Экспериментальное моделирование процессов разрушения на дефектных металлоконструкциях - Профессия «дефектоскопист» как она есть | Дефектоскопист.ру
Профессия «дефектоскопист» как она есть | Дефектоскопист.ру

Старый 16.05.2015, 18:56  
Поделиться
#1
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию Экспериментальное моделирование процессов разрушения на дефектных металлоконструкциях

Экспериментальное моделирование процессов разрушения на дефектных металлоконструкциях

Об авторах


Жуков Антон Валерьевич
Исполнительный директор ООО «ИНТЕРЮНИС», г. Москва
III уровень по АЭ контролю


Кузьмин Алексей Николаевич
Заместитель директора филиала «ИНТЕРЮНИС-УРАЛ», Екатеринбург,
к. ф.-м. н., III уровень по АЭ контролю


Лукин Виктор Александрович
инженер ОАО «Газпром нефтехим Салават», г. Салават

Изучению процессов зарождения и роста трещин в нагруженных металлоконструкциях с применением метода акустической эмиссии (АЭ) уделяется большое внимание. Однако большая часть литературы, посвященная этому вопросу, относится к модельным лабораторным образцам, где исследуются прочностные свойства металла при нагружении вплоть до разрушения. При этом крайне важный вопрос исследования механизмов развития разрушения на реальном промышленном объекте остается малоизученным и не вполне очевидным. В частности, с точки зрения механики разрушения процесс зарождения и роста трещины подробно исследован [1]. На практике же не существует адекватных инструментальных способов определения момента зарождения дефекта и отслеживания динамики его развития вплоть до разрушения. Есть основание полагать, что для решения этой задачи может быть успешно использован метод АЭ, однако практические экспериментальные исследования развивающихся дефектов с применением этого метода в литературе не представлены. Как следствие, на сегодняшний день общепринятая критериальная оценка степени опасности источников АЭ носит лишь качественный, приблизительный характер и не устанавливает прямой взаимосвязи регистрируемых параметров с конкретной стадией развития разрушения на объекте.


В настоящей работе сделана попытка на искусственном дефекте утонения стенки исследовать стадии зарождения и развития разрушения при проведении испытаний внутренним давлением реального производственного объекта. Второй задачей работы являлось проведение сравнительного анализа характера развития инициированного дефекта на «чистом» образце и на образце, который сразу после инициации дефекта был отремонтирован сваркой с применением плоской усиливающей накладки, изготовленной из стали той же марки и толщины, что и обечайка исходного образца. В качестве образцов были выбраны два однотипных сосуда высокого давления из стали 09Г2С. Параметры сосудов с инициированным дефектом и схема установки преобразователей АЭ (ПАЭ) и тензодатчика представлены на рис. 1. Соответствующая планарная схема установки ПАЭ выбиралась так, чтобы зафиксировать в зоне дефекта точное местоположение возникающих источников АЭ. На рис. 2 показан вид сосуда с приваренным усиливающим накладным элементом. Испытание объекта проводилось ступенчатым повышением давления через 1 и 0,5 МПа с выдержками согласно схеме на рис. 3.
Изображения
Тип файла: jpg 0.jpg (4.6 Кб, 113 просмотров)
Тип файла: jpg 01.jpg (3.8 Кб, 108 просмотров)
Тип файла: jpg 02.jpg (4.0 Кб, 108 просмотров)
Тип файла: jpg 1.jpg (155.9 Кб, 114 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 16.05.2015, 19:01  
Поделиться
#2
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 2. Образец № 2 с накладной ремонтной конструкцией, установленной на ослабляющий эле-мент (инициированный дефект)


Рис. 3. Пример схемы нагружения опытного образца для инициации зарождения и роста трещины на искусственном дефекте

Нагружение сосуда в ходе эксперимента осуществлялось ступенчато с 0 до 12 МПа с шагом 0,1 МПа. Время выдержки на ступеньке составляло 5 ÷ 10 мин. Нагружение осуществлялось циклично вплоть до момента образования трещиноподобного дефекта. Такой выбор уровней нагружения объекта объясняется предварительным расчетом прочностных характеристик области ослабляющего элемента сосуда, результаты которого показаны в табл. 1. Расчеты на прочность показали, что в ходе циклических ступенчатых нагружений при достижении давления в 10 МПа на данном инициированном дефекте возможно образование макродефектов с последующим разрушением при росте давления. Расчетное давление для первичного образования микротрещин в области созданного концентратора напряжений составило 1,5 - 2 МПа. Наиболее же вероятное образование дефекта на ослабляющем элементе может начаться при внутреннем давлении сосуда, лежащем в интервале 3,5 ÷ 7 МПа. Исходя из этих соображений, первоначально нагружение осуществлялось до 8 МПа так, как показано на рис. 3.


Непосредственно весь ход испытания образцов сопровождался регистрацией АЭ-параметров с использованием системы A-Line 32DDM фирмы «ИНТЕРЮНИС». Контроль напряженно-деформированного состояния образца в зоне дефекта осуществлялся с применением штатной тензометрической приставки A-Line и тензометрических преобразователей фирмы HBM. Схема размещения тензопреобразователя показана на рис. 1. На участках снижения давления до нуля, которое осуществлялось в среднем через каждые 2,5 МПа, производился детальный контроль зоны ослабляющего элемента на предмет развития трещиноподобных дефектов. Контроль осуществлялся:

- с применением метода магнитной памяти металла путем сканирования напряженности магнитного поля и определения эффективных концентраторов напряжений в области образования развивающегося дефекта [7];

- средствами визуально-измерительного контроля (лупа, линейка, штангенциркуль, рулетка);

- измерением твердости металла;

- при необходимости производился контроль проникающими веществами на предмет возможного обнаружения поверхностных развивающихся дефектов.

Первичное нагружение экспериментального образца


Рис. 4. Параметры АЭ при первичном нагружении образца № 1 до 8 МПа: а - активность АЭ от времени N(t), с-1; б - амплитуда событий АЭ от времени A.(t); в - локационная диаграмма источников АЭ (точки с номером соответствуют номеру измерительного канала АЭ, установленного на образец, в правом верхнем углу - число зарегистрированных локаций); г - амплитудное распределение потока событий АЭ N(A). Значения временных характеристик потока событий АЭ приводятся на левой шкале ординат. Красная линия на графиках а, б соответствует графику нагружения образца в единицах давления, кг/см2 (правая шкала ординат)

Первоначально образец был испытан в ходе первых трех циклов нагружения. Графические результаты измерения параметров АЭ в ходе первого нагружения выборочно (конечное нагружение в первом цикле) представлены на рис. 4. Видно, что это нагружение сосуда сопровождается интенсивным АЭ-излучением, при этом количественные характеристики параметров АЭ увеличиваются с ростом давления. Это хорошо согласуется с данными литературы, в частности, [2], где рассматриваются основные механизмы АЭ в образце при монотонном деформировании предварительно недеформированных образцов. Показано, что одним из основных механизмов АЭ при первичном растяжении можно считать появление в материале пластически деформируемых микрообъемов вплоть до начала упрочнения. При этом ключевую роль играет так называемый эффект Кайзера [3], заключающийся в невоспроизводимости АЭ при повторном нагружении объекта. Однако в случае образования трещиноподобных дефектов в результате нагружения в действие приводятся принципиально другие механизмы источников АЭ, и эффект Кайзера нарушается (при росте опасных трещиноподобных дефектов работает эффект Фелисити) [4]. На этом принципе в литературе построена методология обнаружения и оценка степени опасности существующих в нагруженном материале диагностируемой конструкции дефектов.

Отсутствие трещиноподобных дефектов в ходе первого нагружения подтверждают другие параметры АЭ, в частности, локационная диаграмма и амплитудные распределения (рис. 4). Из локационной диаграммы видно, что источники АЭ имеют случайный, распределенный характер, при этом сигналы в зоне расположения пластины не локализуются. Этот факт подтверждают амплитудные распределения, которые имеют характерный для случайного процесса пуассоновский вид. Показано, что распределенный, случайный характер излучения источников АЭ соответствует механизмам упругопластических деформаций материала при его нагружении [5]. Характер монотонного снижения АЭ при спаде давления также соответствует литературным данным и обусловлен, в основном, процессами релаксации упругих напряжений металла после снятия нагрузки [3].
Изображения
Тип файла: jpg 2.jpg (19.8 Кб, 107 просмотров)
Тип файла: jpg 3.jpg (30.3 Кб, 107 просмотров)
Тип файла: jpg 4.jpg (208.9 Кб, 111 просмотров)
Тип файла: jpg t1.jpg (226.2 Кб, 114 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 16.05.2015, 19:03  
Поделиться
#3
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 5. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при повторном цикле нагружения образца № 1 до 7,5 Мпа


Рис. 6. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при зарождении дефекта в ходе последующего нагружения после двух циклов до 7,5 МПа

В ходе последующих двух циклов нагружения, как и ожидалось, уровень параметров АЭ в соответствии с эффектом Кайзера снизился практически до нуля, что видно из рис. 5, 6. Однако уже в ходе реализации 2-го цикла до давления 7,5 МПа (рис. 5) были зафиксированы первые одиночные высокоамплитудные импульсы АЭ. Возникновение дискретной составляющей АЭ подтвердил также вид амплитудного распределения с характерным высокоамплитудным максимумом в области от 50 до 65 дБ (рис. 5). Это позволило предположить появление источников АЭ, соответствующих зарождению трещиноподобного дефекта. Данное предположение подтвердилось в ходе последующего цикла, параметры которого показаны на рис. 6. Видно, что в ходе нагружения изменились количественные характеристики дискретной составляющей, а единичные события АЭ регистрировались практически в течение всего времени нагружения. При этом амплитуда импульсов АЭ существенно возросла. Так, на зависимости N(A) появился дополнительный высокоамплитудный максимум в области от 70 до 84 дБ. Проверка зарегистрированных лоцированных событий показала, что сигнал образует единичный кластер в центральной области ослабляющего элемента (пластины с утонением), что видно из диаграммы на рис. 6в.


Рис. 7. Результаты измерения твердости металла на пластине в процессе первых трех циклов нагружения

Результаты дополнительного дефектоскопического контроля, проведенные во время реализации первых трех циклов нагружения, показаны на рис. 7 - 9. Видно, что значения твердости металла образца (рис. 7), измеренные в разных точках пластины, испытывают изменения, коррелирующие с нагрузкой. При этом твердость металла в центральной части пластины существенно отличается от твердости, измеренной вблизи сварного соединения.

Представленные данные измерений твердости носят в целом нетривиальный характер и заслуживают отдельного обсуждения. Так, отсутствие изменения твердости в околошовной зоне на обечайке соответствует тому, что в данной области происходит упругая или близкая к упругой деформация, не меняющая структуры и прочностных свойств металла. Рост твердости в околошовной зоне на пластине говорит о том, что здесь металл в ходе нагружения упрочняется. Упрочнение связано с пластической деформацией металла. Для данной области пластические деформации не превосходят предела, при котором начинается деградация материала. Металл работает внутри своего ресурса пластичности - при пластическом формоизменении меняется структурное состояние металла, но накопления необратимых дефектов структуры еще не происходит.

Уменьшение твердости в центре пластины означает начало структурной деградации материала. Металл уже выработал свой ресурс пластичности - накопление дефектов структуры, в том числе внутренних границ деформационного происхождения, достигло предела, при котором дефекты начинают сливаться друг с другом. Данный процесс связан с необратимой деградацией механических свойств металла и обусловлен процессами зарождения, роста и размножения микротрещин.

Отметим, что при дальнейшем росте напряжений в процессе пластической деформации металл реагирует на вынужденное формоизменение, включая постепенно, последовательно различные механизмы деформации и образуя при каждом значении деформации определенный тип структуры. Каждому значению деформирующих напряжений и деформационного упрочнения соответствует вполне определенный тип структуры данного металла. При увеличении степени деформации металл исчерпывает возможные механизмы пластической деформации, ресурс его пластичности вырабатывается, начинается процесс разрушения - зарождение, рост, размножение трещин, что приводит в конечном итоге к макроразрушению деформируемого металла. Поскольку материал в центре более пластичен, то можно предположить, что в этой области наступление предельного состояния может произойти раньше и, по-видимому, возникновение дефекта наиболее вероятно в этой части образца, чем по краям пластины в области сварки. Последний вывод хорошо коррелирует с результатами локации источников АЭ, приведенных на рис. 6. Видно, что появившийся в результате нагружения кластер с лоцируемыми источниками АЭ расположен также в центральной части пластины.


Рис. 8. Параметры магнитного поля после опрессовки образца № 1 до 2 МПа: вверху - напряженность поля Hp по трем каналам измерения; внизу - градиент напряженности dH/dx
Изображения
Тип файла: jpg 5.jpg (199.6 Кб, 110 просмотров)
Тип файла: jpg 6.jpg (216.0 Кб, 107 просмотров)
Тип файла: jpg 7.jpg (30.0 Кб, 107 просмотров)
Тип файла: jpg 8.jpg (113.5 Кб, 106 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 16.05.2015, 19:06  
Поделиться
#4
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 9. Параметры магнитного поля после третьего цикла нагружения образца № 1 до 7,5 МПа: вверху - напряженность поля Hp по трем каналам измерения; внизу - градиент напряженности dH/dx

Диаграммы сканирования магнитного поля по методу магнитной памяти металла представлены на рис. 8 - 9. Разброс значений Hp по каналам на рис. 8 можно объяснить некомпенсированными областями напряжений сварного шва пластины. Действительно, как видно из рис. 9, картина областей концентраторов напряжений после первых трех циклов существенно изменилась. В целом значения напряженности Hp возросли до 180 А/м, и, наряду с оставшимся краевым магнитным эффектом сварного шва в области 76 мм по линии сканирования (центр пластины), появился дополнительный коррелированный по двум каналам пик градиента Hp. Есть основания полагать, что это связано с процессом образования новых концентраторов напряжений [7] в центре пластины в ходе реализации первых трех циклов нагружения.

Отметим, что зарегистрированные после первых трех циклов нагружения дискретные источники АЭ соответствуют процессам зарождения микродефектов на эффективных концентраторах напряжений и дальнейшему возникновению микрорастрескивания в области нагружения. Однако, несмотря на произведенный прочностной расчет (табл. 1), значений зарегистрированных параметров АЭ явно недостаточно для непосредственного образования и роста трещины. Данный эффект, как показано в [5], должен сопровождаться существенно большими значениями регистрируемых параметров АЭ. Кроме того, произведенный дополнительный дефектоскопический контроль области утонения после трех циклов нагружения также не показал наличия развитых трещин или других дефектов, способных довести образец до разрушения.

Таким образом, в ходе проведенных первых трех циклов измерений выявлены процессы образования микродефектов на эффективных концентраторах напряжений. В то же время приложенных расчетных напряжений оказалось недостаточно для образования и роста активных макродефектов, которые могли бы привести к последующему разрушению. Сделан вывод, что по данным дополнительного дефектоскопического контроля дальнейшее развитие разрушения наиболее вероятно в центральной части пластины, подвергнутой наибольшим структурным изменениям в ходе нагружения.

Увеличение расчетного уровня нагрузки при испытании


Рис. 10. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при нагружении образца № 1 до 10 МПа

В ходе последующего нагружения для ускорения процесса роста дефекта уровень максимальной нагрузки был увеличен до 10 МПа. Соответствующая диаграмма дальнейшего нагружения от 8 до 10 МПа показана на рис. 10. Видно, что дальнейший рост нагрузки также сопровождается интенсивным АЭ излучением, обусловленным как процессами релаксации напряжений при нагружении образца, так и слабой дискретной составляющей АЭ, ответственной за дальнейшее образование и развитие концентраторов напряжений на структурных неоднородностях. Последнее подтверждается локационной диаграммой с источниками, расположенными в центре пластины утонения, и соответствующим отклонением амплитудного распределения от нормального пуассоновского в области больших амплитуд. Отметим, что повторный цикл нагружения до 9 МПа после увеличения нагрузки также не дал ожидаемых результатов роста трещины (рис. 11). Видно, что характер представленных зависимостей параметров АЭ практически идентичен предыдущему циклу нагружения до 7,5 МПа (рис. 6).


Рис. 11. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при повторном нагружении образца № 1 до 10 МПа

Таким образом, чтобы на действующих уровнях нагружения смоделировать процесс разрушения, т. е. сформировать требуемый развивающийся трещиноподобный дефект, необходимо в области с наихудшими прочностными свойствами (центр пластины, как показано выше) создать дополнительный искусственный концентратор напряжений. С этой целью в центре пластины был выполнен узкий пропил с геометрическими размерами, показанными на рис. 12в.

Нагружение после инициации трещиноподобного дефекта


Рис. 12. Искусственный дефект в центре пластины для инициации роста трещины при нагружении: а, б - схема неоднородности, в - фотография и схема контроля напряженно-деформированного состояния материала в области дефекта методом магнитной памяти металла: черными стрелками показаны линии сканирования магнитного поля; зеленым, красным и синим цветами обозначены 1 - 3 каналы соответственно

Дальнейшее нагружение проводилось циклично до 11 мПа, в дополнительный дефектоскопический контроль была включена также область по периметру произведенного искусственного дефекта, показанного на рис. 12.
Изображения
Тип файла: jpg 9.jpg (107.9 Кб, 104 просмотров)
Тип файла: jpg 10.jpg (211.6 Кб, 106 просмотров)
Тип файла: jpg 11.jpg (183.0 Кб, 106 просмотров)
Тип файла: jpg 12.jpg (166.4 Кб, 106 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 16.05.2015, 19:09  
Поделиться
#5
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 13. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при нагружении образца № 1 до 10,5 МПа после инициации дефекта

Данные первого цикла нагружения до 10,5 МПа после подъема и выдержки давления на уровне 11 МПа показаны на рис. 13. В результате проведенных манипуляций с инициацией дефекта в ходе нагружения достигнуто существенное увеличение количественных характеристик параметров АЭ. Так на рис. 13а, б еще до достижения предыдущего максимального уровня нагрузки видна тенденция к увеличению статистических и динамических характеристик потока событий АЭ, при этом максимальная амплитуда дискретной составляющей АЭ-потока выросла по сравнению с предыдущим циклом нагружения (рис. 11) с 52 до 68 дБ. Это видно как из представленной временной зависимости A(t), так и по смещению второго максимума амплитудного распределения в высокоамплитудную область. Есть основание полагать, что зарегистрированный эффект относится к процессу образования макротрещины на эффективном концентраторе напряжений.


Рис. 14. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при повторном нагружении образца № 1 до 10,5 МПа после инициации дефекта

Повторное нагружение до 10,5 МПа показано на рис. 14. Вблизи максимального уровня нагрузки после 10 МПа наблюдается скачкообразное увеличение активности и амплитуды регистрируемых событий АЭ. По-видимому, это можно связать с переходным процессом в материале от пассивного к активному росту макротрещины на сформированном дефекте.




Рис. 16. Вид сквозной трещины, образовавшейся на инициированном дефекте после нагружения до 14,3 МПа

Дальнейшее увеличение нагрузки при последующем цикле нагружения подтвердило этот факт, и при давлении 14,3 МПа образец был доведен до разрушения. Диаграмма нагружения и фото дефекта после разрушения показаны на рис. 15 и 16 соответственно. Из рис. 15 видно, что на всех статических участках выдержки давления наблюдается активный рост трещиноподобного дефекта. При этом четко регистрируется область лоцируемых событий, соответствующая местоположению инициированного дефекта на пластине. Необратимый рост дефекта также подтверждает тот факт, что параметры АЭ на статике практически не затухают (характерный вид параметров АЭ на статике представлен на рис. 17), а амплитуда единичных импульсов АЭ с ростом статической нагрузки вплоть до разрушения постепенно увеличивается и достигает максимальных значений свыше 80 дБ. Такое поведение по общепринятой классификации степени опасности источников АЭ [6] соответствует катастрофически активному развивающемуся дефекту 4-го класса опасности.
Изображения
Тип файла: jpg 13.jpg (214.1 Кб, 108 просмотров)
Тип файла: jpg 14.jpg (209.7 Кб, 103 просмотров)
Тип файла: jpg 15.jpg (303.3 Кб, 105 просмотров)
Тип файла: jpg 16.jpg (44.4 Кб, 107 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 16.05.2015, 19:16  
Поделиться
#6
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 17. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при выдержке образца № 1 на давлении 13,5 МПа перед разрушением


Рис. 18. Результаты измерения твердости металла по периметру инициированной трещины на пластине в зависимости от стадии нагружения

Рассмотрим результаты дополнительного дефектоскопического контроля до и после инициации трещиноподобного дефекта на пластине. На рис. 18 показаны изменения твердости от момента создания дефекта на пластине и до ее разрушения. Видно, что, как и на рис. 7, тенденции ухудшения свойств металла с развитием циклических нагрузок от околошовной зоны к центру пластины сохранились. При этом наихудшие свойства металл имеет в точке раскрытия трещины, что выглядит вполне закономерно. Важно также отметить, что в области сварного шва и в околошовной зоне, несмотря на дефект, прочностные свойства металла при действующих уровнях нагрузки практически не изменились. Этот вывод подтвердил и конечный результат, поскольку раскрытие трещины остановилось в околошовной зоне приблизительно в 10 мм от края сварного соединения (рис. 16).


Рис. 19. Параметры магнитного поля перед итоговым циклом нагружения до 14,5 МПа: вверху - напряженность поля Hp по трем каналам измерения; внизу - градиент напряженности dH/dx


Рис. 20. Параметры магнитного поля после раскрытия трещины на инициированном дефекте: вверху - напряженность поля Hp по трем каналам измерения; внизу - градиент напряженности dH/dx
Изображения
Тип файла: jpg 17.jpg (207.3 Кб, 102 просмотров)
Тип файла: jpg 18.jpg (35.4 Кб, 104 просмотров)
Тип файла: jpg 19.jpg (121.8 Кб, 104 просмотров)
Тип файла: jpg 20.jpg (95.4 Кб, 105 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 16.05.2015, 19:19  
Поделиться
#7
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 21. Трехмерная диаграмма напряженности магнитного поля Hp в области трещиноподобного дефекта после его раскрытия. Синим цветом обозначена область максимальной концентрации напряжений, которая соответствует области дефекта

На рис. 19 - 21 представлены диаграммы сканирования напряженности магнитного поля в области инициированного дефекта также до и после раскрытия трещиноподобного дефекта. Наибольший интерес представляют результаты, показанные на рис. 19, относящиеся к сформированному в результате циклического нагружения активному трещиноподобному дефекту. Виден четкий, коррелированный по трем каналам измерения переход через ноль Hp со сменой знака и соответствующий ему скачок градиента магнитного поля dH/dx. Место перехода на диаграмме соответствует краю дефекта. То, что данные по всем каналам коррелируют, говорит о мощном концентраторе напряжений и необратимых изменениях материала в ходе нагружения по всей длине дефекта. Напряженность, создавшаяся по всему периметру дефекта, также хорошо видна по трехмерной диаграмме сканирования магнитного поля в области дефекта (рис. 21). При этом абсолютные значения показателей на диаграммах в несколько раз превышают предельно допустимые значения. Это позволило сделать вывод в ходе эксперимента, что образец № 1 с инициированной трещиной близок к разрушению.

Сформулируем основные выводы к данному разделу.

1. При проведении эксперимента на образце № 1 на предварительно инициированном дефекте в виде узкого пропила удалось создать эффективный концентратор напряжений, на котором в ходе последующего нагружения создалась активная развивающаяся макротрещина, приведшая в дальнейшем образец к разрушению.

2. По данным АЭ четко зафиксирован момент перехода образца от пассивного к активному развитию разрушения, т. е. образованию макротрещины.

3. Зарегистрированы параметры АЭ, соответствующие последовательному развитию трещины. Показано, что развитой стадии роста трещины соответствуют катастрофически опасные источники АЭ 4-го класса опасности.

4. Посредством данных дополнительного дефектоскопического контроля установлена прямая взаимосвязь параметров АЭ с конкретной стадией разрушения образца.

Результаты эксперимента с использованием усиливающего накладного элемента

На рис. 2 приведено фото образца № 2 с усиливающим ремонтным элементом. Нагружение образца осуществлялось по той же схеме, что и для образца без ремонтной конструкции. В ходе эксперимента было осуществлено в общей сложности 3 цикла нагружения с максимально достигнутой нагрузкой 13 МПа.


Рис. 22. Амплитуда событий АЭ от времени A.(t) при нагружении образца № 2 до 13 МПа. Красным цветом, на правой шкале ординат показан график ступенчатого нагружения образца (давление, кг/см2)

На рис. 22 приведены результаты нагружения образца до максимального уровня 13 МПа. Такой уровень нагрузок выбирался из соображения обеспечения идентичных условий на образце № 2 для развития трещиноподобного дефекта. Для проверки выполнения эффекта Кайзера и подавления непрерывной составляющей АЭ при промежуточном уровне нагрузки 4 МПа был произведен сброс давления. На сбросе давления после проведенной первичной опрессовки были выполнены измерения твердости накладки и сканирование магнитного поля. Оказаплось, что при повторном нагружении до 4 МПа эффект Кайзера выполняется, а непрерывная составляющая АЭ практически отсутствует вплоть до достижения прежнего уровня нагрузки.


Рис. 23. Параметры АЭ (см. подпись к рис. 4) при повторном нагружении образца № 2 до 12 Мпа


Рис. 24. Параметры магнитного поля после реализации трех циклов нагружения образца № 2 с максимально достигнутым давлением 13 МПа: вверху - напряженность поля Hp по трем каналам измерения; внизу - градиент напряженности dH/dx

По результатам НК для третьего цикла нагружения принципиальный интерес представляют данные АЭ (рис. 23) и метода магнитной памяти металла (рис. 24, 25). В частности, на рис. 23 представлены временные зависимости основных информативных параметров АЭ с наложенной кривой изменения напряженно-деформированного состояния металла. Видно, что с ростом давления во время цикла нагружения так же, как и для образца № 1, возникают единичные дискретные сигналы АЭ высокой амплитуды. Наличие таких сигналов говорит о развитии опасных источников АЭ в области ремонтной конструкции, соответствующих развивающимся дефектам по классификации [6] второго класса опасности. Второй класс опасности на практике можно охарактеризовать как начальную стадию образования и роста трещиноподобных дефектов. Тем не менее говорить о серьезной опасности разрушения было бы преждевременно, поскольку источники имеют распределенный, кластерный характер. Так, на локационной диаграмме рис. 23в имеются области единичных локаций в центре и по краям накладки, активность сигналов при этом не превышает 8 имп/с, а амплитуда сигналов находится в области от 40 до 58 дБ.
Изображения
Тип файла: jpg 21.jpg (67.4 Кб, 104 просмотров)
Тип файла: jpg 22.jpg (83.7 Кб, 102 просмотров)
Тип файла: jpg 23.jpg (205.9 Кб, 101 просмотров)
Тип файла: jpg 24.jpg (103.1 Кб, 106 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 16.05.2015, 19:21  
Поделиться
#8
В мире НК
Гость
 
Сообщений: n/a
По умолчанию


Рис. 25. Распределение полей напряжения в области усиливающего элемента образца № 2 (пояснения в тексте)

Данные сканирования магнитного поля методом магнитной памяти металла показали, что природа обнаруженных источников АЭ, по-видимому, связана с образованием эффективных концентраторов в результате растягивающих нескомпенсированных напряжений на усиливающем элементе образца № 2 (накладке). На рис. 25 показаны распределения полей напряжения в области усиливающего элемента. Края области на рисунке соответствуют сварному шву по периметру приварки накладки. В частности, из диаграммы магнитных полей рассеяния видно, что после приложенных нагрузок образовалось как минимум три области опасных напряжений в центре и по краям накладного элемента. На рис. 24 для области усиливающей накладки представлены диаграммы рассеяния магнитного поля Hp и градиента dH/dx соответственно. Видно, что наиболее опасная область находится в центральной части наплавки. Центральный пик распределения на графике Hp на порядок превышает предельно допустимые значения.


Рис. 26. Результаты измерения твердости на усиливающем элементе образца № 2 в процессе нагружения

В то же время, как и следовало ожидать, данные твердометрии не выявили каких-либо явных отклонений начальных значений твердости металла до и после нагружения как в центральной части наплавки, так и в зоне термического влияния сварного шва (рис. 26). Так, средние значения твердости металла оказались практически идентичными как до, так и после нагружения. Полученные данные позволяют сделать вывод, что, несмотря на то, что материал ремонтной конструкции в результате нагружения практически не изменил своих структурных свойств, а образец выдержал испытание, тем не менее, в области ремонтного элемента при росте нагрузки были обнаружены кластеры с источниками АЭ, соответствующие опасным развивающимся дефектам. При этом результаты эксперимента показали, что развитие процессов разрушения на образце обусловлено образованием мощных концентраторов напряжений, возникших как непосредственно на инициированном, отремонтированном дефекте, так и в области сварного шва приварки усиливающего элемента к обечайке экспериментального образца.

Этот вывод свидетельствует о необходимости формирования процедуры диагностического мониторинга ремонтных конструкций на опасных производственных объектах, которая позволила бы отслеживать динамику развития возможных дефектов и разрушений в ремонтных конструкциях и своевременно осуществлять мероприятия по их ремонту.

Литература

1. Терентьев В. Ф. Усталость металлических материалов. - М.: Наука, 2002. - 248 с.

2. Грешников В. А., Дробот Ю. Б. Акустическая эмиссия. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

3. Иванов В. И., Белов В. М. Акустикоэмиссионный контроль сварки и сварных соединений. - М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

4. Pollock A. A. Acoustic Enission inspection. Authorized Reprint from Metals Handbook, 9th Edition, V. 17, ASM Int., 1989, p. 278-294.

5. Баранов В. М., Гриценко А. И., Карасевич А. М. Акустическая диагностика и контроль на предприятиях топливно-энергетического комплекса. - М: Наука, 1998. - 304 с.

6. Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. ПБ 03593-03. - М.: Госгортехнадзор России. 2003.

7. Дубов А. А. и др. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. - М.: Тиссо, 2006.

___________________________

Авторский коллектив благодарит профессора Р. Г. Ризванова (УГНТУ, г. Уфа) за ценные замечания и предоставленную техническую базу для проведения эксперимента.

Статья подготовлена по материалам доклада на II Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в методе акустической эмиссии», Москва, 8 - 12 ноября2010 г.
Изображения
Тип файла: jpg 25.jpg (50.2 Кб, 103 просмотров)
Тип файла: jpg 26.jpg (25.2 Кб, 103 просмотров)
  Ответить с цитированием
Старый 17.05.2015, 09:40  
Поделиться
#9
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 4,844
Благодарил(а): 77 раз(а)
Поблагодарили: 733 раз(а)
Репутация: 691
По умолчанию

Жуков А.В., Кузьмин А.Н., Лукин В.А. Экспериментальное моделирование процессов разрушения на дефектных металлоконструкциях. − В мире НК. – Март 2011 г. − № 1 (51). − С. 13–21. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.
Вложения
Тип файла: rar Статья.rar (2.24 Мб, 20 просмотров)
admin вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Допольнительные дни к отпуску. Defekt Радиографический контроль 22 17.02.2015 16:19
Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций admin Статьи о дефектоскопии 4 03.04.2014 09:57
НК как компонент стратегии минимизации рисков и затрат admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 20:45
Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при ст admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 13:30
Степень объективности регистрируемых результатов ультразвуко admin Статьи о дефектоскопии 1 17.11.2012 19:14


Опции темы
Опции просмотра

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход

VK Defektoskopist OK Defektoskopist Facebook Defektoskopist Instagram Defektoskopist YouTube Defektoskopist


Текущее время: 05:34. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2020. Перевод: zCarot.
Внимание, коллеги! В целях нормальной работы форума администрация оставляет за собой право на обработку персональных данных зарегистрированных пользователей. В случае вашего несогласия просьба написать жалобу на defektoskopist.ru@gmail.com