрический ток I и измеряют напряжение U_r между потенциальными электродами, выбирают бездефектный участок контролируемого объекта, имеющий такую же форму поверхности, что и на контролируемом участке с трещиной, устанавливают электропотенциальный преобразователь на выбранном участке с ориентацией, соответствующей ориентации на участке с трещиной, измеряют напряжение U₀₁ между потенциальными электродами, вычисляют относительное изменение напряжения (U_r-U₀₁)/U₀₁ на дефектном участке и используют его для определения глубины трещины, отличающийся тем, что повторно устанавливают электропотенциальный преобразователь на бездефектном участке в направлении ортогональном первой установке, измеряют напряжение U₀₂ между потенциальными электродами, а о глубине трещины судят по относительному изменению напряжения (U_r-U₀₁)/U₀₁ на дефектном участке и отношению U₀₁/U₀₂, используя градуировочные зависимости h=h[(U_r-U₀₁)/U₀₁, U₀₁/U₀₂], предварительно полученным для цилиндрических объектов с различной кривизной поверхности и с трещинами известной глубины.

На фиг.1 приведена схема контроля для реализации заявляемого способа применительно к измерению глубины продольной трещины.

На фиг.2 приведена зависимость отношения напряжений U₀₁ и U₀₂, полученных при установке электропотенциального преобразователя, соответственно, вдоль и поперек оси цилиндрических объектов с различной кривизной поверхности.

На фиг.3 приведены градуировочные зависимости h=h[(U_r-U₀₁)/U₀₁, U₀₁/U₀₂], предварительно полученные для цилиндрических объектов с различной кривизной поверхности и с продольными трещинами известной глубины h.

На фиг.4 приведена схема контроля для реализации заявляемого способа применительно к измерению глубины поперечной трещины.

На фиг.5 приведены градуировочные зависимости h=h[(U_r-U₀₁)/U₀₁, U₀₁/U₀₂], предварительно полученные для цилиндрических объектов с различной кривизной поверхности и с продольными трещинами известной глубины h.

Предложенный способ реализуется при измерении глубины продольной трещины с помощью схемы контроля, приведенной на фиг.1. На ней показан электропотенциальный преобразователь 1, состоящий из двух токовых электродов 2.1, 2.2 и двух потенциальных электродов 3.1, 3.2, а также источник 4 постоянного тока, соединенный выходом с токовыми электродами 2.1, 2.2, и блок 5 измерения и обработки информации, соединенный своим входом с потенциальными электродами 3.1, 3.2.

Способ реализуется следующим образом. Электропотенциальный преобразователь 1 устанавливают на дефектном участке контролируемого объекта 6 с трещиной 7 по линии, перпендикулярной к следу трещины 7 на поверхности, симметрично относительно него. С помощью источника 4 тока и токовых электродов 2.1, 2.2 пропускают электрический ток I через дефектный участок. Используя блок 5 измерения и обработки информации, измеряют напряжение U_r между потенциальными электродами и запоминают его величину. Затем выбирают бездефектный участок контролируемого объекта 6, имеющий такую же форму поверхности, что и на дефектном участке, устанавливают электропотенциальный преобразователь 1 на выбранном участке с ориентацией, соответствующей ориентации на участке с трещиной 7. В данном случае для этого электроды 2.1, 2.2, 3.1 и 3.2 устанавливают вдоль оси объекта 6. С помощью источника 4 тока и токовых электродов 2.1, 2.2 пропускают электрический ток I через бездефектный участок. Используя блок 5 измерения и обработки информации, измеряют напряжение U₀₁ между потенциальными электродами 3.1, 3.2 и запоминают его величину. Далее устанавливают электропотенциальный преобразователь 1 на бездефектном участке в направлении, ортогональном первой установке. Для этого электроды 2.1, 2.2, 3.1 и 3.2 устанавливают на части окружности, образованной пересечением внешней цилиндрической поверхности объекта 6 и плоскости, перпендикулярной к его оси. После этого, с помощью источника 4 тока и токовых электродов 2.1, 2.2 пропускают электрический ток I через бездефектный участок при новой ориентации электропотенциального преобразователя 1. Используя блок 5 измерения и обработки информации, измеряют напряжение U₀₂ между потенциальными электродами 3.1, 3.2 и запоминают его.

Затем с помощью блока 5 измерения и обработки информации, используя измеренные значения U_r, U₀₁ и U₀₂, вычисляют относительное изменение напряжения (U_r-U₀₁)/U₀₁ и отношение U₀₁/U₀₂.

Отношение U₀₁/U₀₂ однозначно связано с кривизной цилиндрического объекта 6 диаметром D, что иллюстрируется зависимостью, приведенной на фиг.2. Для обобщения результатов удобно воспользоваться нормированным параметром D/R_T, где R_T - расстояние между токовыми электродами 2.1 и 2.2. Таким образом, с помощью блока 5 измерения и обработки информации, по совокупности значений (U_r-U₀₁)/U₀₁ и U₀₁/U₀₂ можно определить глубину h трещины с учетом влияния кривизны поверхности. Для этого используют введенные в память блока 5 градуировочные зависимости h=h[(U_r-U₀₁/U₀₁, U₀₁/U₀₂], предварительно полученные для цилиндрических объектов с различной кривизной поверхности и с продольными трещинами известной глубины h. Соответствующие градуировочные зависимости для измерения глубины продольных трещин приведены на фиг.3. Зависимости, приведенные на фиг.2 и фиг.3, получены для электропотенциального преобразователя с расстоянием R_T=20 мм между токовыми электродами и с расстоянием R_п=2 мм между потенциальными электродами 3.1 и 3.2.

Измерение глубины поперечных трещин согласно заявляемому способу выполняется аналогично. При этом электропотенциальный преобразователь 1 устанавливается относительно поперечной трещины 7, так как это показано на фиг.4, а градуировочные зависимости h=h[(U_r-U₀₁)/U₀₁, U₀₁/U₀₂], предварительно полученные для цилиндрических объектов с различной кривизной поверхности и с поперечными трещинами известной глубины h, имеют вид, приведенный на фиг.5.

Технический результат, достигаемый при использовании предложенного способа, состоит в снижении трудоемкости и повышении оперативности измерений за счет исключения необходимости измерения кривизны поверхности с помощью дополнительных средств и ввода результата измерения в блок обработки информации. Наиболее существенный эффект достигается при выполнении измерения на сложнопрофильных поверхностях с переменной кривизной поверхности, например, при измерении глубины трещин, выходящих на поверхность лопаток паровых турбин.

Источники информации

1. Ritchie R.O., Bathe K.J. On the calibration of the electrical potential technique for monitoring crack growth using finite element methods//International Journal of Fracture, Vol.15, No.1, February 1979, Pages 47-55.

2. Gandossi L., Summers S.A., Taylor N.G., Hurst R.C., Hulm B.J., Par-ker J.D. The potential drop method for monitoring crack growth in real components subjected to combined fatigue and creep conditions: application of FE techniques for deriving calibration curves//International Journal of Pressure Vessels and Piping- Volume 78, Issues 11-12, 12 November 2001, Pages 881-891 (прототип).

Предложение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения глубины трещин на сложнопрофильных объектах с поверхностью переменной кривизны, например, при измерении глубины трещин, выходящих на поверхность лопаток паровых турбин. Снижение трудоемкости измерений за счет исключения необходимости измерения кривизны поверхности на дефектном участке с помощью дополнительных средств достигается путем получения информации о кривизне поверхности по отношению напряжений U₀₁/U₀₂, измеренных электропотенциальным преобразователем при его ориентации в двух взаимно ортогональных направлениях, одно из которых совпадает с направлением оси объекта, имеющего цилиндрическую поверхность. 5 ил.

Способ измерения глубины трещины электропотенциальным методом на участках с цилиндрической формой поверхности, заключающийся в том, что устанавливают на участке с трещиной электропотенциальный преобразователь, состоящий из двух токовых и двух потенциальных электродов по линии, перпендикулярной к следу трещины на поверхности, симметрично относительно него, пропускают электрический ток I и измеряют напряжение U_r между потенциальными электродами, выбирают бездефектный участок контролируемого объекта, имеющий такую же форму поверхности, что и на контролируемом участке с трещиной, устанавливают электропотенциальный преобразователь на выбранном участке с ориентацией, соответствующей ориентации на участке с трещиной, измеряют напряжение U₀₁ между потенциальными электродами, вычисляют относительное изменение напряжения на дефектном участке (U_r-U₀₁)/U₀₁ и используют его для определения глубины трещины, отличающийся тем, что повторно устанавливают электропотенциальный преобразователь на бездефектном участке в направлении ортогональном первой установке, измеряют напряжение U₀₂ между потенциальными электродами, а о параметрах дефекта судят по отношениям (U_r-U₀₁)/U₀₁ и U₀₁/U₀₂, используя градуировочные зависимости h=h[(U_r-U₀₁)/U₀₁, U₀₁/U₀₂], предварительно полученные для цилиндрических объектов с различной кривизной поверхности и с трещинами известной глубины.