Акустико-эмиссионный способ определения накопления коррозионных повреждений в материале конструкции

)5 001 М 2914 Я ИЕ ИЗОБРЕТ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ ВТОРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) АКУСТИКО - ЭМИССИОННЫЙ ,СПО; СОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАКОПЛЕНИЯ КОРРО- . ЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В МАТЕРИАЛЕ КОНСТРУКЦИИ(57) Изобретение относится к неразрушающему контролю коррозионных повреждений в материалах конструкций методом акустической эмиссии (АЭ). Цель изобретения - повышение точности и информативности за счет идентификации коррозионных Изобретение относится к неразрушающему контролю коррозионных првреждений в материалах конструкций методом :акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для обнаружения процессов водородного и сероводородного микрорастрескивания материалов различных конструкций,.таких как нефте- и газопроводы, металлические платформы для морской добычи нефти, железобетонные элементы мостов и зданий,Известен акустико-эмиссионный способ определения коррозионного растрескивания материалов под действием водорода, заключающийся в том, что образец материповреждений, вызванных водородным и серовородным растрескиванием. Предварительно образцы из.материала конструкции дважды нагружают одной и той же нагрузкой, между первым и вторым нагружением образцы наводораживаат или серонаводораживают, принимают в процессе каждого нагружения сигналы АЭ и определяют области разброса величин средних энергий спектральной плотности и медианных частот принятых сигналов АЭ. Затем принимают сигналы АЭ, возникающие в конструкции под напряжением, а накопление повреждений, обусловленных водородным или серо- водородным растрескиванием, определяют по появлению сигналов АЭ с величиной средней энергии и медианной частотой, находящейся в пределах части области разброса этих параметров, полученных при втором нагружении образцов, не пересекающейся с областью разброса, полученной при первом нагружении, 1 ил. ала, подверженного воздействию водорода, нагружают растягивающей нагрузкой и измеряют параметры сигналов акустической эмиссии, по величине которых определяют наличие коррозионного растрескивания.Однако этот способ является недостаточно точным, так как принимаются сигналы АЭ, вызванные не только водородным растрескиванием, но и пластической деформацией образца материала.Известен наиболее близкий к предлагаемому акустико-эмиссионный способ определения накоплений коррозионных повреждений в материале конструкции, заключающийся в том, что принимают сигналы акустической эмиссии, возникающие в материале конструкции, находящейся в напряженном состоянии, измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту принятых сигналов АЭ и по появлению сигналов с величиной среднеИ энергии и меди- анной частоты, находящейся в пределах области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов АЭ, полученных при нагружении эталонных образцов, определяют накопление коррозионных повреждений в материале конструкции.Однако данный способ также имеет низкую точность, так как на сигналы АЭ, вызванные коррозионным растрескиванием, накладываются сигналы, обусловленные процессами пластического деформирования. Кроме того, у этого способа низкая информативность, так как он не позволяет идентифицировать такой вид коррозионного повреждения как водородное или сероводородное микрорастрескивание материала,Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и информативности за счет идентификации коррозионных повреждений, вызванных водородным и сероводородным микрорастрескиванием.Поставленная цель достигается тем, что в акустикоэмиссионном способе определения накопления коррозионных повреждений в материале конструкции, заключающемся в том, что принимают сигналы АЭ, возникающие в материале конструкции, находящейся в напряженном состоянии, измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту каждого принятого сигнала АЭ и по появлению сигналов с величиной средней энергии и меди- анной частоты, находящейся в пределах областей разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов, полученных при нагружении эталонных образцов, определяют накопление коррозионных повреждений в материале конструкции, эталонные образцы нагружают дважды одной и той же растягивающей нагрузкой превышающей предел текучести материала, после первого нагружения образцы подвергают наводораживанию или серонаводораживанию, в процессе каждого нагружения принимают сигналы АЭ.и определяют области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов для первого и второго нагружения, а накопление поверждений, вызванных водородным или сероводородным микрорастрескиванием, определяют ло лоявлвнию в конструкции сигналов с вв 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 личиной средней энергии и медианной частоты, находящейся в пределах той части области разброса величин этих параметров, .полученных при втором нагружении, которая не совпадает с областью разброса величин этих параметров, полученных припервом нагружении эталонных образцов,На чертеже приведены разделенные дискриминантной функцией эллипсы рассеяния (области разброса) средней энергииЕ/Ео и медианной частоты 1 Л, сигналовАЭ, обусловленных пластическим деформированием и водородным растрескиваниемобразцов из кремнистого железа.Сущность акустико-эмиссионного способа определения накопления повреждений в материале конструкции,.вызванныхводородным и сероводородным растрескиванием заключается в следующем.Водородное растрескивание материалаконструкций является одним из самых опасных коррозионных повреждений конструкций, так как наводораживание материалаконструкции вызывает его охрупчивание,что может привести к внезапному разрушению конструкции, если последняя находитсяв напряженном состоянии, Одним из наиболее многообещающих методов обнаруженияповреждений, вызванных водородным или серовородным микрорастрескиванием материала, является метод акустической эмиссии.Однако сложность его использования заключается в том, что параметры сигналов акустической эмиссии при водородном илисероводородном микрорастрескивании близки к параметрам сигналов, вызванных пластическим деформированием материала,находящегося под напряжением,установлена возможность идентификации повреждений, вызванных именно водородным или сероводородныммикрорастрескиванием. Наиболее информативными параметрами сигналов АЭ являются средняя энергия Е спектральнойплотности и медианная частота 1,принятых сигналов, которые используют в совокупности,Предварительно образцы материалаконструкции, не подверженного коррозионному повреждению, нагружают механической нагрузкой и измеряют параметрывозникающих при этом сигналов АЭ. Затемте же образцы подвергают искусственномунавадораживанию или серонаводораживанию и снова нагружают механической нагрузкой той же величины, Измеряютпараметры возникающих при этом сигналовАЭ, они будут соответствовать только процессу водородного (или сероводородного)микрорастрескивания, так как беэ искусственного наводораживания образцов при ихповторном нагружении той же нагрузкойсигналы АЭ в результате эффекта Кайзеране возникают.С помощью известных математических 5методов определяют на образцах эллипсырассеяния средних энергий Е и медианныхчастот Ь принятых сигналов АЭ, соответствующих процессам пластической деформации (например, развитие полос скольжения) 10и водородного (или сероводородного) микрорастрескивания, а затем переходят непосредственно к контролю реальных .конструкцийЕсли средние энергии Е и медианные частоты Ь принятых в реальной 15конструкции сигналов АЭ находятся в пределах эллипса рассеяния этих величин, соответствующего водородному (илисероводородному) микрорастрескиванию,то это будет говорить о накоплении повреждений, вызванных появлением водородных(или сероводородных) микротрещин в материале испытуемой конструкции,Акустико-эмиссионный способ определения накопления повреждений вматериале конструкции, вызванных водороднымили сероводороднцм микрорастрескиванием, осуществляют следующим образом.Из материала конструкции изготавливают не менее трех образцов, не подвергшихся коррозионному повреждению, иподвергают их растягивающему нагружению с величиной нагрузки, превышающейпредел текучести материала и скоростьюдеформирования не более 0,01 и/с, С помощью стандартной а кусти ко-эмиссионнойаппаратуры в процессе нагружения образцов принимают сигналы АЭ, измеряют среднюю энергию Е и медианную частоту Ькаждого принятого сигнала АЭ. и строят эллипс рассеяния средних энергий Е и медианных частот Ь сигналов АЭ, возникающихпри нагружении вследствие процессов пластического деформирования материала образцов, в частности в результате развития 45полос скольжения.Затем образцы после прекращения нагружения подвергают искусственному наводораживанию (или серонаводораживанию),если в реальной конструкции есть условия 50для сероводородного воздействия. Искусственное наводораживание осуществляютлюбым известным методом, например, помещают образцы на определенное время враствор серной кислоты с добавкой хлористого натрия и осуществляют катоднуЮ поляризацию образцов в укаэанном растворе,в результате чего в образцах происходитадсорбцоя атомов водорода, концентрациякоторых зависит от состава раствора и времени выдержки, После наводораживания (или в процессе наводораживания) образцы повторного нагружают растягивающим усилием, не превышающим по величине и скорости деформирования первое нагружение, повторно измеряют среднюю энергию Е и медианную частоту Ь каждого принятого сигнала АЭ и строят эллипс рассеяния этих параметров, который будет соответствовать только процессу водородного (или серово- дородного) микрорастрескивания материала образцов. Зачастую эллипсы рассеивания средних энергий Е и медианных частот Ь соответствующих процессам пластической деформации и процессам водородного микрорастрескивания достаточно близки и частичнЬ могут совпадать в пространстве признаков средняя энергия Е - медианная частота Ь;Область совпадения указанных эллипсов рассеяния не является полезной и дол- жна быть исключена при проведении контроля реальных конструкций; Для этого можно воспользоваться дискриминантной функцией, построенной на основе полученных значений средней энергии и медианной частоты в соответствии с известной формулойф 1 Г гвв 12(Е, ь) =ь ф где 812(Е, Ь) - дискриминантная функция;ф 1(Е, Ь) - плотность вероятности для процесса пластической деформации;ф 2(Е, Ь) - плотность вероятности для процесса водородного (или сероводородного) растрескивания,После этого переходят к испытаниям реальной конструкции, находящейся в напряженном состоянии и подвергающейся коррозионному воздействию водорода или сероводорода, Для этого с помощью стандартной акустико-эмиссионной аппаратуры принимают в зоне контроля сигналы АЭ и измеряют среднюю энергию Екои спектральной плотности и медианную частоту 1 вконпринятых сигналов АЭ, а накопление повреждений, вызванных водородным (или сероводородным) микрорастрескиванием, определяют но появлению сигналов со средней энергией Екон и медианной частотой Ь кон, входящих в область усеченного дискриминантной функцией Й 12 эллипса рассеяния 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 200 х 40 х 0,25 мм .с центральнымкраевым надрезом размером 2 х 0,2 мм, выполненным электроискровым способом, Пластины подвергали растягивающему деформированию с помощью устройства бесшумного термонагружения, величина 5 растягивающего усилия составляла 0,25 (тр где 0 р - предел прочности материала образца, скорость деформирования 0,01 м/с.Сигналы АЭ, возникающие при нагружении, регистрировали с помощью пьезоэ лектрического датчика и прибора АВНпри коэффициенте усиления 50 дБ, и уровне дискриминации 0,2 в, в полосе рабочих частот от 0,06 мГц до 1,5 мГц. Для записи сигналов АЭ использовали запоминающий осцилло граф С 8-9 А, Спектральный анализ сигналов АЭ осуществляли на основе преобразования Фурье отдельных импульсов и выборки ,импульсов. Наводораживание образцов, выполненных из кремнистого железа, осу ществляли путем их погружения на 20 мин в раствор едкого натра (100 кг/мз) с добавкой цианистого натрия (10 кг/мз) в условиях катодной поляризации раствора с плотностью тока, равной 100 А/м . 25После первого нагружения образцов были измерены средние энергии(их относительная величина Е/Ео, где Ео - нормированная средняя энергия спектральной плотности) и медианные частоты (их относи- ЭО тельные величины Ь/ 1 О, где 1 - нормированная медианная частота) принятых сигналов АЭ, рассчитаны плотности распределения централей АЭ и построен соответствующий эллипс 1 рассеяния параметров З 5 АЭ, вызванной развитием полос скольжения (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 наводораживания и повторного нагружения образцов также были измереиы средние энергии и медианные частоты, ло которым был построен эллипс 2 рассеяния 45 этих параметров АЭ, вызванной только процессом водородного микрорастрескивания (см. черт). Для эллипса 2 рассеивания диапазон разброса средних энергий составил 0,65-1,48 усл.ед., а диапазон разброса ме дианных частот 0,985 - 1,055 усл,ед.Для более точного разделения эллипсов рассеяния параметров АЭ, вызванной процессами пластической деформации и водородным микрорастрескиванием, была построена дискриминантная функция 812, позволяющая с достаточной точностью определить область существования сигналов, вызванных водородным микротрещинообразованием, При контроле реальной конструкции, подверженной водородному воздействию и находящейся под напряжением в одной из зон контроля, были получены сигналы АЭ со средней энергией Е = 1,09 усл.ед, и медианной частотой Ь = 1,028 усл.ед., которые входят в область, разброса параметров АЭ, соответствующих накоплению повреждений, вызванных водородным микрорастрескиванием эталонных образцов. Микроскопические исследования данной зоны конструкции показали наличие в ней водородных микротрещин.Использование предлагаемого способа позволяет повысить точность и информативность при определении акустико-эмиссионным методом коррозионных повреждений в конструкциях, подверженных воздействию водорода или сероводорода путем идентификации процессаводородного (или сероводородного) микрорастрескивания,Формула изобретения Акустико-эмиссионный способ определения накопления коррозионных повреждений в материале конструкции, заключающийся в том, что принимают сигналы акустической эмиссии, возникающие в материале конструкции, находящейся в напряженном состоянии, измеряют в рабочем диапазоне частот среднюю энергию спектральной плотности и медианную частоту принятых сигналов акустической эмиссии и по появлению сигналов с величиной средней энергии и медианной частоты, находящейся в пределах области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов акустической эмиссии, полученных при нагружении эталонных образцов, определяют накопление коррозионных повреждений конструкции,отл ича ющи йся тем,что, с целью повышения точности и информативности за счет идентификации коррозионных повреждений, вызванных водородным и сероводородным микрорастрескиванием, эталонные образцы нагружают дважды одной и той же растягивающей нагрузкой, превышающей предел текучести материала, после первого нагружения образцы подвергают наводораживанию или серонаводораживанию, в процессе каждого нагружения принимают сигналы акустической эмиссии и определяют области разброса величин средних энергий и медианных частот сигналов для первого и второго нагружения, а накопление микрорастрескивания определяют по появлению в конструкции сигналов с величиной средней энергии и медианной частоты, находящейся в пределах той части области разброса величин этих параметров,1716430 10 У,О. 1 И Ки оставитель В, Гондаревскийехред М.Моргентал Корректор М. Шаро дактор С. Лисина Заказ 609 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 полученных при втором нагружении; которая не совпадает с областью разброса величин этих параметров, полученных при первом нагружении эталонных образцов,