Способ исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях Российский патент 2023 года по МПК G01N21/88 G01N21/91 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и оценки напряженно-деформированного состояния зон на поверхности металлических высокорисковых конструкций нефтегазохимического комплекса с помощью хрупких тензочувствительных покрытий при их статическом или динамическом нагружении.

Метод хрупких тензочувствительных покрытий заключается в наблюдении трещин, образующихся при нагрузке или разгрузке элемента конструкции в тонком слое хрупкого покрытия, предварительно нанесенного на исследуемую поверхность.

Наиболее распространенные и применяемые составы хрупких тензочувствительных покрытий описаны в Справочнике Пригоровского Н.И. «Методы и средства определения полей деформаций и напряжений» (М.: Машиностроение, 1983. - 248 с.).

Позже, специалистами Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН разработаны покрытия с дополнительным включением в известный состав покрытия эфира канифоли и резинат марганца, что позволило снизить чувствительность покрытия к изменению влажности и температуры окружающей среды [RU 2058016 С1, МПК G01B 11/16, опубл. 10.04.1996].

В настоящее время также используются хрупкие покрытия, разработанные специалистами Тюменского государственного нефтегазового университета, изготовленные на основе искусственных смол [RU 2313551 С1, МПК C09D 161/12, C09D 161/24, C08L 61/12, C08L 61/24, G01B 11/16, опубл. 27.12.2007], резорциноформальдегидной смолы [RU 2417241 С2, МПК C09D 161/14, C09D 161/24, C08L 61/12, C08L 61/24, G01B 11/16, опубл. 27.04.2011].

Традиционно оценку напряженно-деформированного состояния зон на поверхности металлических конструкций проводят путем визуального наблюдения образования и распространения трещин в хрупком покрытии с нагрузкой и их фотографирования (при необходимости).

Известен способ исследования деформаций и напряжений методом технического зрения [RU 2712758 С1, МПК G01N 21/88, G06T 7/181, G01B 11/16, опубл. 31.01.2020], который состоит из программной части и аппаратной части, представленной персональным компьютером (ПК) и смарт-камерой, которая устанавливается над поверхностью исследуемого объекта с нанесенным на нее слоем хрупкого тензочувствительного покрытия, программная часть представлена виртуальным прибором, который состоит из шести блоков, четыре из которых отвечают за цифровую обработку захватываемого изображения, а два оставшихся за построения изоэнтат и вычисление напряжений, соответствующих построенным изоэнтатам. При этом система технического зрения соединяет концы трещин между собой методом поиска парных границ, осуществляя фиксацию картины трещин, а также производит обработку полученных данных и выводит результат на экран монитора ПК, вычисляя напряжение для каждой изоэнтаты.

Недостатком известного способа является необходимость дополнительного применения сложных систем, оборудования, программного обеспечения.

Известен способ исследования деформаций и напряжений с помощью газоанализатора, заключающийся в том, что на поверхность детали наносят хрупкое тензочувствительное пористое покрытие с фреоном, осуществляют отверждение покрытия, нагружение конструкции и определяют зону высвобождения газа фреона из пористого покрытия (лопаются пузырьки), используя газоанализатор [RU 2609185 С1, МПК G01B 7/16, опубл. 30.01.2017]. В качестве хрупкого тензочувствительного пористого покрытия используют покрытие, выполненное из смеси, содержащей эпоксидную смолу, отвердитель ПЭП, газ фреон R-22 при следующем соотношении компонентов, масс.: эпоксидная смола - 65-84%, отвердитель ПЭП - 14-33%, газ фреон R-22 - 2-10.

Недостатком известного способа является то, что требуется применения сложного оборудования, а также значительное количество времени на обработку полученной информации от газоанализатора.

Известен комбинированный способ исследования деформаций и напряжений, заключающийся в нанесение на поверхность детали хрупкого пористого тензочувствительного покрытия с газом фреоном, отверждение покрытия, нагружение детали и определение по образующимся трещинам зоны и направления пластических деформаций, установку модуля с датчиками преобразователей акустической эмиссии [RU 2611597 С1, МПК C09D 161/00, опубл. 28.02.2017].

Недостатком известного способа является необходимость применения технически сложного и дорогостоящего оборудования, а также сложность выделения полезного АЭ-сигнала.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка способа исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях и повышение качества получаемой информации об уровне напряжений и деформаций в тонком слое хрупкого покрытия, предварительно нанесенного на исследуемую поверхность элемента конструкции, который достигается фиксацией картины трещин при обычном визуальном наблюдении по их характерному свечению.

Технический результат достигается следующим образом способ исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях, заключается в нанесении на поверхность детали тензочувствительного покрытия, нагружение детали и выявление по образующимся в покрытии трещинам напряженно-деформированных зон, перед нанесением тензочувствительного покрытия в его состав добавляют мелкодисперсный светоотражающий компонент, частицы которого при раскрытии трещины в хрупком покрытии и попадании освещения внутрь трещины отсвечивают, выявляя зоны образования и концентрации трещин, состав покрытия применяют при следующем соотношении компонентов, % масс.: канифоль - 88-92; глиттер - 8-12.

Добавление в состав тензочувствительного покрытия - мелкодисперсного светоотражающего компонента, в качестве которого выступает декоративный глиттер или стеклянный натрийборсиликатный порошок (марка МС), размер частиц которых составляет от 15 до 50 мкм. При раскрытии трещины в хрупком покрытии и попадании освещения внутрь трещины частицы мелкодисперсного компонента отсвечивают, выявляя зоны образования и концентрации трещин. При необходимости, для дополнительного освещения может быть использован, например, светодиодный фонарь.

Для достижения указанного технического результата используется порошкообразное хрупкое тензочувствительное покрытие на основе канифоли, в состав которого добавляется мелкодисперсный светоотражающий компонент - глиттер, в следующих соотношениях, масс.: канифоль 88-92%, глиттер - 8-12%. Низкое содержание глиттера в покрытии не приводит к необходимому эффекту выявления трещин и, как следствие, зон концентрации напряжений. Напротив, значительное количество глиттера в покрытии неблагоприятно влияет на показатели хрупкости покрытия, делая его менее чувствительным к возникающим в нем напряжениях.

Для улучшения адгезии тензочувствительного покрытия с мелкодисперсным светоотражающим компонентом, исследуемая поверхность детали предварительно подвергается очистке и обезжириванию спиртовым раствором.

Порошкообразное тензочувствительное покрытие наносится равномерным слоем толщиной около 0,3…0,5 мм на поверхность консольно закрепленной тарировачной балки, после чего балка подвергается постепенному нагреву.

Нанесение тензочувствительного покрытия со светоотражающим компонентом на исследуемую поверхность консольно закрепленной тарировачной балки осуществляется посредством его расплавления при постепенном нагреве поверхности тарированной балки до температуры плавления канифоли.

После полного расплавления порошкообразного тензочувствительного покрытия на исследуемой поверхности тарировочной балки толщина слоя покрытия со светоотражающим компонентом составляет около 0,1 мм, что соответствует значениям необходимых характеристик покрытия, которые приведены в справочнике Пригоровского Н.И. «Методы и средства определения полей деформаций и напряжений» (М.: Машиностроение, 1983. - 248 с.).

В результате стандартного постепенного нагружения консольно закрепленной тарировочной балки в покрытии образуются трещины, визуализация которых сопровождается характерным блеском в местах их концентрации.

Для выявления и исследования напряженно-деформированных зон концентрации трещин по характерному блеску мелкодисперсного светоотражающего компонента в составе хрупкого покрытия используется, например, светодиодный фонарь под разными углами освещения.

Мелкодисперсный светоотражающий компонент может быть добавлен в тензочувствительное покрытие на основе искусственных смол [RU 2313551 С1, МПК C09D 161/12, C09D 161/24, C08L 61/12, C08L 61/24, G01B 11/16, опубл. 27.12.2007] и резорциноформальдегидной смолы [RU 2417241 С2, МПК C09D 161/14, C09D 161/24, C08L 61/12, C08L 61/24, G01B 11/16, опубл. 2011].

Таким образом, предлагаемый способ исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях отличается простотой, а также качеством получаемой информации об уровне напряжений и деформаций в тонком слое хрупкого покрытия, которые обусловлены добавлением мелкодисперсного светоотражающего компонента, частицы которого при раскрытии трещины в хрупком покрытии и попадании освещения внутрь трещины отсвечивают, выявляя зоны образования и концентрации трещин.

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля и оценки напряженно-деформированного состояния зон на поверхности металлических высокорисковых конструкций нефтегазохимического комплекса с помощью хрупких тензочувствительных покрытий при их статическом или динамическом нагружении. Способ исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях заключается в нанесении на поверхность детали тензочувствительного покрытия, нагружении детали и выявлении по образующимся в покрытии трещинам напряженно-деформированных зон, перед нанесением тензочувствительного покрытия в его состав добавляют мелкодисперсный светоотражающий компонент, частицы которого при раскрытии трещины в хрупком покрытии и попадании освещения внутрь трещины отсвечивают, выявляя зоны образования и концентрации трещин, состав покрытия применяют при следующем соотношении компонентов, масс.%: канифоль - 88-92; глиттер - 8-12. Технический результат - упрощение способа исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях и повышение качества получаемой информации об уровне напряжений и деформаций в тонком слое хрупкого покрытия.

Способ исследования процесса трещинообразования в хрупких тензочувствительных покрытиях, заключающийся в нанесении на поверхность детали тензочувствительного покрытия, нагружении детали и выявлении по образующимся в покрытии трещинам напряженно-деформированных зон, отличающийся тем, что перед нанесением тензочувствительного покрытия в его состав добавляют мелкодисперсный светоотражающий компонент при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Канифоль 88-92 Глиттер 8-12,

при этом указанное тензочувствительное покрытие в порошкообразном состоянии наносят на поверхность детали равномерным слоем толщиной 0,3...0,5 мм и осуществляют расплавление тензочувствительного покрытия при постепенном нагреве поверхности детали до температуры плавления канифоли.