Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд

Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд

Рассмотрены отдельные элементы методики испытания материалов конструкций при высоких температурах, связанные с особенностями технологии, основанной на применении метода акустической эмиссии (АЭ). С учетом этих особенностей на базе разрывной машины Р-20 изготовлен специальный испытательный стенд, вкл...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Дата:2009
Автори: Лобанов, Л.М., Недосека, А.Я., Недосека, С.А., Грузд, А.А., Харченко, Л.Ф.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2009
Теми:
Техническая диагностика
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103353
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд / Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, А.А. Грузд, Л Ф. Харченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 1. — С. 5-10. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103353
record_format dspace
spelling Лобанов, Л.М.
Недосека, А.Я.
Недосека, С.А.
Грузд, А.А.
Харченко, Л.Ф.
2016-06-15T16:43:41Z
2016-06-15T16:43:41Z
2009
Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд / Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, А.А. Грузд, Л Ф. Харченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 1. — С. 5-10. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
0235-3474
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103353
621.120.31
Рассмотрены отдельные элементы методики испытания материалов конструкций при высоких температурах, связанные с особенностями технологии, основанной на применении метода акустической эмиссии (АЭ). С учетом этих особенностей на базе разрывной машины Р-20 изготовлен специальный испытательный стенд, включающий оригинальные средства нагрева и его контроля, средства регистрации АЭ, нагрузок и температур. Разработанные методика и стенд позволяют проводить испытания материалов тепловых и электрических станций, элементов конструкций атомной энергетики, оборудования химических и металлургических производств, работающих в диапазоне температур от 20 до 560°С с получением и анализом АЭ характеристик материалов. Приведена конструкция испытательного стенда.
Individual elements of the procedure of testing structure materials at high temperatures are described, which are related to the features of the technology based on application of the acoustic emission method (AE). Allowing for these special features a special testing facility was manufactured on the basis of R20 tensile testing machine, including ingenious means of heating and its control, means of recording AE, loads and temperatures. The developed procedure and facility allow testing materials of thermal and electric power stations, structural elements for nuclear power engineering, equipment of chemical and metallurgical productions, operating in the temperature range from 20 to 560°C with derivation and analysis of AE characteristics of materials. Testing facility design is given.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Техническая диагностика
Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд
Investigation of AE characteristics of materials at high temperatures. Information 1. Basic procedures and testing bench
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд
spellingShingle Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд
Лобанов, Л.М.
Недосека, А.Я.
Недосека, С.А.
Грузд, А.А.
Харченко, Л.Ф.
Техническая диагностика
title_short Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд
title_full Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд
title_fullStr Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд
title_full_unstemmed Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд
title_sort исследование аэ характеристик материалов при высоких температурах. сообщение 1. элементы методики и испытательный стенд
author Лобанов, Л.М.
Недосека, А.Я.
Недосека, С.А.
Грузд, А.А.
Харченко, Л.Ф.
author_facet Лобанов, Л.М.
Недосека, А.Я.
Недосека, С.А.
Грузд, А.А.
Харченко, Л.Ф.
topic Техническая диагностика
topic_facet Техническая диагностика
publishDate 2009
language Russian
container_title Техническая диагностика и неразрушающий контроль
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format Article
title_alt Investigation of AE characteristics of materials at high temperatures. Information 1. Basic procedures and testing bench
description Рассмотрены отдельные элементы методики испытания материалов конструкций при высоких температурах, связанные с особенностями технологии, основанной на применении метода акустической эмиссии (АЭ). С учетом этих особенностей на базе разрывной машины Р-20 изготовлен специальный испытательный стенд, включающий оригинальные средства нагрева и его контроля, средства регистрации АЭ, нагрузок и температур. Разработанные методика и стенд позволяют проводить испытания материалов тепловых и электрических станций, элементов конструкций атомной энергетики, оборудования химических и металлургических производств, работающих в диапазоне температур от 20 до 560°С с получением и анализом АЭ характеристик материалов. Приведена конструкция испытательного стенда. Individual elements of the procedure of testing structure materials at high temperatures are described, which are related to the features of the technology based on application of the acoustic emission method (AE). Allowing for these special features a special testing facility was manufactured on the basis of R20 tensile testing machine, including ingenious means of heating and its control, means of recording AE, loads and temperatures. The developed procedure and facility allow testing materials of thermal and electric power stations, structural elements for nuclear power engineering, equipment of chemical and metallurgical productions, operating in the temperature range from 20 to 560°C with derivation and analysis of AE characteristics of materials. Testing facility design is given.
issn 0235-3474
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103353
citation_txt Исследование АЭ характеристик материалов при высоких температурах. Сообщение 1. Элементы методики и испытательный стенд / Л.М. Лобанов, А.Я. Недосека, С.А. Недосека, А.А. Грузд, Л Ф. Харченко // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 1. — С. 5-10. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT lobanovlm issledovanieaéharakteristikmaterialovprivysokihtemperaturahsoobŝenie1élementymetodikiiispytatelʹnyistend
AT nedosekaaâ issledovanieaéharakteristikmaterialovprivysokihtemperaturahsoobŝenie1élementymetodikiiispytatelʹnyistend
AT nedosekasa issledovanieaéharakteristikmaterialovprivysokihtemperaturahsoobŝenie1élementymetodikiiispytatelʹnyistend
AT gruzdaa issledovanieaéharakteristikmaterialovprivysokihtemperaturahsoobŝenie1élementymetodikiiispytatelʹnyistend
AT harčenkolf issledovanieaéharakteristikmaterialovprivysokihtemperaturahsoobŝenie1élementymetodikiiispytatelʹnyistend
AT lobanovlm investigationofaecharacteristicsofmaterialsathightemperaturesinformation1basicproceduresandtestingbench
AT nedosekaaâ investigationofaecharacteristicsofmaterialsathightemperaturesinformation1basicproceduresandtestingbench
AT nedosekasa investigationofaecharacteristicsofmaterialsathightemperaturesinformation1basicproceduresandtestingbench
AT gruzdaa investigationofaecharacteristicsofmaterialsathightemperaturesinformation1basicproceduresandtestingbench
AT harčenkolf investigationofaecharacteristicsofmaterialsathightemperaturesinformation1basicproceduresandtestingbench
first_indexed 2025-11-24T02:13:53Z
last_indexed 2025-11-24T02:13:53Z
_version_ 1850839918051328000
fulltext УДК 621.120.31 ИССЛЕДОВАНИЕ АЭ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ. Сообщение 1. ЭЛЕМЕНТЫ МЕТОДИКИ И ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД Л. М. ЛОБАНОВ, А. Я. НЕДОСЕКА, С. А. НЕДОСЕКА, А. А. ГРУЗД, Л. Ф. ХАРЧЕНКО Рассмотрены отдельные элементы методики испытания материалов конструкций при высоких температурах, связанные с особенностями технологии, основанной на применении метода акустической эмиссии (АЭ). С учетом этих особенностей на базе разрывной машины Р-20 изготовлен специальный испытательный стенд, включающий оригинальные средства нагрева и его контроля, средства регистрации АЭ, нагрузок и температур. Разработанные методика и стенд позволяют проводить испытания материалов тепловых и электрических станций, элементов конструкций атомной энергетики, оборудования химических и металлургических производств, работающих в диапазоне температур от 20 до 560°С с получением и анализом АЭ характеристик материалов. Приведена конструкция испытательного стенда. Individual elements of the procedure of testing structure materials at high temperatures are described, which are related to the features of the technology based on application of the acoustic emission method (AE). Allowing for these special features a special testing facility was manufactured on the basis of R20 tensile testing machine, including ingenious means of heating and its control, means of recording AE, loads and temperatures. The developed procedure and facility allow testing materials of thermal and electric power stations, structural elements for nuclear power engineering, equipment of chemical and metallurgical productions, operating in the temperature range from 20 to 560°C with derivation and analysis of AE characteristics of materials. Testing facility design is given. Область использования метода АЭ постоянно расширяется. В частности, системами периодичес- кого и непрерывного АЭ контроля оснащают про- мышленные производства, на которых условия эк- сплуатации конструкций и технологического обо- рудования чрезвычайно разнообразны [1, 2, 6—10]. Это относится к химическим производствам и про- изводствам энергетического профиля, где темпера- туры могут изменяться в диапазоне от криогенных до весьма высоких, составляющих сотни градусов Цельсия, а иногда и выше. Опыт ИЭС им Е. О. Патона НАН Украины в применении АЭ для определения состояния объек- тов, работающих при низких и нормальных тем- пературах, показал, что методические трудности, связанные с установкой датчиков АЭ, проведением измерений и оценкой их результатов, могут быть эффективно преодолены. В частности, об этом сви- детельствует позитивный опыт многолетней рабо- ты систем непрерывного АЭ мониторинга на изо- термических резервуарах для хранения жидкого аммиака [3]. Металлические материалы в условиях работы при низких температурах более склонны к хруп- кому разрушению [4], акустические сигналы в них распространяются достаточно хорошо, уровень их затухания незначителен, что позволяет охватывать большие площади контролируемой поверхности с использованием нескольких датчиков АЭ [3, 5]. Известно, что высокие температуры по-разному влияют на прочностные свойства различных ме- таллов [2, 4], соответственно, АЭ при нагружении этих металлов также может существенно отличать- ся. Исследование в лабораторных условиях АЭ характеристик материалов при высоких темпера- турах является необходимым этапом при переходе к периодическому, а затем непрерывному монито- рингу объектов химических производств, посколь- ку на его основе создается методика контроля и нормативные материалы, передаваемые затем предприятиям, которые будут ее применять. Результаты, полученные при высокотемпера- турных испытаниях материалов, могут также быть полезны при АЭ исследованиях процесса сварки. Учитывая разнообразие объектов, которые работа- ют при высоких температурах в цехах химических производств, следовало выбрать ряд модельных материалов, наиболее часто используемых в кон- струкции предполагаемых объектов контроля, и испытать их в условиях нормальных и высоких температур с целью определения особенности их повреждаемости и формирования источников АЭ. Одной из задач данного этапа исследований была разработка и изготовление стенда, а также методики АЭ испытаний образцов конструкцион- ных материалов при высоких (до 560°С) темпера- турах. При этом необходимо обеспечить измерение и текущий контроль температур с невысокой ошибкой (не более ±5°С) во время испытаний ука- © Л. М. ЛОБАНОВ, А. Я. НЕДОСЕКА, С. А. НЕДОСЕКА, А. А. ГРУЗД, Л. Ф. ХАРЧЕНКО, 2009 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 5 занных образцов. Это позволит в дальнейшем ис- следовать зависимость и влияние высокотемпера- турного фактора на информационные АЭ парамет- ры, по которым принимается решение относитель- но влияния развивающихся дефектов и оценка остаточного ресурса сварных конструкций. Ука- занные погрешности обеспечивались путем при- варки термопар к поверхности испытуемого образ- ца в месте концентратора. В лабораторных условиях был разработан, из- готовлен и смонтирован специальный испытатель- ный стенд, в состав которого входят: — разрывная машина Р-20; — средства нагрева до температур вплоть до 560…600 °С: специальное устройство электронаг- рева; нагрев при помощи стабилизированного пла- мени горелки, потребляющей природный газ и кислород; — средства контроля температур: высокотемпературный (до 600 ±2°С) термо- метр; термопары; прибор «Triple-Display, Auto-Ranging M-3890D» (фирма «МЕТЕХ» (Корея); — контрольно-диагностический акустико-эмис- сионный комплекс типа ЕМА-3, укомплектован- ный высокотемпературными и стандартными дат- чиками АЭ. Для высокотемпературных испытаний материа- лов в качестве базовой была принята конструкция образца в соответствии с ДСТУ 4227-2003 с кон- центраторами в виде двух прорезей размером 1×2 мм (рис. 1). Для учета высокотемпературного фактора в средней части образца предусмотрена активная зона размером 125×20 мм. Кроме того, использовали стандартные круг- лые образцы на статическое растяжение с такой же конфигурацией зоны контроля и концентрато- рами, аналогичными показанным на рис. 1. Ис- пользование данного типа образца (рис. 2) поз- волило выносить датчики АЭ на специально раз- работанные захваты, снижая температуру металла под датчиком при нагреве образца. В результате удалось достичь уровня температуры захватов порядка 60…80 °С и использовать при измерении АЭ стандартные, а не высокотемпературные дат- чики. С целью проверки соответствия конструкций образцов специфике проводимых испытаний, вы- бора мест установки АЭ датчиков, анализа расп- ределения рабочих напряжений в активных зонах и определения зон кластеризации импульсов АЭ в различные моменты нагружения были проведены специальные исследования, предусматривающие периодические измерения продольной составляю- щей рабочих напряжений σх прод. в процессе на- гружения образца из стали 09Г2С (σ0,2 = 320 МПа). На рис. 3 представлен в относительных едини- цах график распределения напряжений σх в раз- личных сечениях активной зоны одного из подго- товленных к испытаниям образцов. Измерения Рис. 1. Образец АЭ-01Р Рис. 2. Круглый образец с головкой диаметром 14 мм Рис. 3. Распределение продольных напряжений в активной зоне образца АЭ-01Р 6 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 проводили при нагрузке P = 40⋅103 Н (4000 кгс). В нижней части рисунка представлен чертеж образца и обозначена зона, в пределах которой происходит разрушение. При создании испытательного стенда отрабаты- вали различные способы нагрева рабочей части образцов. Следовало добиться равномерного распре- деления температур в рабочей части образцов и минимального нагрева мест установки датчиков АЭ. На рис. 4 представлена одна из отрабатывае- мых схем высокотемпературных АЭ испытаний об- разцов, а именно схема с использованием специ- ально изготовленного электронагревательного ус- тройства. Предварительно изготавливали норми- рованные применительно к АЭ испытаниям стан- дартные образцы АЭ-01Р с размерами, указан- ными на рис. 1, с утоненной рабочей частью. В средней рабочей части образца монтировали нагре- вательное устройство и приваривали две термопа- ры. Термопары тарировали в специальном устрой- стве с использованием высокотемпературного (до 600°С) термометра. График тарировки представ- лен на рис. 5. АЭ датчики – по два с каждой стороны от рабочей части образца устанавливали в районе за- хватов разрывной машины (рис. 1). При испы- тании температуру в рабочей части образца под- держивали в диапазоне 540…560 °С. Испытания образцов по приведенной схеме по- казали, что температура нагрева АЭ датчиков вер- хнего захвата разрывной машины в течение дли- тельного времени превышает 120°С, что ограничи- вает возможности данной схемы испытаний и рабо- тоспособность АЭ датчиков, особенно в условиях невысоких (до 500 кгс/мин) скоростей нагруже- ния. Кроме того, в этой схеме сдерживающим усло- вием явилась необходимость поддерживать отно- сительно постоянную высокую температуру в ак- тивной зоне образца. Измерения показали пони- жение этой температуры в процессе нагружения из-за необходимости отключения электропитания перед разрушением образца (рис. 6). Недостатки использования разработанного электронагревательного устройства для термоис- Рис. 5. Графики тарирования и измерения температуры: 1 – показания термопары, приваренной в образцу; 2 – тарировоч- ный график термопары Рис. 6. График снижения температуры образца в процессе испы- таний Рис. 4. Схема высокотемпературных АЭ испытаний образцов с использованием электронагревательного устройства ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 7 пытаний послужили основанием для разработки более эффективной методики нагрева образцов. Схема испытаний с использованием точечного нагрева в центре рабочей зоны образца, выполня- емого специализированной горелкой (рис. 7), по- казала большую эффективность. Распределение температуры по длине образца (от его центра до датчиков), как показали специ- ально проведенные измерения (рис. 8), позволяет оптимизировать места установки АЭ датчиков, т. е. вынести их в зону допустимых для их нор- мальной работы температур и не ограничивать ско- рость нагружения образцов. Кроме того, данная схема обеспечивает поддержание постоянной тем- пературы в зоне точечного нагрева на протяжении всего процесса нагружения образцов. Рис. 7. Высокотемпературные АЭ испытания образцов точечным нагревом с использованием специальной газовой горелки Рис. 8. Распределение температур по длине образца в зависимости от температуры пятна нагрева в его центральной части, °С: 1 – 180; 2 – 340; 3 – 410; 4 – 530; 5 – 580 8 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 Следует также отметить то преимущество, что данная схема нагрева обеспечивает открытый до- ступ ко всей поверхности образца, приваренным термопарам и кабельным соединениям датчиков в течение всего процесса испытаний, что обес- печивает визуальный контроль и возможность кор- ректировать процесс испытаний без их остановки. Схема испытаний с использованием точечного нагрева позволяет также достаточно легко варьи- ровать линейные размеры и сечение используемых образцов, а подвижность горелки позволяет иссле- довать акустические свойства испытуемых мате- риалов при нагреве в области основного металла образца, зоны сварного шва или размещения кон- центратора. Таким образом, достигнута необходимая уни- версальность, что позволяет в перспективе испы- тывать как различные материалы и элементы кон- струкций в условиях высокотемпературного стен- да, так и оценивать влияние различных конст- руктивных особенностей на акустические свойства. Испытательный стенд и схему высокотемпера- турных испытаний с использованием точечного на- грева в центре рабочей зоны образца (рис. 9) можно предварительно признать оптимальными для проведения опытных исследований конструкцион- ных материалов с синхронной записью как парамет- ров нагружения, так и параметров АЭ. Результаты выполненных экспериментов и ис- следований позволили продолжить работы по спе- циальной программе с целью набора статисти- ческих данных, отработки алгоритмов и програм- много обеспечения диагностических и мониторин- говых АЭ систем, контролирующих объекты, ко- торые работают в условиях высоких температур. Выводы Выбран оптимальный способ нагрева рабочей час- ти образцов для проведения высокотемпературных АЭ испытаний. На его основе создан специальный испытательный стенд, отработаны конструкции об- разцов и методика регистрации параметров испы- таний. Проведены предварительные анализы парамет- ров нагружения образцов и распространения АЭ в условиях высоких температур, в том числе при наличии их градиента. Выполненные работы и полученные результаты исследований позволяют начать испытания образ- цов и конструктивных элементов с целью набора экспериментальных данных по АЭ свойствам раз- личных металлических материалов, работающих в условиях высоких температур. 1. Патон Б. Е. Современные направления исследований и разработок в области сварки и прочности конструкций // Автомат. сварка. – 2003. – № 10/11. – С. 7—13. 2. Патон Б. Е., Лобанов Л. М., Недосека А. Я. Техни- ческая диагностика: вчера, сегодня и завтра // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2003. – № 4. – С. 6—10. 3. Применение АЭ технологии при непрерывном мони- торинге оборудования Одесского припортового завода / А. Я. Недосека, С. А. Недосека, М. А. Яременко и др. // Там же. – 2008. – № 3. – С. 85—95. 4. Сопротивление материалов деформированию и разруше- нию: Справ. пособие / В. Т. Трощенко, А. Я. Красовс- Рис. 9. Окончательная конструкция стенда для испытания образцов при высоких температурах ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 9 кий, В. В. Покровский и др. – Т. 1. – Киев: Наук. думка, 1993. – 287 с. 5. Недосека А. Я., Недосека С. А. Акустическая эмиссия и ресурс конструкций // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2008. – № 2. – С. 3—11. 6. Недосека А. Я. Основы расчета и диагностики сварных конструкций / Под ред. Б. Е. Патона. – Киев: Инд- пром, 2008. – 812 с. 7. Механические свойства металлов и сплавов. Справоч- ник / В. А. Тихонов, В. А. Кононенко, Г. И. Проко- пенко, В. А. Рафаловский. – Киев: Наук. думка, 1986. – 567 с. 8. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. Справ. пособие / Б. С. Касаткин, А. Б. Кудрин, Л. М. Лобанов и др. – Киев: Наук. думка, 1981. – 583 с. 9. Barna B. A., Johnson J. A., Allemeier R. T. Determination of acoustic-emission sites using a digital nondestructive- evaluation workstation // Exper. Mech. – 1988. – 28. – P. 210—213. 10. Nunez L. R., Nishino H., Yoshida K. Acoustic emission waveform analysis of gas leakage on pipe with various types of artifical defects // 6th Intern. conf. on Acoustic Emis- sion, 28 Oct.—2 Nov., 2007: Harveus Resort&Casino: South Lake Tahoe, Nevada, USA. Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев Поступила в редакцию 14.01.2009 10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009

Схожі ресурси