SU1716430A1 - Акустико-эмиссионный способ определени накоплени коррозионных повреждений в материале конструкции - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю коррозионных повреждений в материалах конструкций методом акустической эмиссии (АЭ). Цель изобретени  - повышение точности и информативности за счет идентификации коррозионных повреждении, вызванных водородным и серо во родным растрескиванием. Предварительно образцы из материала конструкции дважды нагружают одной и той же нагрузкой , между первым и вторым нагружением образцы наводораживают или серонаводо- раживают, принимают в процессе каждого нагружени  сигналы АЭ и определ ют области разброса величин средних энергий спектральной плотности и медианных частот прин тых сигналов АЭ. Затем принимают сигналы АЭ, возникающие в конструкции под напр жением, а накопление повреждений , обусловленных водородным или сероводородным растрескиванием, определ ют по по влению сигналов АЭ с величиной средней энергии и медианной частотой, наход щейс  в пределах части области разброса этих параметров, полученных при втором нагружении образцов, не пересекающейс  с областью разброса, полученной при первом нагружении. 1 ил. (/) С

Description

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю коррозионных повреждений в материалах конструкций методом акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано дл  обнаружени  процессов водородного и сероводородного микрорастрескивани  материалов различных конструкций , таких как нефте- и газопроводы, металлические платформы дл  морской добычи нефти, железобетонные элементы мостов и зданий.

Известен акустико-эмиссионный способ определени  коррозионного растрескивани  материалов под действием водорода, заключающийс  в том, что образец материала , подверженного воздействию водорода, нагружают раст гивающей нагрузкой и измер ют параметры сигналов акустической эмиссии, по величине которых определ ют наличие коррозионного растрескивани .

Однако этот способ  вл етс  недостаточно точным, так как принимаютс  сигналы АЭ, вызванные не только водородным растрескиванием , но и пластической деформацией образца материала.

Известен наиболее близкий к предлагаемому акустико-эмиссионный способ определени  накоплений коррозионных повреждений в материале конструкции, заключающийс  в том, что принимают сигна 4 V|

СК Jb. СО

о

ы акустической эмиссии, возникающие в материале конструкции, наход щейс  в напр женном состо нии, измер ют в рабочем иапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту 5 прин тых сигналов АЭ и по по влению сигналов с величиной средней энергии и мединной частоты, наход щейс  в пределах области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов АЭ, получен- 10 ных при нагружении эталонных образцов, предел ют накопление коррозионных повреждений в материале конструкции.

Однако данный способ также имеет низкую точность, так как на сигналы АЭ, 15 вызванные коррозионным растрескиванием , накладываютс  сигналы, обусловленные процессами пластического еформировани . Кроме того, у этого спосоа низка  информативность, так как он не 20 позвол ет идентифицировать такой вид коррозионного повреждени  как водородное или сероводородное микрорастрескивание материала.

Целью предлагаемого изобретени   в- 25 л етс  повышение точности и информативности за счет идентификации коррозионных повреждений, вызванных водородным и сероводородным микрорастрескиванием.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что 30 в акустикоэмиссионном способе определени  накоплени  коррозионных повреждений в материале конструкции, заключающемс  в том, что принимают сигналы АЭ, возникающие в материале конст- 35 рукции. наход щейс  в напр женном осто нии, измер ют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту каждого прин того сигнала АЭ и по по влению сиг- 40 налов с величиной средней энергии и медианной частоты, наход щейс  в пределах областей разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов, полученных при нагружении эталонных образцов, 45 определ ют накопление коррозионных повреждений в материале конструкции, эталонные образцы нагружают дважды одной и той же раст гивающей нагрузкой превышающей предел текучести материала, после 50 первого нагружени  образцы подвергают наводораживанию или серонаводоражива- нию, в процессе каждого нагружени  принимают сигналы АЭ и определ ют области разброса величин средних энергий и меди- 55 энных частот сигналов дл  первого и второго нагружени , а накопление поверждений, вызванных водородным или сероводородным микрорастрескиванием, определ ют по по влению в конструкции сигналов с величиной средней энергий и медианной частоты , наход щейс  в пределах той части области разброса величин этих параметров, полученных при втором нагружении, котора  не совпадает с областью разброса величин этих параметров, полученных при первом нагружении эталонных образцов.

На чертеже приведены разделенные ди- скриминантной функцией эллипсы рассе ни  (области разброса) средней энергии Е/Ео и медианиой частоты 1т /f сигналов АЭ, обусловленных пластическим деформированием и водородным растрескиванием образцов из кремнистого железа.

Сущность акустико-эмиссионного способа определени  накоплени  повреждений в материале конструкции, вызванных водородным и сероводородным растрескиванием заключаетс  в следующем.

Водородное растрескивание материала конструкций  вл етс  одним из самых опасных коррозионных повреждений конструкций , так как наводораживание материала конструкции вызывает его охрупчивание, что может привести к внезапному разрушению конструкции, если последн   находитс  в напр женном состо нии. Одним из наиболее многообещающих методов обнаружени  повреждений, вызванных водородным или се- ровородным микрорастрескиванием материала ,  вл етс  метод акустической эмиссии. Однако сложность его использовани  заключаетс  в том, что параметры сигналов акустической эмиссии при водородном или сероводородном микрорастрескивании близки к параметрам сигналов, вызванных пластическим деформированием материала, наход щегос  под напр жением.

Установлена возможность идентификации повреждений, вызванных именно водо- родным или сероводородным микрорастрескиванием. Наиболее информативными параметрами сигналов АЭ  вл ютс  средн   энерги  § спектральной плотности и медианна  частота f прин тых сигналов, которые используют в совокупности .

Предварительно образцы материала конструкции, не подверженного коррозионному повреждению, нагружают механической нагрузкой и измер ют параметры возникающих при этом сигналов АЭ. Затем те же образцы подвергают искусственному наводораживанию или серонаводоражи - ванию и снова нагружают механической нагрузкой той же величины. Измер ют параметры возникающих при этом сигналов АЭ, они будут соответствовать только процессу водородного (или сероводородного) микрорастрескивани , так как без искусственного наводораживани  образцов при их повторном нагружении той же нагрузкой сигналы АЭ в результате эффекта Кайзера не возникают.

С помощью известных математических методов определ ют на образцах эллипсы рассе ни  средних энергий Ей медианных частот fm-прин тых сигналов АЭ, соответствующих процессам пластической деформации (например, развитие полос скольжени ) и водородного (или сероводородного) микрорастрескивани , а затем переход т непосредственно к контролю реальных конструкций.. Если средние энергии Ей медианные частоты fm прин тых в реальной конструкции сигналов АЭ наход тс  а пределах эллипса рассе ни  этих величин, соответствующего водородному (или сероводородному) микрорастрескиванию, то это будет говорить о накоплении повреж- дений, вызванных по влением водородных (или сероводородных) микротрещин в Mate- риале испытуемой конструкции,

Акустико-эмиссионный способ определени  накоплени  повреждений в матёриа- ле конструкции, вызванных водородным или сероводородным микрорастрескиванием , осуществл ют следующим образом.

Из материала конструкции изготавливают не менее трех образцов, не подверг- шихс  коррозионному повреждению, и подвергают их раст гивающему нагруже- нию с величиной нагрузки, превышающей предел текучести материала и скоростью деформировани  не более 0,01 м/с. С по- мощью стандартной акустико-эмиссионной аппаратуры в процессе нагружени  образцов принимают сигналы АЭ, измер ют среднюю энергию Е и медианную частоту fm каждого прин того сигнала АЭ и стро т эд- липе рассе ни  средних энергий Е и меди энных частот fm сигналов АЭ, возникающих при нагружении вследствие процессов пластического деформировани  материала образцов , в частности в результате развити  полос скольжени .

Затем образцы после прекращени  на- гружени  подвергают искусственному навр- дораживанию (или серонаводораживанию), если в реальной конструкции есть услови  дл  сероводородного воздействи . Искусственное наводораживание осуществл ют любым известным методом, например, помещают образцы на определенное врем  в раствор серной кислоты с добавкой хлори- стого натри  и осуществл ют катодную пол ризацию образцов в указанном растворе, в результате чего в образцах происходит адсорбци  атомов водорода, концентраци  которых зависит от состава раствора и времени выдержки. После наводораживани  (или в процессе наводораживани ) образцы повторного нагружают раст гивающим усилием , не превышающим по величине и скорости деформировани  первое нагружение, повторно измер ют среднюю энергию Ё и медианную частоту fm каждого прин того сигнала АЭ и стро т эллипс рассе ни  этих параметров, который будет соответствовать только процессу водородного (или сероводородного ) микрорастрескивани  материала образцов. Зачастую эллипсы рассеивани  средних энергий Е и медианных частот fm соответствующих процессам пластической деформации и процессам водородного микрорастрескивани  достаточно близки и частично- могут совпадать в пространстве признаков средн   энерги  Е - медианна  частота fm;

Область совпадени  указанных эллипсов рассе ни  не  вл етс  полезной и дол- жна быть исключена при проведении контрол  реальных конструкций. Дл  этого можно воспользоватьс  дискриминантной функцией, построенной на основе полученных значений средней энергии и медианной частоты в соответствии с известной формулой

о ( с t - ir, Ф1 ( Ј fm ) Ri2(E,V)-ln 02v(ffm)

где Ri2(E,Jm) - дискриминантна  функци ;

Oi (E, fm) - плотность веро тности дл  процесса пластической деформации,

Ф2(Е, fm) - плотность веро тности дл  процесса водородного (или сероводородного ) растрескивани .

Послеэтого переход т к испытани м реальной конструкции, наход щейс  в напр женном состо нии и подвергающейс  коррозионному воздействию водорода или сероводорода. Дл  этого с помощью стандартной акустико-эмиссионной аппаратуры принимают в зоне контрол  сигналы АЭ и измер ют среднюю энергию Екон спектральной плотности и медианную частоту f ткои

прин тых сигналов АЭ, а накопление повреждений, вызванных водородным (или сероводородным) микрорастрескиванием, определ ют по по влению сигналов со средней энергией Екон и медианной частотой fm кон, вход щих в область усеченного дискриминантной функцией Rtz. эллипса рассе ни  параметров АЭ, полученных на эталонных образцах и соответствующих водородному микрорастрескиванию.

Предлагаемый способ был проведен на примере образцов, выполненных из поликристаллического кремнистого железа. Образцы были выполнены в виде пластин размером 200x40x0,25 мм .с центральным

краевым надрезом размером 2x0,2 мм, выполненным электроискровым способом. Пластины подвергали раст гивающему деформированию с помощью устройства бесшумного термонагружени , величина раст гивающего усили  составл ла 0,25 сгр где предел прочности материала образца , скорость деформировани  0,01 м/с. Сигналы АЭ, возникающие при нагру- жении, регистрировали с помощью пьезоэ- лектрического датчика и прибора АВН-3 при коэффициенте усилени  50 дБ, и уровне дискриминации 0,2 в, в полосе рабочих частот от 0.06 мГц до 1,5 мГц. Дл  записи сигналов АЭ использовали запоминающий осцилло- граф С8-9А, Спектральный анализ сигналов АЭ осуществл ли на основе преобразовани  Фурье отдельных импульсов и выборки импульсов. Наводораживание образцов, выполненных из кремнистого железа, осу- ществл ли путем их погружени  на 20 мин в раствор едкого натра (100 кг/м3) с добавкой цианистого натри  (10 кг/м3) в услови х катодной пол ризации раствора с плотностью тока, равной 100 А/м.

После первого нагружени  образцов были измерены средние энергии (их относительна  величина Ё/Е0, где Е0 - нормированна , средн   энерги  спектральной плотности) и медианные частоты (их относи- тельные величины fm/ fm0 . где fm0 нормированна  медианна  частота) прин тых сигналов АЭ, рассчитаны плотности распределени  централей АЭ и построен соответствующий эллипс 1 рассе ни  параметров АЭ, вызванной развитием полос скольжени  (см. чертеж). Диапазон средних энергий сигналов АЭ, вызванных пластической деформацией образцов, составил 0,74-1,26 усл.ед., а диапазон разброса медианных ча- стот 0,985-1,115 усл.ед.

После наводораживани  и повторного нагружени  образцов также были измерены средние энергии и медианные частоты, то которым был построен эллипс 2 рассе ни  этих параметров АЭ, вызванной только процессом водородного микрорастрескивани  (см. черт). Дл  эллипса 2 рассеивани  диапазон разброса средних энергий составил 0,65-1,48 усл.ед., а диапазон разброса ме- дианных частот 0,985-1,055 усл.ед.

Дл  более точного разделени  эллипсов рассе ни  параметров АЭ, вызванной процессами пластической деформации и водородным микрорастрескиванием, была построена дискриминантна  функци  Ri2, позвол юща  с достаточной точностью определить область существовани  сигналов, вызванных водородным микротрещинооб 0 5 0

5

0 5 0

5 0

5

разованием. При контроле реальной конструкции , подверженной водородному воздействию и наход щейс  под напр жением в одной из зон контрол , были получены сигналы АЭ со средней энергией Е 1,09 усл.ед. и медианной частотой fm 1,028 усл.ед., которые вход т в область разброса параметров АЭ, соответствующих накоплению повреждений , вызванных водородным микрорастрескиванием эталонных образцов. Микроскопические исследовани  данной зоны конструкции показали наличие в ней водородных микротрещин.

Использование предлагаемого способа позвол ет повысить точность и информативность при определении акустико-эмис- сионным методом коррозионных повреждений в конструкци х, подверженных воздействию водорода или сероводорода путем идентификации процесса водородного (или сероводородного) микрорастрескивани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Акустико-эмиссионный способ определени  накоплени  коррозионных поврежде- ний в материале конструкции, заключающийс  в том, что принимают сигналы акустической эмиссии, возникающие в материале конструкции, наход щейс  в напр женном состо нии, измер ют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности л медианную частоту прин тых сигналов акустической эмиссии и по по влению сигналов с величиной средней энергии и медианной частоты, наход щейс  в пределах области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов акустической эмиссии, полученных при нагружении эталонных образцов, определ ют накопление коррозионных повреждений конструкции, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и информативности за счет идентификации коррозионных повреждений, вызванных водородным и сероводородным микрорастрескиванием, эталонные образцы нагружают дважды одной и той же раст гивающей нагрузкой, превышающей предел текучести материала, после первого нагружени  образцы подвергают наводораживанию или серонаводоражива- нию, в процессе каждого нагружени  принимают сигналы акустической эмиссии и определ ют области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов дл  первого и второго нагружени , а накопление микрорастрескивани  определ ют по по влению в конструкции сигналов с величиной средней энергии и медианной частоты, наход щейс  в пределах той части области разброса величин этих параметров.

   полученных при втором нагружении, кото- чин этих параметров, полученных при пер- ра  не совпадает с областью разброса вели- вом нагружении эталонных образцов.

   0,97 1,00 1,03 Щ