СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ЗОН РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛА ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01N27/00 

Изобретение относится к способам определения очагов разрушения материалов и может быть использовано для дефектоскопии оборудования, эксплуатируемого в условиях циклического нагружения.

Материал оборудования в процессе эксплуатации подвергается воздействию знакопеременных нагрузок (изгибающий момент, внутреннее давление, температурная деформация и т.д.), вызывающих накопление усталостных повреждений, что приводит к трудно прогнозируемым результатам с точки зрения определения очагов разрушения материала оборудования.

В этой связи для своевременного предотвращения аварийных ситуаций, связанных с разрушением материала оборудования, необходимы методы неразрушающего контроля, учитывающие влияние циклического нагружения на изменение свойств материала.

Одним из перспективных методов контроля является метод оценки технического состояния материала исследуемого объекта по его электромагнитным свойствам.

Известен способ вихретокового контроля /1/, основанный на сканировании линейно протяженных изделий вихретоковым преобразователем параметров выходного сигнала (амплитуды, фазы), по величине которых судят о наличии дефектов в материале изделия.

Недостатком известного способа является низкая информативность, характеризующаяся отсутствием возможности оценки потенциальной опасности на ранней стадии зарождения дефекта материала оборудования.

Известен способ неразрушающего контроля электропроводящих изделий, заключающийся в том, что контролируемый объект нагревают, регистрируют температурное поле и по искажению этого поля судят о наличии дефекта /2/.

Недостатком известного способа является низкая чувствительность, выраженная в отсутствии учета потерь тепла токопроводящим материалом в окружающую среду, что, в конечном счете, приводит к незначительным изменениям электропроводности исследуемого материала.

Известен способ оценки степени поврежденности материала оборудования по изменению степени затухания отклика электрического сигнала, основанный на измерении вышеуказанного параметра при различных количествах циклов знакопеременного нагружения и взятый за аналог /3/.

Недостатком известного способа является его низкая информативность, выраженная тем, что технический результат свидетельствует об усредненной величине поврежденности материала оборудования и не учитывает наличие локальных зон, являющихся одновременно очагами наибольшего накопления повреждений материала оборудования и потенциальными очагами разрушения.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение информативности и достоверности выявления очагов разрушения с учетом влияния циклического нагружения на различных стадиях эксплуатации оборудования.

Технический результат достигается за счет того, что проводят сканирование параметров отклика электрического сигнала по всей исследуемой зоне материала оборудования в исходном состоянии и при последующем мониторинге в процессе циклического нагружения, после чего строят график распределения относительной средней амплитуды напряжения отклика электрического сигнала U_i/U_i-1 по всей исследуемой зоне при различных значениях N_i/N_i-1 и на построенном графике выявляют экстремумы, которые и характеризуют потенциально опасные зоны разрушения материала оборудования, где U_i - средняя амплитуда напряжения отклика электрического сигнала стального образца, подверженного циклическому нагружению в течение i-го количества циклов на момент текущего измерение и i-1 количества циклов U_i-1 на момент предыдущего измерения.

При этом из совокупности полученных экстремумов относительной величины параметров отклика электрического сигнала, наиболее опасной зоной разрушения считают ту, которая имеет максимальную величину изменения.

Кроме того, определить потенциально опасные зоны разрушения материала оборудования, подверженного циклическому нагружению возможно и при отсутствии данных о средней амплитуде напряжения отклика электрического сигнала предыдущей оценки путем измерения средней амплитуды напряжения отклика электрического сигнала U_i стального образца, подверженного циклическому нагружению в течение i-го количества циклов и эталонного образца U_Э того же материального исполнения.

Технический результат достигается тем, что по измеренной средней амплитуде напряжения отклика электрического сигнала находят относительные значения данных параметров U_i/U_i-1, а в случае отсутствия данных о предыдущем измерении - U_i/U_Э.

Технический результат достигается тем, что по найденным относительным значениям U_i/U_i-1 (или при отсутствии данных о предыдущем измерении U_i/U_Э) строят график распределения по всей измеряемой зоне, в котором максимальное относительное значение покажет потенциально опасную зону разрушения материала оборудования.

Пример использования способа. Проводилось измерение параметров отклика электрического сигнала групп материалов (углеродистые, легированные), подверженных циклическому нагружению по схеме чистого симметричного изгиба.

Испытания проводились на сериях плоских образцов (из углеродистой, легированной сталей), длиной 240 мм, длина рабочей части 120 мм. Нагружение образцов осуществляли знакопеременным изгибом, используя установку усталостных испытаний по схеме чистого изгиба с одновременным измерением параметров отклика электрического сигнала с помощью измерительного комплекса, включающего накладной вихретоковый преобразователь, внешнее измерительное устройство Tie Pie SCOPE HS801, персональный компьютер. Номинальная деформация образца при изгибе устанавливалась из расчета амплитуды напряжения при изгибе, находящейся в упругопластической области.

По результатам измерения были найдены относительные значения среднего напряжения U_i/U_i-1при различных относительных количествах циклов N_i/N_i-1 (где Ni - количество циклов на момент текущего измерения, N_i-1 - количество циклов на момент предыдущего измерения) и построены графики распределения измеряемого параметра по рабочей длине образца (в качестве иллюстрации см. рисунок 1 - Распределение относительного среднего напряжения отклика электрического сигнала U_i/U_i-1 по рабочей длине образца при различных относительных количествах циклов N_i/N_i-1).

В случае отсутствия информации об измерениях среднего напряжения при N_i-1, необходимо находить относительные значения U_i/U_Э, вычисленные по эталонному образцу и строить график распределения вышеуказанной относительной величины при различных количествах циклов N_i (в качестве иллюстрации см. рисунок 2 - Распределение относительного среднего напряжения отклика электрического сигнала U_i/U_Э по рабочей длине образца при различных количествах циклов N_i).

Полученные графики распределения свидетельствует о наличии зоны, имеющей наибольшее значение относительного напряжения отклика электрического сигнала и выступающей в роли потенциально опасной зоны разрушения.

В случае наличия на графике распределения параметров отклика электрического сигнала нескольких экстремумов, то о потенциальной зоне разрушения необходимо судить по экстремуму, значение которого больше.

Список использованной литературы

1. Способ вихретокового контроля линейно протяженных изделий и вихретоковый преобразователь для его осуществления (Патент RU 2025725): G01N 27/90 - Авторы патента: Беликов Е.Г., Дубинкин Е.В.

2. Вихретоковый способ неразрушающего контроля электропроводящих изделий (Патент SU 1732252): Авторы патента: Игнатьев Б.С., Панов В.А.

3. Наумкин Е.А., Бикбулатов Т.Р., Кузеев М.И. Оценка степени поврежденности материала оборудования по изменению степени затухания отклика электрического сигнала // Нефтегазовое дело / УГНТУ. - Электрон, журн. - Уфа, 2011. - №5.

Изобретение относится к области дефектоскопии и может быть использовано для диагностирования оборудования на разных этапах его эксплуатации. Сущность способа основана на измерении параметров отклика электрического сигнала по всей исследуемой зоне и определении экстремумов, характеризующих очаг зарождения разрушения. При этом осуществляется сканирование параметров отклика электрического сигнала по всей исследуемой зоне материала оборудования при различных количествах циклов знакопеременного нагружения, а затем получения графиков распределения параметров отклика электрического сигнала по всей исследуемой зоне при различных значениях количеств циклов нагружения и выявления экстремумов, которые будут характеризовать потенциально опасные зоны. Технический результат заключается в повышении информативности и достоверности выявления очагов разрушения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения потенциально опасных зон разрушения материала оборудования, эксплуатируемого в условиях циклического нагружения, на основании результатов измерения параметров отклика электрического сигнала, отличающийся тем, что для выявления очага разрушения проводят сканирование параметров отклика электрического сигнала по всей исследуемой зоне материала оборудования в исходном состоянии и при последующем мониторинге в процессе циклического нагружения, после чего строят график распределения относительной средней амплитуды напряжения отклика электрического сигнала U_i/U_i-1 по всей исследуемой зоне при различных значениях N_i/N_i-1 и на построенном графике выявляют экстремумы, которые и характеризуют потенциально опасные зоны разрушения материала оборудования, где U_i - средняя амплитуда напряжения отклика электрического сигнала стального образца, подверженного циклическому нагружению в течение i-го количества циклов на момент текущего измерение и i-1 количества циклов U_i-1 на момент предыдущего измерения, Ni - количество циклов на момент текущего измерения, N_i-1 - количество циклов на момент предыдущего измерения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из совокупности полученных экстремумов относительной величины параметров отклика электрического сигнала наиболее опасной зоной разрушения считают ту, которая имеет максимальную величину изменения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при отсутствии данных о значениях средней амплитуды напряжения отклика электрического сигнала на момент предыдущего измерения находят среднюю амплитуду напряжения отклика электрического сигнала по эталонному образцу и строят график распределения относительного значения U_i/U_Э по всей исследуемой зоне при различных количествах циклов N_i, где U_Э - средняя амплитуда напряжения отклика электрического сигнала по эталонному образцу.