RU2532141C1 - Method of non-destructive test of long-term operated metal of operated elements of heat power equipment - Google Patents
Method of non-destructive test of long-term operated metal of operated elements of heat power equipment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2532141C1 RU2532141C1 RU2013134694/28A RU2013134694A RU2532141C1 RU 2532141 C1 RU2532141 C1 RU 2532141C1 RU 2013134694/28 A RU2013134694/28 A RU 2013134694/28A RU 2013134694 A RU2013134694 A RU 2013134694A RU 2532141 C1 RU2532141 C1 RU 2532141C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- long
- delay time
- account
- surface acoustic
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способам изучения и анализа наноструктурного состояния длительно работающего наплавленного и основного металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования с помощью методов физического металловедения, в частности электронно-микроскопических исследований наноструктуры (локальных полей внутренних напряжений, дислокаций), а также акустических методов неразрушающего контроля.The invention relates to methods for studying and analyzing the nanostructured state of a long-term deposited and base metal of operated elements of heat power equipment using methods of physical metallurgy, in particular electron microscopic studies of the nanostructure (local fields of internal stresses, dislocations), as well as acoustic non-destructive testing methods.
В процессе длительной эксплуатации элементов теплоэнергетического оборудования при высоких температурах и давлениях в длительно работающем наплавленном и основном металле происходят сложные физико-химические процессы, вызванные, в первую очередь, распадом перлитной составляющей микроструктуры, коагуляцией и сфероидизацией карбидов, образованием и накоплением микроповрежденности.During the long-term operation of the elements of heat-power equipment at high temperatures and pressures, the long-running deposited and base metal undergo complex physicochemical processes, caused primarily by the decomposition of the pearlite component of the microstructure, coagulation and spheroidization of carbides, and the formation and accumulation of microdamage.
Большую опасность с точки зрения безопасной эксплуатации представляют зоны элементов теплоэнергетического оборудования, подвергающиеся высокому давлению и температуре. В таких зонах развиваются микронесплошности, которые на ранних стадиях не выявляются существующими методами неразрушающего контроля.Of great danger from the point of view of safe operation are the zones of elements of thermal power equipment subjected to high pressure and temperature. In such zones micro-discontinuities develop, which in the early stages are not detected by existing non-destructive testing methods.
В теплоэнергетике для контроля качества металла элементов оборудования применяют способ акустико-эмиссионного контроля (см. Госгортехнадзор России, ГУП и НТЦ «Промышленная безопасность». Сборник документов. Серия 28. Выпуск 2001 г.).In the power system, the acoustic emission control method is used to control the metal quality of equipment elements (see Gosgortekhnadzor of Russia, State Unitary Enterprise and Scientific and Technical Center "Industrial Safety". Collection of documents. Series 28. Issue 2001).
В основу способа акустико-эмиссионного контроля положена, в частности, работа по оценке работоспособности сварных соединений (см. Иванов В.И., Белов В.М. Акустико-эмиссионный контроль сварки и сварных соединений. М.: Машиностроение, 1981, 184 с.).The basis of the method of acoustic emission control is, in particular, work on the assessment of the health of welded joints (see Ivanov V.I., Belov V.M. Acoustic emission control of welding and welded joints. M: Mechanical Engineering, 1981, 184 s. .).
Способ акустико-эмиссионного контроля основан на испускании материалом упругих волн, вызванных динамической локальной перестройкой его структуры. Оценку работоспособности длительно работающего наплавленного и основного металла проводят путем регистрации и анализа, возбуждаемых развивающимися дефектами акустических колебаний.The method of acoustic emission control is based on the emission of elastic waves by the material caused by dynamic local restructuring of its structure. The performance assessment of a long-running deposited and base metal is carried out by recording and analysis excited by developing defects in acoustic vibrations.
К недостаткам этого способа неразрушающего контроля металла элементов теплоэнергетического оборудования можно отнести:The disadvantages of this method of non-destructive testing of metal elements of heat power equipment include:
- сложность и большую стоимость аппаратуры;- the complexity and high cost of equipment;
- низкую помехоустойчивость аппаратуры;- low noise immunity of the equipment;
- не явную связь между параметрами микроструктуры в зоне образования микронесплошностей и акустико-эмиссионными характеристиками.- not an explicit relationship between the parameters of the microstructure in the zone of micro-discontinuity formation and the acoustic emission characteristics.
Наиболее близким к изобретению следует отнести способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей (Патент на изобретение №2457478, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.07.2012 г.), включающий измерение времени задержки поверхностных акустических волн в неработающем сварном соединении с исходным состоянием, в эксплуатируемом сварном соединении в металле швов и околошовных зонах в двух взаимно перпендикулярных направлениях, далее на основе измерения локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений и времени задержки поверхностных акустических волн определяют акустический критерий оценки ресурса сварных соединений:Closest to the invention should include a method for identifying pre-fracture zones in welded joints of heat-resistant steels (Patent for invention No. 2457478, registered in the State register of inventions of the Russian Federation on July 27, 2012), which includes measuring the delay time of surface acoustic waves in an idle welded joint with the initial state , in an operated welded joint in the weld metal and near-weld zones in two mutually perpendicular directions, further based on the measurement of local long-distance stvuyuschih internal stress fields and the delay time of the surface acoustic waves determined acoustic criterion resource welds evaluation:
где R01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны поляризованной вдоль неработающего сварного соединения в исходном состоянии, нс;where R 01 is the average delay time of a surface acoustic wave polarized along the idle weld in the initial state, ns;
Rt01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны поляризованной вдоль эксплуатируемого сварного соединения, нс;R t01 is the average delay time of a surface acoustic wave polarized along an operated weld, ns;
R02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны поляризованной поперек неработающего сварного соединения в исходном состоянии, нс;R 02 - the average delay time of a surface acoustic wave polarized across the idle weld in the initial state, ns;
Rt02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны поляризованной поперек эксплуатируемого сварного соединения, нс,R t02 - the average delay time of a surface acoustic wave polarized across the operated weld, ns,
причем при величине акустического критерия оценки ресурса сварного соединения, меньше либо равной 0,98, производят замену эксплуатируемого элемента.moreover, when the value of the acoustic criterion for evaluating the resource of the welded joint is less than or equal to 0.98, the operated element is replaced.
К недостаткам способа выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей следует отнести то обстоятельство, что при определении степени поврежденности металлов количественно не учитывается степень изменения структурно-фазового состояния наплавленного и основного металла в процессе длительной эксплуатации.The disadvantages of the method for identifying pre-fracture zones in welded joints of heat-resistant steels include the fact that when determining the degree of damage to metals, the degree of change in the structural-phase state of the deposited and base metal during long-term operation is not quantitatively taken into account.
Технический результат изобретения заключается в предотвращении повреждений длительно работающего наплавленного и основного металла элементов теплоэнергетического оборудования.The technical result of the invention is to prevent damage to a long-running deposited and base metal elements of heat power equipment.
Указанный технический результат достигается тем, что акустический критерий оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла содержит коэффициент, учитывающий анизотропию акустических характеристик, а также коэффициент, учитывающий изменение структурно-фазового состояния (величины локальных полей внутренних напряжений) в исследуемом металлеThe specified technical result is achieved by the fact that the acoustic criterion for assessing the resource of a long-term working base and deposited metal contains a coefficient taking into account the anisotropy of acoustic characteristics, as well as a coefficient taking into account a change in the structural-phase state (the value of local fields of internal stresses) in the metal under study
где KC - коэффициент, учитывающий анизотропию акустических характеристик и выражается какwhere K C - coefficient taking into account the anisotropy of acoustic characteristics and is expressed as
γ - коэффициент, учитывающий изменение величины локальных полей внутренних напряжений в исследуемом металле и выражается формулой:γ is a coefficient that takes into account the change in the value of local fields of internal stresses in the studied metal and is expressed by the formula:
где
τвн - величина локальных полей внутренних напряжений в исследуемом наплавленном металле,τ int - the value of the local fields of internal stresses in the investigated deposited metal,
ΔR1 и ΔR2 - анизотропия времени задержки поверхностных акустических волн в наплавленном металле и в длительно работающем металле соответственно. Данные величины рассчитываются какΔR 1 and ΔR 2 are the anisotropy of the delay time of surface acoustic waves in the deposited metal and in the long-running metal, respectively. These values are calculated as
где
причем при величине акустического критерия оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла элементов теплоэнергетического оборудования более чем 0,22 производят замену эксплуатируемого элемента.moreover, with the magnitude of the acoustic criterion for assessing the resource of a long-term working base and deposited metal of elements of thermal power equipment of more than 0.22, the operated element is replaced.
Заявленный способ осуществляют следующим образом. Для неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования проводят измерение времени задержки поверхностной волны, поляризованной вдоль и поперек зон наплавленного металла в исходном состоянии и в длительно работающем металле эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования. Измерения проводят не менее чем в двенадцати точках каждого участка. Затем из этих участков с замеренным временем задержки поверхностных акустических волн изготавливают образцы (шлифы), которые исследуют электронно-микроскопическими методами в точках измерения времени задержки поверхностных акустических волн. В этих точках изучают наноструктуру: определяют величину локальных полей внутренних напряжений и плотность дислокаций, выявляют наличие микронесплошностей. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием статистических методов обработки результатов.The claimed method is as follows. For non-destructive testing of the long-working metal of the operated elements of the heat-power equipment, the delay time of a surface wave polarized along and across the zones of the deposited metal in the initial state and in the long-working metal of the operated elements of the heat-power equipment is measured. Measurements are taken at no less than twelve points in each area. Then, samples (sections) are made from these sections with a measured delay time of surface acoustic waves, which are examined by electron microscopy at the points of measurement of the delay time of surface acoustic waves. At these points, the nanostructure is studied: the magnitude of the local fields of internal stresses and the density of dislocations are determined, and the presence of micro discontinuities is detected. The reliability of the results is confirmed by the use of statistical methods for processing the results.
Исследования наноструктуры проводят с применением электронно-микроскопических методов на микроскопе «ЭМ-125К» при ускоряющем напряжении 125 кВ с использованием гониометра.The nanostructure studies are carried out using electron microscopy methods on an EM-125K microscope at an accelerating voltage of 125 kV using a goniometer.
Далее определяют критический уровень локальных полей внутренних напряжений для длительно работающего наплавленного и основного металла, приводящий к возникновению микронесплошностей и разрушению.Next, the critical level of local fields of internal stresses is determined for a long-term deposited and base metal, which leads to the occurrence of micro-discontinuities and destruction.
Строят эталонные кривые зависимостей между величиной локальных полей внутренних напряжений и временем задержки поверхностных акустических волн для длительно работающего наплавленного и основного металла.Reference curves are constructed between the magnitude of the local fields of internal stresses and the delay time of surface acoustic waves for a long-term deposited and base metal.
Для акустических исследований используют многофункциональную автоматизированную спектрально-акустическую систему «АСТРОН». В основу работы аппаратной части системы положен способ подробной регистрации всей серии отраженных акустических импульсов для ее последующей обработки средствами программной части системы.For acoustic research, the ASTRON multifunctional automated spectral-acoustic system is used. The basis of the operation of the hardware of the system is a method for detailed registration of the entire series of reflected acoustic pulses for its subsequent processing by the software of the system.
После этого определяют предельную величину акустического критерия, которая характеризует образование в длительно работающем наплавленном и основном металле элементов теплоэнергетического оборудования микронесплошностей, приводящих к появлению трещин и разрушению.After that, the limiting value of the acoustic criterion is determined, which characterizes the formation of micro-discontinuities in the long-term deposited and base metal elements of the heat and power equipment, leading to the appearance of cracks and fracture.
Акустический критерий оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла элементов теплоэнергетического оборудования определяется по формуле:The acoustic criterion for assessing the resource of a long-term working base and deposited metal of elements of heat power equipment is determined by the formula:
где KC - коэффициент, учитывающий анизотропию акустических характеристик и выражается какwhere K C - coefficient taking into account the anisotropy of acoustic characteristics and is expressed as
γ - коэффициент, учитывающий изменение величины локальных полей внутренних напряжений в исследуемом металле и выражается формулойγ is a coefficient that takes into account the change in the value of local fields of internal stresses in the studied metal and is expressed by the formula
где
τвн - величина локальных полей внутренних напряжений в исследуемом наплавленном металле,τ int - the value of the local fields of internal stresses in the investigated deposited metal,
ΔR1 и ΔR2 - анизотропия времени задержки поверхностных акустических волн в наплавленном металле и в длительно работающем металле соответственно.ΔR 1 and ΔR 2 are the anisotropy of the delay time of surface acoustic waves in the deposited metal and in the long-running metal, respectively.
Данные величины рассчитываются какThese values are calculated as
где
причем при величине акустического критерия оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла элементов теплоэнергетического оборудования более чем 0,22 (если коэффициент, учитывающий изменение величины локальных полей внутренних напряжений в исследуемом металле более 0,13, а коэффициент, учитывающий анизотропию акустических характеристик, находится в пределах от 0,64 до 1), то производят замену эксплуатируемого элемента.moreover, when the value of the acoustic criterion for assessing the resource of a long-term working base and deposited metal of elements of thermal power equipment is more than 0.22 (if the coefficient taking into account the change in the value of the local fields of internal stresses in the studied metal is more than 0.13, and the coefficient taking into account the anisotropy of acoustic characteristics is in ranging from 0.64 to 1), then replace the operated element.
Пример конкретного применения заявляемого способа.An example of a specific application of the proposed method.
Для исследованного длительно работающего наплавленного и основного металла барабана котла высокого давления, изготовленного из специальной молибденовой стали после 320 тыс. ч эксплуатации при температуре 316°C и давлении 11,0 МПа
Таким образом, предложенный способ впервые позволяет выявлять зоны образования микронесплошностей в эксплуатируемых элементах энергетического оборудования по акустическому критерию, который учитывает как анизотропию акустических характеристик, так и изменение структурно-фазового состояния (величины локальных полей внутренних напряжений) в исследуемом металле.Thus, the proposed method for the first time allows you to identify areas of micro-discontinuity formation in the operated elements of power equipment by the acoustic criterion, which takes into account both the anisotropy of the acoustic characteristics and the change in the structural-phase state (the value of local fields of internal stresses) in the metal under study.
Claims (1)
,
где KC - коэффициент, учитывающий анизотропию акустических характеристик и выражается как
,
γ - коэффициент, учитывающий изменение величины локальных полей внутренних напряжений в исследуемом металле и выражается как
,
где - величина локальных полей внутренних напряжений в исследуемом длительно работающем металле,
τвн - величина локальных полей внутренних напряжений в исследуемом наплавленном металле,
ΔR1 и ΔR2 - анизотропия времени задержки поверхностных акустических волн в наплавленном металле и в длительно работающем металле соответственно, которые рассчитывают как
, ,
где - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль исследуемого образца наплавленного металла, нс;
- среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной перпендикулярно исследуемому образцу наплавленного металла, нс;
- среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль исследуемого образца длительно работающего металла, нс;
- среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной перпендикулярно исследуемому образцу длительно работающего металла, нс;
причем при величине акустического критерия оценки ресурса длительно работающего основного и наплавленного металла элементов теплоэнергетического оборудования более чем 0,22 производят замену эксплуатируемого элемента. Method of non-destructive testing of long-working metal of exploited elements of heat-power equipment, including determining the delay time of surface acoustic waves and electron microscopic studies of a long-running deposited and base metal, characterized in that the acoustic criterion for evaluating the resource of a long-working base and deposited metal contains a coefficient that takes into account the anisotropy of acoustic characteristics, as well as a coefficient taking into account the change in Ichin local internal stress fields in the test metal
,
where K C - coefficient taking into account the anisotropy of acoustic characteristics and is expressed as
,
γ is a coefficient that takes into account the change in the value of local fields of internal stresses in the studied metal and is expressed as
,
Where - the value of the local fields of internal stresses in the studied long-running metal,
τ int - the value of the local fields of internal stresses in the investigated deposited metal,
ΔR 1 and ΔR 2 are the anisotropy of the delay time of surface acoustic waves in the deposited metal and in the long-working metal, respectively, which are calculated as
, ,
Where - the average delay time of a surface acoustic wave polarized along the investigated sample of the deposited metal, ns;
- the average delay time of a surface acoustic wave polarized perpendicular to the sample of the deposited metal, ns;
- the average delay time of a surface acoustic wave polarized along the studied sample of a long-working metal, ns;
- the average delay time of a surface acoustic wave polarized perpendicular to the studied sample of a long-working metal, ns;
moreover, with the magnitude of the acoustic criterion for assessing the resource of a long-term working base and deposited metal of elements of thermal power equipment of more than 0.22, the operated element is replaced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013134694/28A RU2532141C1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Method of non-destructive test of long-term operated metal of operated elements of heat power equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013134694/28A RU2532141C1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Method of non-destructive test of long-term operated metal of operated elements of heat power equipment |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2532141C1 true RU2532141C1 (en) | 2014-10-27 |
Family
ID=53382249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013134694/28A RU2532141C1 (en) | 2013-07-23 | 2013-07-23 | Method of non-destructive test of long-term operated metal of operated elements of heat power equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2532141C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1100563A1 (en) * | 1983-03-21 | 1984-06-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Физики Металлов Уральского Научного Центра Ан Ссср | Ultrasonic method of metal disk quality control |
JP2000338092A (en) * | 1999-05-27 | 2000-12-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for ultrasonic inspection |
RU2190212C2 (en) * | 2000-12-25 | 2002-09-27 | Углов Александр Леонидович | Method measuring mechanical stress in structural materials |
JP2007178186A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus |
EP1882923A2 (en) * | 1998-08-12 | 2008-01-30 | JFE Steel Corporation | Method of ultrasonic inspection for steel pipe and apparatus thereof |
RU2457478C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева" (КузГТУ) | Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels |
-
2013
- 2013-07-23 RU RU2013134694/28A patent/RU2532141C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1100563A1 (en) * | 1983-03-21 | 1984-06-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Физики Металлов Уральского Научного Центра Ан Ссср | Ultrasonic method of metal disk quality control |
EP1882923A2 (en) * | 1998-08-12 | 2008-01-30 | JFE Steel Corporation | Method of ultrasonic inspection for steel pipe and apparatus thereof |
JP2000338092A (en) * | 1999-05-27 | 2000-12-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for ultrasonic inspection |
RU2190212C2 (en) * | 2000-12-25 | 2002-09-27 | Углов Александр Леонидович | Method measuring mechanical stress in structural materials |
JP2007178186A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus |
RU2457478C1 (en) * | 2011-03-10 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф.Горбачева" (КузГТУ) | Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bjørheim et al. | A review of fatigue damage detection and measurement techniques | |
Marcantonio et al. | Ultrasonic waves for materials evaluation in fatigue, thermal and corrosion damage: A review | |
Mostavi et al. | Wavelet based harmonics decomposition of ultrasonic signal in assessment of plastic strain in aluminum | |
WO2020057270A1 (en) | Ultrasonic nondestructive detection method for expanded size of micro crack of material | |
Li et al. | Fatigue crack sizing in rail steel using crack closure-induced acoustic emission waves | |
Zagrai∗ et al. | Micro-and macroscale damage detection using the nonlinear acoustic vibro-modulation technique | |
Sampath et al. | Detection and localization of fatigue crack using nonlinear ultrasonic three-wave mixing technique | |
Wilde et al. | Ultrasound monitoring for evaluation of damage in reinforced concrete | |
Javadi et al. | Comparison between using longitudinal and shear waves in ultrasonic stress measurement to investigate the effect of post-weld heat-treatment on welding residual stresses | |
Metya et al. | Nonlinear Lamb wave for the evaluation of creep damage in modified 9Cr–1Mo steel | |
Vetrone et al. | The characterization of deformation stage of metals using acoustic emission combined with nonlinear ultrasonics | |
Matikas | Damage characterization and real-time health monitoring of aerospace materials using innovative NDE tools | |
Ohtani et al. | Evolution of microstructure and acoustic damping during creep of a Cr–Mo–V ferritic steel | |
Scalerandi et al. | Discrimination between cracks and recrystallization in steel using nonlinear techniques | |
Habibalahi et al. | Forward to residual stress measurement by using pulsed eddy current technique | |
Liakat et al. | Nondestructive testing and prediction of remaining fatigue life of metals | |
RU2532141C1 (en) | Method of non-destructive test of long-term operated metal of operated elements of heat power equipment | |
Ahmad et al. | Evaluation of magnetic flux leakage signals on fatigue crack growth of mild steel | |
RU2457478C1 (en) | Method of detecting pre-destruction zones in welded joints of heat-resistant steels | |
RU2231057C2 (en) | Process of nondestructive test of degree of damage of metals in used elements of thermal power equipment | |
Bunget et al. | Flaw characterization through nonlinear ultrasonics and wavelet cross-correlation algorithms | |
Khalid et al. | Assessment and characterization of welded mild steel (E-6013) using ultrasonic testing and Hilbert Huang transform | |
Kamble Snehal et al. | Review paper on characterization of casting material by ultrasonic techniques | |
Sheppard et al. | A non-linear acoustic, vibro-modulation technique for the detection and monitoring of contact-type defects, including those associated with corrosion | |
Ghazali et al. | Plastic pipe crack detection using ultrasonic guided wave method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150724 |