MXPA00011768A

MXPA00011768A - Metodo y aparato para evaluar danos de material de metal.

Info

Publication number: MXPA00011768A
Application number: MXPA00011768A
Authority: MX
Inventors: Nishimura Nobunhiko
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-08-20
Also published as: US6789428B2; US20030200810A1; US6606910B1; JP2001153865A; JP3652943B2

Abstract

Un metodo y aparato para evaluar danos de un material de metal que es capaz de determinar si una fisura en la muestra de metal se origino por el dano por desplazamiento o deformacion o en el proceso de manufactura, y tambien es capaz de estimar la vida restante del componente de metal. El metodo de evaluacion del dano del material de metal por la presente invencion es un metodo para evaluar una fisura en la muestra de metal que comprende los pasos de montar sobre una superficie de metal que incluyeuna fisura interna y sobre ambos lados de la fisura una sonda transmisora para transmitir ondas ultrasonicas y una sonda receptora para recibir ondas ultrasonicas, transmitir las ondas ultrasonicas hacia la fisura interna y recibir la onda difractada de la fisura para determinar si esta presente o no una fisura en el metal, en base al analisis de distribucion de las ondas difractadas y un analisis de la muestra para ver si estan presentes vacios por el despalzamiento o deformacion) y, si estan presentes , la distribucion de los vacios o huecos.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA EVALUAR DANOS DE MATERIAL DE METAL ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un método y un aparato para evaluar daños de materiales de un metal, y se relaciona de manera particular con un método de evaluación de materiales de metal adecuado para evaluar un daño con desplazamiento o deformación fisurante generado en la porción soldada de aceros de baja aleación utilizados para miembros de metal resistentes a alta temperatura-alta presión tales como calderas en plantas de energía térmica.

Antecedentes de la Técnica Las horas de operación de las plantas de energia se han implementado recientemente. Tal prolongación de las horas de operación, arranque e interrupción frecuente de las operaciones, y rápidas fluctuaciones de carga de las plantas de energía causan fatiga por desplazamiento o deformación de las instalaciones de la planta de energía y degradan las instalaciones de la planta. Para arreglárselas con la degradación debido a la fatiga térmica de instalaciones en plantas de energía, se ha puesto énfasis sobre una tecnología de mantenimiento de las plantas de energía, considerando la fatiga por desplazamiento o deformación de los componentes de metal. Por ejemplo, los tubos gruesos y de diámetros grandes hechos de materiales de metal de acero resistentes a alta temperatura-alta presión son objeto de daños tales como grietas los cuales se originan, en la mayoría de los casos, en las porciones soldadas internamente. Sin embargo, puesto que daños tales como las grietas son difíciles de detectar externamente, el desarrollo de tecnología para la detección temprana de daño tal como grietas y una técnica de verificación de las grietas por una medición exacta de las grietas son problemas a resolver. Convencionalmente, la profundidad de las grietas de la superficie se mide por medio de un método de eco marginal basado en un análisis de detección de fisuras ultrasónicas. Sin embargo, para detectar la profundidad de las grietas utilizando el método de eco marginal, es necesario que un operador determine la profundidad de las grietas leyendo el cambio súbito del eco marginal, de modo que surge el problema de que el resultado del método del eco marginal sea confiable debido a que incluye errores personales. Un método llamado TOFD (Técnica de Difracción del Tiempo de Vuelo) es utilizado para detectar los defectos internos tales como agrietas y para determinar valores cuantitativos tales como la longitud del defecto.

La Figura 11 es un diagrama para explicar el principio de la medición del método TOFD. El sistema TOFD comprende una sonda transmisora 1 para transmitir una onda ultrasónica y una sonda receptora 2 para recibir la onda ultrasónica. Durante la medición por el sistema TOFD, la sonda transmisora 1 y la sonda receptora 2a son montadas sobre una muestra de metal 3 la cual incluye una grieta (defecto) 4, de modo que la grieta sea colocada en la parte media de las sondas transmisora y receptora y se transmite una onda ultrasónica oblicuamente por medio de la sonda transmisora 1 hacia la grieta 4 en la placa de metal y las sondas difractadas 6 de ambos bordes superior e inferior de la grieta son detectados por la sonda receptora 2 para medir el tiempo de propagación de la onda ultrasónica. La altura de la grieta 4 se obtiene midiendo la diferencia entre la propagación de la parte superior de la grieta y . el extremo inferior de la grieta por la siguiente ecuación (1).

L = Zb Zt = (tb .2¿ • V2/4 - S2) 1i/2¿ - (tt2 • V2/4-S2) 1/2 donde, L representa la altura de la grieta, Zb representa la profundidad de la parte superior de la grieta; Zt representa la profundidad del fondo de la grieta; D representa la distancia entre las sondas transmisora y receptora; S representa D/2, V representa la velocidad de la onda de difracción; tt representa el tiempo de propagación de la onda de difracción del extremo superior de la grieta; y tb representa el tiempo de propagación de la onda de difracción del extremo inferior de la grieta. El método TOFD descrito anteriormente tiene la ventaja de que, puesto que este método mide las ondas difractadas desde la grieta, es posible reducir el efecto debido a la inclinación de la grieta o reducir la posibilidad de sobreinspeccionar defectos direccionales y como resultado, el funcionamiento en la detección de los defectos mejora. Sin embargo, cuando una aleación de acero que ha sido utilizada durante 10 a 20 años es examinada por el método TOFD, surge el problema de que, debido a que no es posible determinar si el defecto detectado es causado como un daño fisurante debido al deterioro por la edad o .causado por el proceso de manufactura, la estimación de la vida de servicio restante es difícil. Por ejemplo, cuando una aleación de acero, usualmente utilizada para tubos gruesos que tiene diámetros grandes, es examinada, se encuentra que la velocidad de crecimiento de la grieta fisurante depende de la composición del material del acero de baja aleación, y el contenido de impurezas del metal utilizado para la porción soldada. En particular, se sabe que la velocidad de crecimiento de la grieta depende del esfuerzo térmico para la porción soldada circunferencialmente. Además, se encontró que la grieta se desarrolla no en el exterior de la tubería sino dentro del tubo de acero donde se aplica un esfuerzo multiaxial alto. Si es posible determinar si las grietas dentro de la tubería son desarrolladas por daño fisurante o generadas en el proceso de manufactura, se vuelve posible estimar la vida de servicio restante del tubo de acero. No han sido reportados estudios hasta ahora.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se hizo para resolver los problemas anteriores. Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método de evaluación de daños y el aparato para el mismo, el cual es capaz de determinar si se desarrolló una grieta interna en un material de metal debido al daño fisurante por un deterioro por la edad o causado en el proceso de manufactura, y es capaz de evaluar la vida de servicio restante de un componente de metal. De acuerdo a un primer aspecto de la presente invención, un método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal comprende los pasos de: montar sobre una superficie de metal que incluye una fisura interna y sobre ambos lados de la fisura interna una sonda transmisora para transmitir una onda ultrasónica y una onda receptora para recibir la onda ultrasónica; transmitir la onda ultrasónica hacia la fisura interna y recibir la onda difractada de la fisura interna para determinar si o no está presente una fisura en el metal. En este método, cuando está presente una fisura en una muestra de metal, una onda ultrasónica transmitida hacia la fisura por la sonda transmisora es difractada por las fisuras cuando se propaga en la muestra de metal dando lugar a una onda difractada. Si la onda difractada es detectada, se determina que está presente una fisura en la muestra de metal . De acuerdo al segundo aspecto, en el método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal de acuerdo al primer aspecto, se determina si la fisura es causada por desplazamiento o deformación, a través de un análisis metalográfico de la superficie de metal en la cual está presente la fisura interna . Este método lleva a cabo un análisis metalográfico para la superficie de la muestra de metal obteniendo una réplica de la muestra de metal y hace posible estimar exactamente si la fisura se debe a un desplazamiento o deformación evaluando si la fisura está presente y si la microestructura de metal se degradó.

De acuerdo al tercer aspecto, en un método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, el método comprende los pasos de: conducir el análisis químico de una muestra tomada de la superficie de metal; estimar las características de desplazamiento o deformación del metal en base a los resultados del análisis de la composición química; llevar a cabo análisis de esfuerzo basados en las características de desplazamiento o deformación; y determinar si ninguna de dichas fisuras se debe al desplazamiento o deformación en base al análisis de esfuerzos. En este método, se toma una pequeña pieza muestra de la superficie de la muestra de metal, se determinan las concentraciones de las impurezas por análisis químicos, se estiman las características de desplazamiento o deformación del material de metal, y se lleva a cabo el análisis de esfuerzos basado en las características de desplazamiento o deformación. En este análisis de esfuerzos, puesto que se obtiene un estimado del daño que representa la ductilidad de la muestra de metal, se vuelve posible determinar si las fisuras son causadas por desplazamiento o deformación en base al estimado de los daños obtenido anteriormente. De acuerdo al cuarto aspecto, un método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal comprende los pasos de: efectuar un análisis químico de la muestra tomada de la superficie de metal; extraer los datos de propagación de la grieta adecuados para el material de metal del resultado del análisis químico y una relación predeterminada entre la concentración de impurezas y la velocidad de propagación de la grieta correspondiente; y determinar la vida de servicio restante de la muestra de metal a partir de la velocidad de propagación de la grieta. En este método, las concentraciones de impurezas se obtienen mediante el análisis químico de una pieza pequeña muestra obtenida de la superficie de la muestra de metal, y los datos de propagación de la grieta adecuados de la muestra de metal se obtienen por medio de la concentración de impurezas y las relaciones predeterminadas entre las concentraciones de impurezas y la velocidad de propagación de la grieta por el desplazamiento o deformación. Puesto que los datos de propagación de la grieta incluyen la distancia de la fisura a la superficie de la muestra de metal, y la velocidad de propagación de la grieta, el periodo de tiempo para que la grieta alcance la superficie de la muestra de metal puede obtenerse del comportamiento de propagación de la muestra mostrado en la gráfica que representa la relación entre la altura de la grieta y el tiempo. De este modo, puede estimarse la vida de servicio restante de la muestra de metal de los datos de propagación de la grieta.

De acuerdo al quinto aspecto, un método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal comprende los pasos de: llevara cabo un análisis metalográfico de la superficie del metal; estimar el grado en el cual el daño por desplazamiento o deformación ha progresado; y extraer los datos de propagación de las grietas del grado así estimado al cual ha progresado el daño por las grietas y de la relación predeterminada entre el grado en el cual el daño por desplazamiento o deformación ha progresado y la velocidad de propagación de las grietas por desplazamiento o deformación; y determinar la vida restante de la muestra de metal que contiene la fisura. En este método, la microestructura de la superficie de la muestra de metal es analizada por el método de reproducción, el daño en el cual el daño por desplazamiento o deformación (grado del daño por desplazamiento o deformación) ha progresado se estima en base al análisis metalográfico, y los datos adecuados de propagación de las grietas para la muestra de metal se extraen en base al grado de daño por desplazamiento o deformación estimado anteriormente, y la relación predeterminada entre el grado de daño por desplazamiento o deformación y la velocidad de propagación de las grietas. Puesto que los datos de propagación de las grietas incluyen la distancia de la fisura a la superficie de la muestra de metal, y la velocidad de propagación de las grietas, el periodo de tiempo para que la grieta alcance la superficie de la muestra de metal puede obtenerse como un tiempo cuando la altura de la grieta es igual al espesor de la pared. De este modo, puede estimarse la vida de servicio restante de la muestra de metal a partir de los datos de propagación de la grieta. De acuerdo al sexto aspecto, se proporciona un método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, donde el método de evaluación del daño para evaluar una fisura en la muestra de metal utiliza el método de evaluación de daño de acuerdo al primer aspecto, el método de evaluación de daños de acuerdo al segundo aspecto, y el método de evaluación de daños de acuerdo al quinto aspecto. Este método hace posible determinar si la fisura es causada por el daño por desplazamiento o deformación y estimar la vida de servicio restante de la muestra de metal con la fisura. De acuerdo al séptimo aspecto, se proporciona un método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, donde el método de evaluación de daños para evaluar una fisura en la muestra de metal utiliza un método de evaluación de daños de acuerdo al quinto aspecto, y el método de evaluación de daños de acuerdo al tercer aspecto.

Este método hace posible determinar exactamente si la fisura es causada por desplazamiento o deformación. De acuerdo al octavo aspecto, se proporciona un método de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, donde el método de evaluación de daños para evaluar una fisura en la muestra de metal utiliza el método de evaluación de daños de acuerdo al primer aspecto, y el método de evaluación de daños de acuerdo al tercer aspecto, y el método de evaluación de daños de acuerdo al cuarto aspecto. Este método hace posible determinar si la fisura es causada por el daño por desplazamiento o deformación y estimar la vida de servicio restante de la fisura. De acuerdo al noveno aspecto, se proporciona un aparato de evaluación de daños de un material para evaluar un daño en la muestra de metal, donde el aparato de. evaluación de daños para evaluar una fisura en el material de metal comprende: un dispositivo para estimar las características de desplazamiento o deformación para estimar las características de desplazamiento o deformación del material de metal en base al análisis químico de metal tomado de la superficie de la muestra de metal; un dispositivo de determinación para determinar si o no la fisura es originada por el desplazamiento o deformación llevando a cabo análisis de esfuerzos basados en las características de desplazamiento o deformación del material de metal. Este aparato hace posible determinar en una forma más exacta y en una forma más expedita si la fisura es causada por desplazamiento o deformación. De acuerdo al décimo aspecto, el aparato de evaluación de daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal comprende: un dispositivo para extraer datos para estimar los datos de propagación adecuados de la grieta para el material de metal de los resultados del análisis químico de la superficie de la muestra de metal y de la relación entre la concentración de impurezas predeterminadas y las velocidades de propagación de la grieta; y un dispositivo para estimar la vida de servicio restante para estimar la vida de servicio restante del -I material de metal que incluye la fisura. Este aparato hace posible determinar de manera más exacta y expedita si la fisura es causada por el desplazamiento o deformación. De acuerdo al onceavo aspecto, el aparato de evaluación de daños en un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal comprende: un dispositivo para estimar daños por desplazamiento o deformación para estimar el grado en el cual el daño por desplazamiento o deformación ha progresado en base a los resultados del análisis metalográfico de la superficie de la muestra de metal; medios para extraer datos de propagación de la grieta para extraer datos de propagación adecuados de la grieta para el material de metal del grado así estimado en el cual ha progresado el daño por desplazamiento o deformación y de la relación entre un grado predeterminado en el cual el daño por desplazamiento o deformación ha progresado y la velocidad de propagación de la grieta; y un dispositivo para estimar la vida de servicio restante para estimar la vida de servicio restante del material de metal. Este aparato hace posible estimar de manera más exacta y expedita la vida de servicio restante de la muestra de metal.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de bloques que muestra un aparato para evaluar daños de acuerdo a una primera modalidad de la presente invención. La Figura 2A es una vista en transversal de una porción soldada de una tubería de alta temperatura de acuerdo a la primera modalidad de la presente invención, y la Figura 2B muestra la relación entre el grado de daño por desplazamiento o deformación del metal soldado y una concentración de impurezas.

La Figura 3 es un diagrama de flujo que muestra un método de evaluación de daños de una muestra de metal de acuerdo a la primera modalidad de la presente invención. La figura 4 es un diagrama que muestra una distribución del daño por desplazamiento o deformación en la porción soldada de un tubo de alta temperatura de acuerdo a la primera modalidad de la presente invención. La Figura 5 es un diagrama de bloques que muestra una porción principal del aparato de evaluación de daños de los materiales de metal de acuerdo a la segunda modalidad de la presente invención. La Figura 6 es un diagrama esquemático que muestra la relación entre el factor de fisuración por desplazamiento o deformación (CEF) y el factor de aumento de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación ( ) debido a las impurezas. La Figura 7 es un diagrama esquemático que muestra la relación entre el grado de daño por desplazamiento o deformación (Dc) y el factor de aumento de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación (a) debido al desplazamiento o deformación. La Figura 8 es un diagrama de bloques que muestra una porción principal del aparato de evaluación de daños de materiales de metal de acuerdo a la tercera modalidad de la presente invención. La Figura 9 es un diagrama esquemático que muestra la relación entre el grado de daño por desplazamiento o deformación (Dc) y el factor de aumento de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación (a) debido al desplazamiento o deformación. La Figura 10 es un diagrama que muestra la relación entre el tiempo para que la grieta arribe a la superficie y la altura de la grieta. La Figura 11 es un diagrama que explica los principios de la medición por el método TOFD.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El método de evaluación de daños de componentes de metal de acuerdo a la presente invención y el 'aparato de evaluación de daños de acuerdo a las modalidades de la presente invención se describen con referencia a los dibujos anexos.

[Primera Modalidad] La Figura 1 es un diagrama de bloques que muestra un aparato para evaluar daños de acuerdo a la primera modalidad de la presente invención. En la Figura 1, la referencia numérica 11 denota un oscilador para hacer que la sonda de transmisión transmita ondas ultrasónicas. El número 12 denota una porción de estimación de las características de desplazamiento o deformación (un dispositivo para estimar las características de desplazamiento o deformación) para estimar las características de desplazamiento o deformación de los materiales de metal en base al análisis químico de una muestra tomada de la superficie del material de metal 3, el número 13 es una porción de determinación (el dispositivo de determinación) para determinar si el daño es causado por el desplazamiento o deformación en base a los resultados del análisis de esfuerzos, el cual se lleva a cabo en base a las características de desplazamiento o deformación y en base a la distribución de las ondas de difracción que son recibidas del daño detectado por las ondas receptoras en la muestra de metal 3 y el número 15 es una porción de control para controlar la operación de la sonda transmisora 1, la sonda receptora 2, el oscilador 11, la porción de estimación de las características de desplazamiento o deformación 11, y la porción de determinación 13. La Figura 2A es una vista en corte transversal de una porción soldada de un tubo de alta temperatura utilizado como un ejemplo de la muestra de metal 3. En la Figura 2A, la referencia numérica 21 es un tubo de alta temperatura hecho de un acero de baja aleación, y las dos placas de acero de baja aleación 22 y 26 son procesadas doblando en tubos y ambas superficies extremas 22a y 2ßb a lo largo de las direcciones longitudinales son soldadas utilizando un metal de soldadura 23. Se desarrolló una fisura 24 en el metal soldado 23. Este metal soldado tiene una composición de, por ejemplo, 2.25% de Cr-1% de Mo-0.12% de C siendo el resto de Fe, donde P (fósforo) , As, (arsénico) , Sn (estaño) , y Sb (antimonio) son impurezas importantes las cuales afectan la velocidad de crecimiento de la grieta debido al daño por desplazamiento o deformación. Como se muestra en la Figura 2B, el grado de daño por desplazamiento o deformación (fracción de vida consumida) del metal soldado 23 es mayor que aquéllos de las placas circundantes 22 y 26, y se observó que la concentración de antimonio obtenido por análisis químico de esos materiales de metal es un factor dominante en la determinación de los grados de daño por desplazamiento o deformación de esos materiales de acero. Un método de evaluación del daño de materiales de metal utilizando un ejemplo del tubo de acero de alta temperatura de acuerdo a la presente modalidad, se describe más adelante con referencia a la Figura 3. 1. Examen Ultrasónico por el método TOFD y clasificación de las fisuras . (1) Detección ultrasónica de fisuras por el método TOFD Una sonda de transmisión 1 y una sonda de recepción 2 se colocan sobre ambos lados de la porción soldada, estando las sondas separadas a distancias iguales de una fisura 2A en la porción soldada. Las ondas ultrasónicas 5 son transmitidas hacia la fisura 24 desde la sonda de transmisión 1 y las sondas difractadas 14 de la fisura 24 son detectadas para determinar si la fisura 24 está presente en el tubo de acero de alta temperatura. Cuando la fisura es detectada, se obtienen la posición, altura y longitud de la fisura 24. La posición de la fisura 24 se identifica moviendo ambas de la sonda de transmisión y la sonda de recepción 2 a lo largo de la línea soldada. (2) Clasificación de las fisuras detectadas Las fisuras detectadas se clasifican en uno de los tres tipos de fisuras. Las fisuras detectadas por el método TODF pueden ser clasificadas en uno de los tres tipos siguientes. • Fisura de tipo "A" (fisuras densas) Una pequeña pluralidad de pequeñas fisuras que se estima están densamente localizadas. Por ejemplo, dos fisuras que se estima tienen la misma longitud se localizan cerca y su intervalo entre las dos fisuras es menor que la longitud de la fisura mayor. • Fisura del tipo "B" Se estima que las fisuras se extienden en dos dimensiones . • Fisura del tipo "C" Se estima que las fisuras se extienden en tres dimensiones, por ejemplo, por involución de un golpe dado al azar. 2. Determinación por el método de respuesta (1) Muestreo por respuesta Una respuesta de la superficie del tubo de acero de alta temperatura del tubo 21 se obtiene como una respuesta 25 utilizando el método de respuesta. Por ejemplo, la superficie del tubo de acero 21 es terminada en una superficie especular después de un pulido áspero y fino, y la película plástica para la respuesta es adherida con presión a la superficie especular terminada después de ser sometida a grabado para copiar la microestructura superficial del tubo sobre la película de respuesta. (2) Observación y determinación de la superficie de respuesta La superficie de respuesta se observa con un microscopio óptico par examinar si existen huecos (huecos por desplazamiento o deformación) debido al daño por desplazamiento o deformación. En este paso, se determina aproximadamente si la fisura 24 es causada por desplazamiento o deformación. Posteriormente, la superficie es examinada con precisión bajo el microscopio electrónico de exploración (SEM) para determinar si están presentes o no huecos por desplazamiento o deformación, y cuando se encuentran huecos por desplazamiento o deformación, la distribución de los huecos por desplazamiento o deformación se examina con precisión. Por ejemplo, el número de huecos por desplazamiento o deformación se mide y se obtiene la densidad de huecos por desplazamiento o deformación para • estimar el grado de daño por desplazamiento o deformación (fracción de vida consumida) del diagrama de evaluación de vida (gráfica que muestra la relación entre la densidad de huecos por desplazamiento o deformación y el grado de daño por desplazamiento o deformación) . Como se describió anteriormente, cuando se observa el desplazamiento o deformación, se determina que el desplazamiento o deformación causa la fisura 24. En contraste, cuando el daño por desplazamiento o deformación no es observado en la respuesta 25, se determina que la fisura 25 no es causada por el daño por desplazamiento o deformación (causado en el proceso de manufactura) . 3. Determinación por análisis químico de la composición del metal (1) Análisis de impurezas Una capa de óxido superficial de la región de la muestra del metal soldado 23 se remueve moliendo, y la superficie del metal así terminada se une para tomar muestras de fragmento de metal. Posteriormente, se analizan las concentraciones de P, As, Sn y Sb en los fragmentos. El análisis ha sido efectuado por el análisis de absorción atómica para p y por el análisis de espectro de emisión ICP generado por hidruro para análisis con As, Sn y Sb. (2) Evaluación de las características de desplazamiento o deformación. Posteriormente, en base al análisis de las impurezas, se obtiene el factor de fisuración por desplazamiento o deformación (CEF) por la siguiente ecuación. CEF = P (% en peso) + 2.4 As (% en peso) + 3.6 Sn (% en peso) + 8.2 Sb (% en peso) ... (2) El grado de daño por desplazamiento o deformación (velocidad del consumo de vida) se estima a partir del valor CEF y el resultado del calculo del esfuerzo del tubo ejecutado por separado y se determina a partir del grado por desplazamiento o deformación si la fisura 24 fue generada por el desplazamiento o deformación o no. 4. Evaluación de la distribución de la isura en sección transversal En base al grado de daño por desplazamiento o deformación obtenido por la observación de la respuesta y el análisis de impurezas, se obtiene la distribución en la sección transversal del grado del daño por desplazamiento o deformación del metal soldado, y en base a la distribución en la sección transversal del grado de daño por desplazamiento o deformación, se determina si la fisura es causada por desplazamiento o deformación. Debe notarse que el grado de • daño por desplazamiento o deformación descrito anteriormente puede ser evaluado mediante el análisis de esfuerzos, además del método de respuesta. El análisis de esfuerzo se lleva a cabo en el uso del método del elemento finito en el cual un sistema de tubería que tiene una junta soldada es convertido en un modelo de As equivalente con la misma rigidez, y la porción de soporte y la porción de fijación son provistas con el modelo anterior como si el tubo práctico, y la temperatura del modelo se eleva a la misma temperatura a la cual el componente práctico está expuesto. Se espera que el tubo se expanda de manera correspondiente a la temperatura. Sin embargo, se genera esfuerzo en el tubo debido a que la deformación de vida a la expansión térmica es restringida por la porción de soporte en la porción de fijación. Puesto que este esfuerzo es el esfuerzo macroestructural generado en el sistema de tubería, este esfuerzo puede ser analizado aplicado al modelo descrito anteriormente, en el cual los efectos del metal base, el efecto térmico y las características de desplazamiento o deformación del metal depositadas son tomadas en consideración. En este análisis, el efecto de las impurezas es tomado en consideración como las características del material utilizado, y se obtiene el efecto de la restricción en ejes múltiples interna como resultado del. análisis. Además, la distribución del daño por desplazamiento o deformación en la dirección del espesor puede obtenerse de la distribución de esfuerzos generada en la dirección del espesor en la porción de la junta. Como se describió anteriormente, el método de evaluación del daño de acuerdo a la presente modalidad es capaz de determinar más exactamente si la fisura 24 generada en el metal soldado es causada por desplazamiento o deformación.

Además, el aparato para evaluar daños de acuerdo a la presente modalidad es capaz de determinar exacta y rápidamente si la fisura 24 generada en el metal soldado es causada por desplazamiento o deformación.

[Segunda modalidad] La Figura 5 es un diagrama de bloques que muestra una constitución del aparato para evaluar daños de metales de acuerdo a la segunda modalidad de la presente invención. El aparato de acuerdo a la segunda modalidad difiere al de acuerdo a la primera modalidad en que la porción de determinación 13 comprende una porción que extrae datos (dispositivo extractor de datos) 31 para extraer Jos datos de propagación de la grieta adecuados para el metal particular 3 tanto del resultado del análisis químico de la muestra obtenida de la superficie de metal 3, como la relación entre la composición química así obtenida y la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación, y una porción de estimación de la vida restante (dispositivo para estimar la vida restante) 32 para estimar la vida restante de la fisura 24 en base a los datos de propagación de la grieta así obtenidos. A continuación, será descrito el método de evaluación de daños de acuerdo a la segunda modalidad en el caso de un tubo de alta temperatura 21 mostrado en la Figura 2. 1. Detección ultrasónica de fisuras por TOFD y clasificación de las fisuras El método es el mismo que el de la primera modalidad y de este modo la explicación se omitió. 2. Evaluación de las características de desplazamiento o deformación De manera similar a la primera modalidad, se obtienen las concentraciones de impurezas tales como P, As, Sn y Sb por análisis químico y se obtiene el factor de fisuración por desplazamiento o deformación (CEF) sobre los resultados de la concentración de impurezas. Posteriormente, es estima el daño por desplazamiento o deformación acumulado por el método de respuesta o el análisis de esfuerzo, de manera similar a la primera modalidad. Posteriormente, se obtiene el factor de aumento de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación (a) que depende de las impurezas del valor CEF así obtenido. La Figura 6 puede obtenerse llevando a cabo pruebas de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación para muestras de tubo de acero de alta temperatura 21 que tengan diferentes concentraciones de impurezas. Como referencia, el factor de aumento de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación (a) se fija en "1". Además, el factor de aumento de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación (ß) , que depende del daño por desplazamiento o deformación, se obtiene de la Figura 7. La Figura 7 se obtiene llevando a cabo pruebas de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación para varias muestras de tubo de alta temperatura 21 que tienen diferentes grietas por desplazamiento o deformación. Como referencia, el factor de aumento de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación (ß) para acero de alta temperatura bajo en impurezas, se fija en "1" (en la Figura 7, DC representa el daño por desplazamiento o deformación) . Posteriormente, se obtiene la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación (da/dt) tomando la concentración de impurezas y el grado de daño por desplazamiento o deformación en consideración, utilizando la siguiente fórmula (3) . da/dt= a • ß • A • (C*)B (3] donde, A y B son constantes del material, y C* es un parámetro de la mecánica de la fractura que depende del esfuerzo y las características de desplazamiento o deformación del material. Posteriormente, se obtiene la vida de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación de la ecuación anterior (3) . Siguiendo los pasos descritos anteriormente, puede obtenerse la vida de servicio restante del material que incluye la fisura 24 mediante el uso de la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación obtenida en la ecuación (3) . El método de evaluación de daños del material de metal de acuerdo a la presente invención es capaz de determinar exactamente si la fisura generada en el metal soldado es causada debido al desplazamiento o deformación, y es también capaz de obtener la vida de servicio restante del material de metal incluyendo la fisura 24.

[Tercera Modalidad] La Figura 8 es un diagrama de bloques que muestra la porción principal del aparato para evaluar daños del material de metal de acuerdo a la tercera modalidad de la presente invención. El aparato de acuerdo a la tercera modalidad difiere del de acuerdo a la segunda modalidad en que el aparato comprende, en lugar de la porción extractora de datos, una porción para la estimación de daños por desplazamiento o deformación (dispositivo para estimar daños por desplazamiento o deformación) 41 para estimar el grado de daño en base al análisis metalográfico de la superficie de la muestra (por el método de respuesta) y una porción de extracción de datos (porción de extracción de datos) 42 para extraer datos de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación adecuados para la muestra a partir del grado de daño por desplazamiento o deformación así obtenido, y una relación entre el grado en el cual ha progresado el daño por desplazamiento o deformación, obtenido de manera anticipada, y la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación. Los datos de evaluación del daño del material de metal de acuerdo a la tercera modalidad se describe para el caso del metal de acero de alta temperatura 21 mostrado en la Figura 2. 1. Detección ultrasónica de fisuras y clasif cación de las fisuras Se utilizó el mismo método que en la primera modalidad, de modo que se omitió explicación. 2. Determinación por respuesta De manera similar a la primera modalidad, se observa una respuesta del tubo de acero de alta temperatura y se estima el grado en el cual ha progresado el daño por desplazamiento o deformación (el grado de daño por desplazamiento o deformación) . Posteriormente, se obtiene la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación del grado de daño por desplazamiento o deformación así estimado utilizando la Figura 9. A continuación, se obtiene el periodo de tiempo por unidad de profundidad hasta que la fisura alcanza la superficie dividiendo la distancia de la fisura a la superficie de la muestra por la velocidad de propagación de la grieta, de modo que puede obtenerse la vida de servicio restante del material de metal que incluye la fisura de la Figura 10 utilizando la relación entre el periodo de tiempo por unidad de profundidad y la profundidad de la fisura. El punto A mostrado en la Figura 10 es la profundidad de la fisura medida 24. El método de evaluación de daños de un material de metal de acuerdo a la tercera modalidad hace posible determinar exactamente si la fisura originada en el metal soldado es causada por el desplazamiento o deformación o no, y obtener la vida de servicio restante del material de metal que incluye la fisura 24. Como se describió anteriormente, el método y aparato para la evaluación de daños de la presente invención se describió utilizando tres modalidades con referencia a los dibujos anexos. Sin embargo, la presente invención no se limita a las tres modalidades descritas anteriormente y pueden ser contempladas variantes de la misma sin pasar más allá del alcance de la invención. Por ejemplo, puede utilizarse una variación del aparato para evaluar daños, la cual hace uso de la onda reflejada de una onda ultrasónica. Este aparato para evaluar daños comprende una sonda transmisora y una sonda receptora colocadas sobre una placa de metal sobre ambos lados de una fisura interna y la presencia de la fisura se determina por medio de la detección por la sonda receptora de la sondas ultrasónicas reflejadas. Como se describió anteriormente, el aparato para la evaluación de daños de un material de acuerdo a un primer aspecto de la presente invención es capaz de determinar si una fisura generada en el metal es causada por el desplazamiento o deformación o por otras razones (tal como las fisuras generadas en el proceso de manufactura) analizando la distribución de la onda difractada de la fisura, y también es capaz de estimar la vida de servicio restante del material de metal. Como resultado, la vida de servicio restante de la muestra de metal utilizada durante un tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo, puede estimarse fácilmente dentro de un periodo de prueba breve. El aparato para evaluar daños de acuerdo al segundo aspecto es capaz de determinar si la fisura generada en el metal es causada por el desplazamiento o deformación por el análisis metalográfico de la superficie de metal y también es capaz de estimar la vida de servicio restante del material de metal. Como resultado, la vida de servicio restante de una muestra de metal utilizada durante un tiempo prologado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo, puede estimarse fácilmente dentro de un periodo de prueba breve. El aparato para evaluar daños de acuerdo al tercer aspecto es capaz de determinar si la fisura generada en el metal es causada por desplazamiento o deformación estimando las características de desplazamiento o deformación de la muestra de metal a partir del análisis químico de la composición del metal y llevando a cabo análisis de esfuerzos basados en las características de desplazamiento o deformación así obtenidas, y también es capaz de estimar la vida de servicio restante del material de metal. Como resultado, la vida de servicio restante del componente de metal utilizado durante un periodo de tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo puede determinarse fácilmente dentro de un periodo de prueba breve. El aparato para evaluar daños de acuerdo al cuarto aspecto es capaz de determinar sí la fisura generada en el metal es causada por el desplazamiento o deformación o no, extrayendo los datos de propagación de la grieta adecuados para la muestra de metal de los datos del análisis químico de la superficie de metal, y de la relación entre la concentración del elemento predeterminado y la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación, y también es capaz de estimar la vida de servicio restante del material de metal de los datos de propagación de la grieta anteriores. Como resultado, la vida de servicio restante del componente de metal utilizado durante un tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo puede estimarse fácilmente dentro de un periodo de prueba breve. El aparato de evaluación de daño de acuerdo con el quinto aspecto es capaz de determinar si la fisura generada en el metal es causada por el desplazamiento o deformación o no, ' estimando el grado de daño por desplazamiento o deformación del análisis metalográfico de la superficie del metal, y los datos de velocidad de propagación de la grieta adecuados para la muestra de metal se extraen de la relación entre el grado de daño así estimado por desplazamiento o deformación y de los datos de velocidad de propagación de la grieta de desplazamiento o deformación que corresponden en el grado por desplazamiento o deformación, y también es capaz de estimar la vida de servicio restante del material de metal de los datos extraídos anteriores. Como resultado, la vida de servicio restante de un componente de metal utilizado durante un tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo puede estimarse fácilmente dentro de un periodo \ de prueba breve. El aparato de evaluación de daños de conformidad con el sexto o el octavo aspecto es capaz de determinar si la fisura generada en el metal es causada por el daño por desplazamiento o deformación o no, y la vida de desplazamiento o deformación restante de la muestra de metal puede estimarse exactamente. Como resultado, la vida de servicio de un componente de metal utilizado durante un tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo puede estimarse fácilmente dentro de un periodo de prueba breve. El aparato para evaluar daños de acuerdo al séptimo aspecto es capaz de determinar si la fisura del metal es causada por desplazamiento o deformación o no, y la vida de servicio restante de la muestra del metal puede estimarse exactamente. Como resultado, la vida de servicio restante de un componente de metal utilizado durante un tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo puede determinarse dentro de un periodo de prueba breve. El aparato para evaluar daños de acuerdo al noveno o décimo aspecto, es capaz de determinar si la fisura en el metal es causada por el daño por desplazamiento o deformación o no, por el uso del resultado del análisis químico de la superficie del metal y la vida de servicio restante de la muestra de metal puede estimarse exactamente. Como resultado, la vida de servicio restante del componente de metal utilizado durante un tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo puede estimarse fácilmente dentro de un periodo de prueba breve. El aparato para evaluar daños de acuerdo con el onceavo aspecto es capaz de determinar si la fisura originada en el metal es causada por el daño por desplazamiento o deformación o no, mediante el uso del resultado del análisis metalográfico y la vida de servicio restante de la muestra de metal puede estimarse exactamente. Como resultado, la vida de servicio restante de un componente de metal utilizado durante un tiempo prolongado bajo condiciones de alta temperatura y alto esfuerzo puede estimarse fácilmente dentro de un periodo de prueba breve .

Claims

CAPITULO REIVINDICATOR O Habiendo descrito la invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES :

1 . Un método para evaluar daños de un material de metal para evaluar la fisura en una muestra de metal, caracterizado porque comprende los pasos de: montar sobre una superficie de una muestra de metal que incluye internamente una fisura y sobre ambos lados de la fisura una sonda transmisora para transmitir ondas ultrasónicas y una sonda receptora para recibir una onda ultrasónica; transmitir en las sondas ultrasónicas hacia la fisura interna y recibir la onda difractada de la fisura interna para determinar si la fisura está presente en el metal .

2. El método para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se determina si la fisura es causada por el desplazamiento o deformación por el resultado del análisis metalográfico después de llevar a cabo el examen metalográfico de la superficie de metal en la cual está presente la fisura.

3. Un método para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en una muestra de metal, caracterizado porque comprende los pasos de: conducir el análisis químico de una muestra tomada de la superficie del metal, estimar las características de desplazamiento o deformación del metal en base a los resultados de la composición química, llevar a cabo análisis de esfuerzos basados en las características de desplazamiento o deformación y, basados en un análisis de esfuerzos, determinando si la fisura se generó debido al desplazamiento o deformación.

4. Un método para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en una muestra de metal, caracterizado porque comprende los pasos de: conducir un análisis químico para una muestra tomada de una superficie de metal; extraer datos de propagación de la grieta adecuados para el material de metal del resultado del análisis químico y una relación predeterminada entre la concentración elemental y la relación de propagación de la grieta del metal; y determinar la vida de servicio restante del material de metal que incluye la fisura.

5. Un método para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, caracterizado porque comprende los pasos de: llevar a cabo un análisis metalográfico para la superficie del metal; estimar el grado de progreso del daño por desplazamiento o deformación; y extraer los datos de propagación de la grieta del grado de progreso de daño por desplazamiento o deformación así estimado y de la relación predeterminada entre el grado de progreso del daño por desplazamiento o deformación y la velocidad de propagación de la grieta por desplazamiento o deformación del metal; y determinar la vida restante del material de metal que incluye la fisura.

6. Un método para evaluar daños de un .material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, caracterizado porque el método de evaluación de daños para evaluar la fisura en la muestra de metal utiliza un método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 1, el método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 2, y el método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 5.

7. Un método para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, caracterizado porque el método de evaluación de daños para evaluar una fisura en la muestra de metal utiliza el método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 1, y el método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 3.

8. Un método para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, donde el método de evaluación de daños para evaluar una fisura en la muestra de metal utiliza el método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 1, y el método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 3, y el método de evaluación de daños de conformidad con la reivindicación 4.

9. Un aparato para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, donde el aparato para evaluar daños para evaluar, una fisura en el material de metal, se caracteriza porque comprende: un dispositivo para estimar las características del desplazamiento o deformación para estimar las características de desplazamiento o deformación del material de metal en base al análisis químico de la muestra de metal tomado de la superficie de la muestra de metal; un dispositivo de determinación para determinar sí una fisura es originada por el desplazamiento o deformación o no, llevando a cabo análisis de esfuerzos en base a las características de desplazamiento o deformación del material de metal.

10. Un aparato para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, caracterizado porque el aparato para evaluar daños para evaluar una fisura en el material de metal comprende: un dispositivo para extraer datos para estimar los datos de propagación de la grieta adecuados para el material de metal del resultado del análisis químico de la superficie de la muestra de metal y de la relación predeterminada entre la concentración elemental y la velocidad de propagación de la grieta del metal; y un dispositivo para estimar la vida de servicio restante para estimar la vida de servicio restante del material de metal que incluye la fisura.

11. Un aparato para evaluar daños de un material de metal para evaluar una fisura en la muestra de metal, caracterizado porque el aparato para evaluar daños para evaluar una fisura en el material de metal, comprende: un dispositivo de estimación de daños por desplazamiento o deformación para estimar el grado de progreso del daño por desplazamiento o deformación en base al resultado del análisis metalográfico de la superficie de la muestra de metal; medios para extraer datos de propagación de la grieta para extraer datos de propagación de la grieta adecuados para el material de metal del grado de progreso así estimado del daño por desplazamiento o deformación de la relación entre un grado de progreso predeterminado del daño por desplazamiento o deformación y la velocidad de propagación de la grieta; y un dispositivo para estimar la vida de servicio restante para estimar la vida de servicio restante del material de metal.