Разработка методик оценки методом акустической эмиссии параметров трещиностойкости материалов при статичном нагружении и действии среды тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РГ8 ОД

5 / ЇІ10Л 1993 АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ '

Ф13ИКО-МЕХАН1ЧНИЙ ІНСТИТУТ ¡м. Г. В. КАРПЕНКА

На правах рукопису

СКАЛЬСЬКИЙ Валентин Романович

РОЗРОБКА МЕТОДИК ОЦІНКИ МЕТОДОМ АКУСТИЧНОЇ ЕМІСІЇ ПАРАМЕТРІВ ТРІЩИН ОСТІ ЙКОСТІ МАТЕРІАЛ ІВ ПРИ СТАТИЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ ТА ДІЇ СЕРЕДОВИЩА

01.02.04 — механіка деформівного твердого тіла 05.11.16 — інформаційно-вимірювальні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних, наук

Львів — 1993

Робота виконана в Фізико-механічному інституті/. ■ ім. Г.В.Карпенка АН України ' . . ..

Наукові керівники- член-кор. АН України, доктор техніч* .

.' них наук, професор .

‘ • АЦДШЙКІВ Олександр Звгенович

’ ' . кандидат фізико-математичних наук, . '

старший науковий співробітник- ■

. . ■ ' . , ' ЛИСАК Микола Васильович

, Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

( • СТРИНАЛО Володимир Олександрович ■ .

. • • ' - каддидат технічних наук, : : ;

■ • старший науковий співробітник ' . ..

. ■ КОНЮШІ Володимир Вікторович ■ ;

Провідна установа - Інститут електрозварювання (ІЕЗ) . „•

” • ім. б.О.Патона АН України . .

Захист відбудеться " 11 & Ь________р. . ' '

о (> годині на засіданні спеціалізованої вченої ради • .

Д 016.42.01 при Фізико-механічноцу інституті ім. Г.В.Карпенка Академії наук України (290601, Львів, МСТІ, вул. Наукова, 5),

3 дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Фізико-меха-нічного інституту ім. Г.В.Карпенка АН України. . . ■ ..

Автореферат розісланий »/•&' 0^> 1993 р. -

Учений секретар

' спеціалізованої вченої ради р-УУ /7 НИКИФОРЧИН ;

. . Григорій Миколайови

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Руйнування відповідального обладнання, наприклад,в нафтопереробній промисловості, енергетиці» авіації і т.п. мае катастрофічні наслідки як для лвдини, так і цля навколишнього середовища. Тому проблема забезпечення надійності експлуатації таких конструкцій вимагав створення та застосування з цією метою сучасних діагностичних комплексів цля пошуку та виявлення небезпечних дефектів. Для розв"язання цих актуальних завдань використовуються методи неруйнівного контролю, застосування яких економічно доцільне. Одним із таких методів в метод акустичної емісії /АЕ/, що дозволяз отри-дувати інформацію про данаиіку зародження та розвитку дефектів Зезпосередньо із об"екту контролю /ОК/ в процесі його навантаження чи деформації. Фізична суть методу-випромінювання акустичних хвиль, що ЕиникаоїЬ внаслідок дйаааічьої локальної перебудови структури матеріалу.

Високоміцні матеріали, які закладені в основу виготовлення :учаснкх конструкцій або їх елементів, схильні до крихкого руй-іування, що відбувається иляхом зародження та поширення тріїци-юподібних дефектів. Знавчи співвідношення між параметрами трі-[иностійкості матеріалів та сигналами АЕ, можна ефективно розв'язувати проблеми технічної діагностики виробів і прогйозува-надійність їх експлуатації.

проте на сьогодні проблема ідентифікації пошкодженності атеріалів конструкцій по параметрах сигналів АЕ та встановлен-я взаємозв'язку сигналів АЕ із характеристиками руйнування алеяа від свого заверпення. Особливо вало в .літературі публі-ацій про розробку експериментальних методик застосувати мето-у АЕ для розв"язання вказаної проблеми. Це зумовлюється зьач-эю тривалістю відпрацювання таких методик, складністю вигоювання вимірювальної апаратури та недостатністю теоретичних до-ііджень. Крім того у відомих джерелах відзначаються різні під->дн до розв"язку проблеми, а отримані результати досліджень шть великий діапазон розкиду і часто носять суперечливий ха-штер. Тому виникла необхідність в розробці відповідних метога і проведенні експериментальних досліджень процесів субкри-[чного підростання тріщини в матеріалах.

Ьета роботи. Створення експериментальних методик визначення характеристик докритичного росту тріщини в матеріалах при дії статичного навантаження та робочого середовища методом АЕ.

Наукова новизна. Встановлено взаємозв'язок між шириною спектру сигналів АЕ та коефіцієнтом інтенсивності напружень /КІН/ на різних стадіях докритичного росту тріщини в матеріалах. Для згадаю« досліджень розроблено інформаційно-вазірю-вальну систему ьа базі КРЕЙТ KAMAK-EQM MERA і швидкодіючих процесора va впалогово-цпфрового перетворювача. Показано, цо ос-аиваий спектр частот сигналів АЕ залежить від КІН і лежить у смузі частот нижче І МГц. Розроблено загальні методичні підходи застосування методу АЕ для визначення параметрів тріщино-стійкості матеріалів при статичному навантаженні та дії середовища і базову вимірювальну систему для реалізації таких досліджень. Встановлено діаграму направленості акустичних випромінювань в режимі взаємовпливу поперечних і повздовжніх хвиль одночасно, що відповідає реальним умовам АЕ-випромінювань на ОК при проведенні їх діагностики. Встановлено взаємозв'язок сигналів АЕ із величиною КІН в момент старту тріщини та з біжучим значенням його в процесі навантаження матеріалів, а також із величиною одиничного скачка тріщини та довжиною її підростання, визначено константи докритичного росту тріщини конструкційних матеріалів, які дозволяють використовувати в інженерній практиці та діагностиці відомі в літературі аналітичні залежності. Запропоновано розроблені методики прискореного визначення методом АЕ нижнього порогового значення КІН -K¿££g при корозійному та водневому розтріскуванні матеріалів, що дозволяють скорочувати час досліджень при визначенні Kjg££ та методики оцінки динаміки розвитку тріщиноутворення матеріалів в результаті дії водню.

Практична цінність роботи. Розроблені вимірювальні системи для дослідження спектральних характеристик сигналів АЕ, діаграми АЕ-випромінювань та параметрів статичної тріщиностійхості матеріалів дають можливість використовувати їх як для науково-пошукових робіт, так і безпосередньо для неруйнівного контролю /НК/ різних об"ектів.

Методики визначення КІН моменту старту тріщини та біжучого

значення КІН в процесі росту тріщини, а також величини одиничного скачка і довжини її ’підростання, являється ефективними при застосуванні цих методик для створення діагностичних комплексів, що базуються на використанні явища Ай. В цьому аспекті можуть бути використані і методики визначення Kjgcc .

Особливо перспективні методики- оцінки динаміки тріщиноут-ворення матеріалів в результаті дії водкз на ранніх стадіях діагностики. .Разом із вищевказаними методиками,та вимірювальними системами вони можуть знайти своє застосувашя в центральних за-водсьішх лабораторіях машинобудівний та металургійних заводів, науково-дослідних центрах, при виготовленні та випробуваннях відповідальних конструкцій, в технологічному циклі,' а також в процесі здійснення НК виробів під час їх експлуатації.

Реалізація роботи, гезультати роботи використані при розробці та оптимізації нових технологій наплавки захисного шару т основний метал корпусів реакторів гідрокрекінгу нафти,, що розроблялася в інституті електрозварввакня ім. 6.0. Патона АН України м. Київ та об'єднанні "Дрометей" м. Санкт-Петербург. Методика визначення ступеню фрагментації сталей в результаті,дії водню і швидкого охолодження по сигналах АЕ передана Центральному науково-дослідному інститутові хімічного машинобудування м. Москва, а методики'визначення водневої поикодженості матеріалів труб енергетичного обладнання методом АЕ у Науково-дослідний інститут теплоенергетики м. Горлівка. Економічний ефект від впровадження отриманих результатів становить близько 133,5 тис.крб. в рік /по цінах І986-І9ВВ p.p./ .

На захист виносяться наступні наукові положення. І. Розробка вимірювальної системи для дослідження спектральних характеристик сигналів Ай при докритичному рості тріщини. 2. Розробка загальних методичних підходів по вимірюванню параметрів сигналів АЕ при дослідженні тріщиностійкості матеріалів та базова вимірювальна система їх реалізації. 3. Методики визначення КІН при . старті та докритичному рості тріщини і визначення довжини її підростання. 4.Методики прискореного визначення матеріа-

лів при водневому та корозійному розтріскуванні їх. 5. Методики оцінки динаміки тріщиноутворення та процесів руйнування матеріалів в результаті дії водню. б. Методики визначення водневого пошкодження матеріалів.

■ Апробація. Матеріали дисертаційної .роботи доповідалися та обговорювалися на Міжнародних та Всесоюзних конференціях, сим-т позіумах та семінарах: ІУ Всесоюзному семінарі "Водород в металлах" /Москва, 1984/; Всесоюзній конференції "Использование современных физических методов в‘неразрушащих исследованиях и контроле" /Хабаровськ, 1984/; І Всесоюзній конференції "Акустическая эмиссия материалов и конструкций" /Ростов-на-Дону, 1984/; 6-му Всесоюзному з"їзді по теоретичній і прикладній механіці ■/Ташкент, 1986/; 2-й Республіканській конференції'"Интегральные уравнения в прикладном моделировании" /Київ, 1986/; ХШ Конференції молодих, вчених ФМІ АН України /Львів, 1986/; І Всесоюа- ■ ній конференції "Механика разрушения материалов",/Львів, 1987/;'

П Всесоюзній конференції по акустичній емісії /Кишинів, 1987/; Всесоюзній конференції "Использование современных физических методов в нераэрушающеы контроле" Дабаровськ, 1987/; I Всесо- . юзноыу симпозіумі "Механика и физика разрушения композиционных • , материалов и'конструкций" /Ужгород, 1988/; ХП Всесоюзній науко- ' во-технічній-конференції "Неразрушающие физические методы контроля" /Свердловськ,.1990/; Міжнародній конференції "Сварные конструкции" /Київ, 1990/; Ш Всесоюзному симпозіумі "Механика разрушения" /Житомир, 1990/; Міжнародному семінарі "Металл-во-дород-92" /Донецьк, 1992/. ' ’ .

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в ' двох пропрінтах, дев'ятнадцяти статтях та трьох авторських сві- . доцтвах. В загальному по результатах роботи опубліковано' 36 ... друкованих праць. ■ ■

Структура та об"єм роботи. Дисертація складається із. вступу, п"яти глав, основних результатів роботи та коротких висновків, списку цитованої літератури, додатку. Робота викладена на ^5 сторінках машинописного тексту, містить' бб рисунків,- 23 '

таблиці', 238 найменувань літератури. '

' . ОСНОВНИЙ Зійст РОБОТИ • • . ’

У вступі обгрунтована актуальність та важливість завдань, що складають предмет дослідження, коротко викладені основні результати роботи.

В першій главі викладені основні відомості про метод АЕ, , зроблено літературний огляд, проводиться аналіз та синтез ре- . зультатів, що зв"язані із застосуванням-Явища АЕ для досліджен-

А

ІІ/lUllIIII Ht lili

o,...........Г

rí>-

RBH-¡

ША

Г

/ Нрейт намок \

4Hi лип

ДИМ

Злемгтроьіла

ffT'70"

І

пл процесів статичної тріциностійкості матеріалів, корозійного їа водневого розтріскування. , •

. Друга глава присвячена розробці апаратурних засобів та вимірювальних систем по дослідженню сигналів АЕ при докритичному рості тріщини в матеріалах. ' .

-Для дослідження, спектральних характеристик був розроблений апаратурний комплекс на базі обчислювальної системи KAMAK-MERA-60—15 та швидкодіючого периферійного процесора "Злектроника-МТ-70" із застосуванням швидкодівчого АУД иту $-4226 /рис. І/. ' Дисплейний набір модулів ■

/ДНМ/ виконував додаткові функції АЦП, ввід в ЕОМ оциф-уоввяої вибо^ки сигналу АЕ, функціональну обробку, перетворення -результатів обробки у зручну для візуалі-зації форму. Додатковий канал, що складається із попереднього підсилювача 6, приладу АВН-3 їа реєстратора Н-338/4 дозволив провести попередню оцінку та вибіу режимів вимірювання комплексу. Частота дискретизації сигналу Ají становила 20 ші'ц, тривалість виборки 100 мкс.

Було встановлено, що перехід руйнування від стадії деформації та мікро-руйнування до стадії до-критичного росту тріщини характеризується' звуженням смуги частот спек©-ру сигналів АЕ обернено пропорційно квадрату КІН і лежить у діапазоні

сом

зЗГ

ірансллгткр

івмрфт —

Лринтер

С-136К

_______________І

Рис. І. Блок-схема вимірювально-обчислювальної системи сигналів

АЕ. ' ■

І - зразок, 2 - навантажувальний пристрій, 3 - датчик зусилля навантаження; 4 - п"езоперетворю-вач /ПАЕ/, о - блок попереднього підсилення сигналів АЕ,'6 - попередній підсилювач приладу АВН-3. частот нижче І МГц. .

В залежності від умов експерименту інформація із ЕОМ ски-.

далася наквазідиск 3-256К, а потім за допомогою транслятора вводилась в пам"ять персональної ЕОМ типу ІВМ- для обробки, візуалізації та зберігання. .

При докритичному рості тріщини важливо знати також діаграму направленості акустичних випромінювань при одиничному скачку тріщини, що дозволяє оптимально вибирати місце установки датчика АЕ при проведенні експериментальних робіт і в процесі НК. Сигнали АЕ реєстрували по трьох паралельних каналах, використовуючи в якості первинних перетворювачів /ГІАЕ/ серійні пьє-зоперетворювачі із комплекту апаратури .№-15, які встановлювали під кутом 0°45°, 90° до площини тріщини. Результати вимірювань діаграми направленості акустичних випромінювань /ДНАВ/ із врахуванням як поперечних, так' і повздовжніх хвиль, коли розділення їх на об"єкті контролю практично неможливе, показали, що найоптимальніший варіант установки ПАЕ, при механізмі росту тріщини нормальним відривом, є установка ПАЕ під кутом 45° до площини тріщини /рис.2/. Це добре корелює із відомими результатами Кісі, Окіта /Нихон Кан-дзоку гак-кайси, 1984г

- № 9/та Вадлея, Скру-бі /Очі. ^їгасі 1983 - 23 -№ 22^

Враховуючи результати вищенаве-дених досліджень, розроблена базова вимірювальна

система для визначення процесів росту тріщини та систематизовано загальні методичні рекомендації по проведенню необхідних вимірювань. Вони передбачають використання АЕ для дослідження тріщиностійкості широкого класу матеріалів при статичному навантаженні і в умовах дії робочого середовища. Вимірювальна система

Рис. 2. діаграма руйнування зразка із сплаву І20І-Т в координатах навантаження Р-розкриття берегів тріщини <5* -з відповідною їм залежністю сумарного рахунку сигналів АЕ /а/ та ДНАВ у характерних точках діаграми /б/.

ВМ чоіун пласт, перлі**

передбачає виділення корисних сигналів із фенових завад./А.с. №1758545/і просторову селекцію сигналів, запис АЕ на накопичу-вач інформації, обробку інформації на персональних ЕОМ чи спек-троаналізаторах. Крім того проведено систематизацію як набутого ’ практичного досвіду АЕ-вимірювань при проведенні такого роду ' експериментальних робіт, так і відомих літературних даних.

В главі 3 приведені результати досліджень ряду матеріалів з метою розробки методики визначення початку докритичного рос-' ту тріщини /моменту старту тріщини/ і визначення відповідного йому КІН-К^а також визначення КІН в процесі докритичного росту тріщини та величини її підростання. По результатах досліджень встановлено, що момент різкого зростання амплітуд та сумарного рахунку сигналів АЕ на діаграмі "Навантаження - розкриту берегів тріщини"відповідає старту тріщини. Значений^ співвідношеннях до та К пла-х приведено в таблиці І

та на рис. 3. '

Величина усередненого скачка тріщини при її до- "

критичному рості оцінювалася наступним чином. Спершу на основі відомих аналіз тичних залежностей Черепанова /Механика хрупкого разрушения. - М : Наука. - 1974/ і наближених розв'язків трьох-мірної пружної" задачі для тіла із тонкими включеннями, отриманих Стадником /Фіз,-хім. мех. матер. - 1988 - И/, визначали розмір пластичної зони, що утворюється у вершині ростучої тріщини. Після . цього розраховували рівно-.велику пластичну зону на концентраторі із заданим апріорі радіусом вершини його. На реальному зразку досліджуваного матеріалу

Рис. 3. Діаграми руйнування матеріалів і відповідні зміни амплітуд сигналів АЕ /схема/.

• Таблиця І

Сліввідаошення між Kjg, K<j та Кгиаа матеріалів при . рості тріщини '

Матеріал " к І ! KIS, ! ! ШІаУй ! КІ9, Щаум І Килаос! Примітка ! Шаіґм ! .

38ХНЗМЕА. 107 116 ■ 125 Вирізка вздовж

прокату '

70,4 101 116,5 Вирізка поперек

прокату

9ХФ 21,7 30,6 34 Середня зона валка

стану 1700

Ст. 45 26 28 52,8 Стан поставки

. 4 ОХ 27 ЗО ■47,0

І20І-Т 27 34 42

35ХГСНА 56 59 60,1

Сплав ТіЗА£ 50 63,5 117 Бездефектний,

пластина, 1-а боко-

ва тріщина

46,6 64,8 85,6 -"- 2-і бокові

тріщини

36,4 50,7 82,1 Дефектний, пласта-

на, 2-і бокові

тріщини

Матриця:

Сірий чавун 25,4 26,3 39,2 -50^ферит> 50%перліт

27,5 28,1 4Є,І -ферит

37 ' 42 67 -ферит

Ковкий чавун 36 45 87 -перліт пластин..

32 40 84,8 -перліт зернистий

35 36 78,8 -перліт, 2(Щерт

Високоміцний 47 57,5 94 - ферит

чавун

Золошлакобетон 0,09 - 0,16

створювали таку пластичну зону і паралельно записували сигнали АЕ при її утворенні. Цим встановлю- . вали рівень сигналів АЕ, що супроводжують ріст плаог тичної зони. Сигнали АЕ, що перевищували цей рівень відповідали1докритичному підростанню тріщини. В цей спосіб були визначені величини одиничних скачків тріщини та константи матеріалів, які дозволяють використовувати аналітичну залежність С$)

А

де - площа одиничного скачка тріщини, 0~ -Константа матеріалу, КТв-КІН в момент.старту тріщини,

тріщини. (Результати експерименту приведені на рис. 4 таі табл. 2).

Аналітичні залежності (2)-(5)/Андрейкив А.Е., Лысак М.В. Метод акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения. Киев, Наукова думка. - 1989/ лягли -в основу розробки методик визначення КІН та довжини підростання тріщини: .

І. Кг-і Кр \ {$позс К«иізс-Кї

■ Кмзр:—ІСг

, $^ Зі а^1гочк?^Сі)

Рис. 4. Схема навантаження зразків до утворення пластичної зони (<Х,5") та вигляд субкритичного . підростання тріщини (верхній ряд-сталь 9ХФ, нижній ряд - сталь 38ХНЗМЗД) ' , -

К^- КІН в момент, зупинки скачка

(2)

(3)

Таблиця 2

Основні показники вимірювання докритичного росту тріщини

Матеріали І зразка^ Гс^ма !^| Ки .! ш }п^|^| в.о. | Шаі/м|ШаУм! тг | ¿("і

Ш 10x20 І 9,22 28,4 - 0,1 0,1 4,6

10x20 2 26,35 32,3 - 0,55 0,27 5,6

10x20 4 33,9 19,7 27,0 0,73 0,18 5,8

38ХНЗША 10x20 ' 20 122,12 76,4 108,0 0,185 9,25- 0,8

*1:009,5 76*8 іо-3

20x20 123 106,8- 1,7 14,0* І-,0 І0~3

30x20 20 158,96 58,5 81,0 0,343 17,0* 1,9 ІО"3

40x20 50 373,3 64,0 90,0 1,064 2І.І0"3 1,8

Примітка: £Г\ ~ сума подій за час підростання; ^- сума амплітуд за час підростання.

ЛС ' ------------2--------’ ' Є)

да: Н~ - сумарний рахунок сигналів АЕ, К-додд.-КІН при руйнуванні зразка, що відповідає максимуму навантаження, -КІН моменту старту тріщини ^ - біжуче значення КІН при докритич-ної^у рості тріщини, ¡\ - амплітудні значення сигналів АЕ,

% - КІН при зупинці тріщини^ <|о , ^ , 2£ - констан-

ти матеріалів, ДІ - величина підростання тріщини.

Спочатку проводили навантаження зразка матеріалу до повного руйнування його. Визначали К^. £ КщСЦС» Потім на зразках проводили часткове підростання тріщини і визначали К^-, Д і /іЛ .Це лягло в основу визначення констант по вказаних залежностях. Маючи константи матеріалу ^ ^ по цих

залежностях.легко визначати біжуче значення КІН - ^ та величину підростання тріщини А і при субкритичному її розвитку (рис. 5, табл. 3).

Таблиця З

Експериментально визначені константи деяких матеріалів

1!—"Г Матеріали ! ’ 1А Ісип7і і | У, и'* і Ь'% І

38ХНЭ ША. 1,5.10“® І,04.І06 1,04 0,095

40Х(Гарт.860°С, відп. г.в.Ю-8 3.2.І05 4,4 0,С94

400°С)

40Х (Ст.пост.) - І.9.І04 22,6 -

35ХГСНА (Ст. пост.)3,7.ІО-7 І.2.І04 22,0 0,31

9ХФ 5,5.ІО“7 4.6.І04 11,8 0,155

Глава 4 црисвячена розробці методик прискореного визначення при

статичному навантаженні та дії робочого середовища методом АЕ.

Часто при проведенні таких експериментальних досліджень виникають ситуації, кол» в силу ряду причин безпосередній доступ до об"екту досліджень здійснити технічно складно (високі температури, тиски, агресивне середовище, тощо). В таких випадках доцільно застосовувати хвилеводи сигналів АЕ. В цій главі проведені дослідження по визначенню робочої сму-

!)

Рис. 5. Залежність сумарного рахунку Л/ (а, б), амплітуди Д (в, г) сигналів АЕ від величини КІН.

ги частот розбірного хвилевода багаторазового використання, в якій сигнали АЕ- передавалися б із найменшими втратами. Вони проводилися по двох напрямках: І) фіксація сигналів АЕ від

- ІЗ -

тріщини і 2) від імітатора сишалів АЕ. Послідовно досліджувала проходження сигналів АЕ у смузі частот від 0,1 до 2 МГц: а) безпосередньо на зразку, б) через зразок і хвилевід та в) по системі зраз аіс-хвиле в і д-каїїера. Встановлено, що найбільш ефективно з цією метою можна використовувати низакочастотні вузькосмугові ПАЕ із розрахованим по відомих з літератури залежностях хвилеводом. При цьому втрати на системі зразок-хви-

■ левід-камера найменші і, становлять 20-60% від рівня сигналів АЕ, що фіксуються безпосередньо на зразку /їабл. 4/.

■' . Таблиця 4

Характеристики втрат сигналів АЕ на хвилеводі .

Природа }СмУга ДР°- І - — ■ .сигналу. АЕ.. В ,, ,_І

сигналу АЕ^^ ! на зразку | на хвилеводі |зразок-хви-

імітатор 0,1-0,21 . 0,12-0,8 1,82-2,0

ріст трі-* 0,1-0,21 щини 0,12-0,8

. 1,82-2,0

Їз використанням хвилеівода розроблена Методика визначення %зсс водневого розтріскування матеріалів. Спочатку встановили : а) контрольний рівень сумарного рахунку АА/ , сигаа-лів АЕ, що виникають в результаті дії газоподібного водню на зразок із концентратором і.частину хвилевода в камері, б) аналогічний рівень. ІЇ2, : від утворення пластичної- зони на зразку із концентраціям відомого радіусу(дяв. гл. 3) в камеріг у середовищі газоподібного водню і в) рівень Nt від утворення пластичної зони на повітрі в вершині тріщини,.в. середовищі повітря , у камеру при низвких значеннях KÎH /рис. 6.]/. Всі ці дослідження проводилися із використанням отриманих експериментально амплітудно-частотних характеристик системи зра-зок—хвилевід-камера. Перевищення дискретними сигналами АЕ встановленого рівня ( М_ найбільше за рдшпщю часу

8,75 (100%) 7,5 (85© 7,0 (80%).

. - 7,75 5,6- (72® 5,5. (7150

2,44 1,4 (57%) 1,25(51%)

4,1 (100%) . 2,3 (56%) 1,8 (44%)

3.2 ■ 2,1 (66%) 1,6 (50%)

1.3 0,6 (46%) 0,48 (37©

спостереження) приймалося за скачок тріщини.

Навантаження зразка починали із величини зусиль наванта- , яення при яких

Кі > Кбсс .

Результати експериментальних робіт показали, що старт та суб-нритичний ріст тріщини при водневому розтріскуванні під напруженням проходить локально по фронту тріщи-ки і, при незнач-

БСО

кОО

©

/Vґй'їімп.

ІЇ-а'їіт.

• @

а г ч є і,год. ■ о . г і,іод. а. гігоЗ. о г і,гоЗ.

■■Г-П-ЗГІ

ЕЬ

/У ґО~?іт М, і тг.

І

ці

гоо

©

О г Д«*# ♦ В Іго£ О г ч Є в і.гад.

Рис. б. Гістограми розподілу сумарного рахунку // сигналів АЕ .від утворення пластичної зони біля вершини тріщини (І) і при різних значеннях (ріст тріщини); 2 - = ,

20,15 ММм; 3 - МПАУм; 4 - ^ =

16,35 МПаУи; 5 - ^=15,3 МПаУм; 6 - Кг =

14,03 МПа/м; 7= п>4 (КІ$сс >

кону просуванні її, не вихорить на бокову поверхню зразка, а також те, що кетод АЕ дозволяє ефективно визначати %£СС і скорочувати час між ступенями навантаження при його визначенні (рис. 6). .

Методика визначення К| 5СС при корозійному, розтріскуванні полягає в тому, що апріорі вибирадася базова швидкість росту Тріщини, коли її манропроросташя вважається відсутнім (С =

ІСГ® м/с).

Після цього по формулі (6)

-1

кї,

(б)

де Ъ -константа матеріалу, яка визначається при великих значеннях с, розраховували часовий інтервал і. від моменту прикладання навантаження до моменту появи сигналів АЕ (старту тріщини).На вантажуоти зразок у робочому середовищі, отримували точки, що

Рис. 7. Залежність часу появи сигналів АЕ від КІН .

відповідали експериментальним інтервалам такого часу і будували методом інтерполяції реальну криву до перетину її із аналітично побудованою по формулі (6).

Точка перегину кривих визначала значення К^сс. Експериментальна апробація методики проведена на зразках із сталі 9ХФ в 0,5 нормальному розчині Н&с£ в дистильовані воді (рис. 7).

В главі 5 викладено методики визначення динаміки процесів руйнування матеріалів в результаті дії водню та виявлення водневого пошкодження їзс методом АЕ. '

Досвід експлуатації реакторів гідрокрекініу нафти /РГН/по-казав недостатню водневу стійкість матеріалів їх корпусів, коли в карбідному прошарку між основним металом та наплавленим захисним шаром виникають тріщиш, що в кінцевому результаті призводять до аварій. Разом із ІЕЗ ім. Є.О. Паюна АН України були проведені АЕ - та УЗ - дослідження на предает можливості застосування традиційної технології наплавки, а такс® розробки нових технологій. Суть дослідження полягала у наводненні зразків при робочих параметрах реакторів гідрокрекініу нафти в середовищі газоподібного воднй, їх охолодженні на повітрі з подальшим (від ¿=40°С) АЕ - контролем процесів тріщиноутворення. Отримані далі (рис. 8) показали хорошу кореляцію АЕ-контролю із результатами УЗ-досліджень. Таким чином встановлено, що застосування серійної традиційної технології наплавни вітчизняними типам: стрічок зумовлює підвищену схильність до тріщиноутвореншшплаалєного тару, а значить не може бути рекомендована для виготовлення РЩВ такий спосіб були підібрані нові оптимальні техноло-

гії наплавки із застосуванням проміжного антикорозійного шару.

Поряд із цим було досліджено також вплив.швидкості охолодження зразків на процеси розшарування та трїщиноутворення, що важливо враховувати при зупинках РШ. Найбільш оптимальною виявилася швид- .' кість охолодження І0°С/год.

При вивченні впливу водню високих концентрацій на утворення фрагментів у трубчатих зразках разом із методом АЕ застосували ще і металографічні дослідження. Результати робіт показали, що інтенсивність процесів утворення та росту тріщин.найбільша в період між першою та шостою годиною досліджень (рис. 9) і

Рис. 8. Залежність суми 'амплітуд' £Ак, сигналів АЕ від часу спостереження і за зразками наплавленими по традиційній (верхній графік) і новій технології. ' однотипна для всіх режимів наводнення. Всталовлено^ методом АЕ, що на утворення фрагментів та розвиток макротріщин визначальний вплив має дія газоподібного водню та. насичення ■ ним матеріалу, то підтвердилося металографічними дослідженнями ці процеси супроводжуються дискретною АЕ мало! та великої амплітуд. • . .

Аналіз причин руйнування труб енергетичного обладнання показав, що воно проходить внаслідок водневого окрихчення їх металу. З метою виявлення водневого пошкодження таких металів розроблені методики АЕ досліджень, що полягали у випробуван-. ні зразків із труб, які мали технологічне налрацювання, статичним навантаженням та методом АЕ - прозвучування*., '

Перший підхід показав, що поява сигналів АЕ на тестових . зразках із наводненням сталі 50ХГ (рис. ,Ї0) відбувається при

Рис. 9. Гістогра- • ми розподілу сигналів АЕ при спостереженні за зразками і.з різною ступінню кон- -

центрації водню: •

І - зразок нагрі- . ■ мй в Середовищі . повітря та охолод--кений у воді; 2 -•нагрівання в капері у-середовищі!^ із концентрацією с=І025м" З - с=2,2.І025 м ;

4. - с=4,4Л025м~3

-] -і

1 - г-

V.

ІІВЕ ІВш п

ґ/ /

'і і-1 1

М-‘

\ 1 Сі >

і ! с )

;

и

Шів£ а_. ■. , г

V • О

С.ШІ « лЯС'.ли!

VI

■Рис. 10. Залежність сумарного рахунку М сигналів АЕ при випробуванні тестових зразків до наводнення (а) і після дії на них газоподібного водню (б).

о

навантаженнях значно нижчих від тих, які буди досягнуті на них до наводнення (відсутність ефекту Кайзера). '

Було встановлено, іцо на ранніх стадіях реформування труб котлів високого тисну із незначними нальотами,окалини пошкодження воднем можна виявити по різкому зростанню аиплітуд сигналів ДЕ, При значному нальоті окалини на трубах, виявлення такого . .

пошкодження суттєво ускладнюється. ■ ’

У другому підході встановлено можливість, виявлення водневого пошкодження металів методом АЕ - прозвучування. Вона грунтується на послабленні сигналів АЕ при проходженні їх через наводнений зразок (від ПАЕ - імітатора до ПАЕ - приймача) більше ніж через ненаводнений (табл. 5). •

• - Таблиця 5 .

, Результати вимірювань втрат сигналів АЕ при проходженні. їх

■ через ненаводнені'і наводнені ділянки металу труб.

Кільцеві зразки 0/42x5,' (12X1!,ЇЗ)

Пластинчаті зразки-6x35x106,5 (ст. 20)

Т------Т

! Вид І !іміта-!

-----г

№ І се-1 РЇЇ і і І

Вид І № іСєР?гній в і, .

ІМІТа|рії"!марнийСра- Івіднош., ^-іхунок СИГ- ¡затухант-4 х ,налу АЕ. ¡ня сиг-}

іімп. іналу АЕ)

ції:

!без

|Н2

Н? !

. 2 ! ■і

Середній Ві % спів-серіі су- (ВІДНОШі марний ра-ізатухан-хунок сиг-іня сигна-

наду АЕ імп.

т

¡лу АЕ

1-а

без

‘2

Но

Елект- І 240,8 131,4 3,9 ' Еле'кт- І ■

ричний .2 328,4 290,3 11,6 ричний 2

імпульс 3 408,6 301,6 26,2 імпульс З

с.з. 326 274,4 15,8 с.з,

189.8 172,4 9,2

239,3.192,4 19,6

266.8 221,7 .16,9

' 232 .195,5 15,7

Цжере- І 626,2' 595 5

то Хсу— 2 686 619 97

їельсе- с. 656 607 8,6

*а з.

1 Джере- І ло Хсу- 2 Нельсе- с. на . з.

1923 1215,6 37

1853 1112,3 39,97

1888 1163,95 ■ 38,4

ОСНОШІ РЕЗУЛБГАЇИ РОБОТИ ТА КОРОТКІ ВИСНОВКИ

- І. Розроблено вимірювальний комплекс за допомогою якого встановлено взаємозв'язок між стадіями докритичного росту тріщини а матеріалах та спектром сигналів АЕ і діаграмою направленості АЕ випромінювань.

2. Розроблені загальні методичні рекомендації по визначенню статичної тріщиностійкості матеріалів методом АЕ і апаратурну базову систему проведення АЕ-вимірювань.

3. Розроблені методики визначення КІН при старті та докри-тичноцу рості тріщини dt довжини її підростання.

4. Розроблені методики прискореного визначення RlSCC при водневому ta корозійному розтріскуванні матеріалів. Показано суттєвий вплив на передачу сигналів АЕ хвилевода та приведено відповідні рекомендації по його використанню.

5. Експериментально визначено константи докритичного росту

тріщин ряду матеріалів. ■ .

6. Розроблено, методику АЕ-досліджень динаміки зародження та розвитку росту тріщин в матеріалах корпусів реакторів- гід-рокрекінгу нафти.

' 7. Встановлено експериментальні залежності впливу ступеню наводнення та режимів охолодження на процеси фрагментації сталі по сигналах АЕ. .

8. Розроблено експериментальні підходи до АЕ-контролю водневого пошкодження труб енергетичного обладнання, які грунтуються на аналізі сигналів АЕ при статичному навантаженні матеріалу та його АЕ-прозвучуванні. ' '

' ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В '

■ ■ НАСТУПНИХ РОБОТАХ . ' '

1. Лысак Н.В., Сергиенко 0.Н-., Скальский В.Р. Акустическая эмиссия при росте водородных- третин.// Тез. докл. ІУ Все- ' союзн. семинаре "Водород в металлах" Москва, 1984, с.-166.

2.' Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Скальский В.Р., Сергиенко О.Н. Теоретические исследования амплитуд сигналов акустической эмиссии при образовании трещин // Тез. докл. Всесогазн. конференций "Использование современных физических методов в неразрушащих^исследованиях и контроле". Хабаровск 1984,

С. 250.

в. Іксак Н.В., Скальский В.Р. Исследование субкритического роста трещин с помощью акустической эмиссии // Физ.-хим. механика матер. - 1986 - М - C. ІІЗ-ІІ4.

4. Скальский В.Р. Применение метода акустической эмиссии для определения старта и субкритического роста трещин в металлах // Матер. ХШ конф. мол. ученых ШИ}Львов, 1986. Деп. ВИНИ®, 1987, №3007 - В87, С. 77-80.

5. Теоретические концепции метода акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Сергиенко О.Н., Скальский В.Р. /Препринт М37 / ФМІ • ім. Г.В. Карпенко АН України/ - 1987 - 49 с.

6. Лысак Н.В., Сергиенко О.Н., Скальский В.Р. Акустико-эмиссионный метод диагностики параметров хрупкого разрушения. // Тез. докл. I Всесоюзн. конференции "Механика разрушения м -

' териалов", Львов, 1987, С. 211.

7. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Зазуляк В.А., Сергиенко О.Н., Скальский В.Р. Определение направленности акустических излучений при образовании и росте трещин // Тез. докл. кон-ференции."Использование современных физических методов в неразрушающем контроле!' Хабаровск - 1987 - С. 5.

8. Ткач А.Н., Лысак Н.В., Юськив Т.Я.Овчинников В.А., Шар-ков В.А., Скальский В.В. Методические особенности определения статической трещиностойкости чугунов // Физ.-хим. механика матер. - 1988 - №1 - С. 68-73.

9. Лисак М.В., Скальский В.Р., Іваницький Я.Л., Ковчик С.6., Сергієнко О.М. Застосування акустичної емісії для дослідження утворення тріщин під захисною наплавкою корпусів реакторів. // Физ.-хим. механика матер. - 1989 - №2 - C. 79-81.

10. Лысак Н.В., Скальский В.Р., Сергиенко О.Н. Использование метода акустической эмиссии для исследования разрушения чу-гунов. // Технич. диагностика и неразруш, контроль. - 1989

- №3 - С. 37-45.'

11. Лысак Н.В., Скальский В.Р., Лучко И.И. Акустическая эмиссия и разрушение бетона при статическом нагружении.. //Известия ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1989 -№2 - С. 48-52.

12. Андрейків 0,6., Скальський В.Р., Зазуляк В.А., Корниляк ЕВ. Застосування акустичної емісії для визначення статичної тріщиностійкості литих титанових сплавів. // Физ.-хим. ме-

ханика матер. - 1990-М - С. 103-107.

13. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Каленский В.К., Скальский В.Р.; и др. Диагностика развития трещин по границе сплавления в

, наводороженннх образцах. // Технич. диагностика и неразр. контроль. - 1990 - №3 - С. 32-36.

14. Методические аспекты применения метода акустической эмиссии при определении статической трещиностойкости материалов. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Скальский В.Р., Сергиенко О.Н. /Препринт №165/ ФМІ АН України/ - 1990 - 34 с.

15. Андрейків О.Є., Лисак М.В., Сергіенко О.М., Скальський В.Р. Застосування методу акустичної емісії при дослідженнях матеріалів у водневому та корозійному середовищах // Физ,-хим. механика матер. 1990 - №5 - С. 26-36.

16. Каленский В.К., Николенко Т.Ю., Козин А.Н., Иваницкий Я.Л., Лысак Н.В., Скальский В.Р. Повышение стойкости нержавеющего металла, наплавленного на сталь І0Х2ГНМА против отслоения при эксплуатации в среде водорода // Автоматическая сварка - 1990 - №2 - С. 27-33.

17. Лысак Н.В., Скальский В.Р., Сергиенко О.Н. О методологии A3 - диагностирование трещинообразования // Технич. диагн. и неразруш. контроль, 1991 - №3 - С. 9-14.

18. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Скальский В.Р., Сергиенко О.Н.

Методика^определения значения Kjjy^ стали в среде водорода с помощью метода акустической эмиссии./ Там же - 1992 -№1 - С. 18-26. . .

19. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Скальский В.Р. Контроль водородного растрескивания сталей акустико-эмиссионным методом. // Тез. докл. 1-го Междунар. семинара "Металл-водород

- 92” Донецк - 1992 - С. 88-89.

20. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Скальский В.Р. и др. Водородное растрескивание металлов и сплавов и его акустико-эмиссионный контроль. // Физ.-хим. механика матер. - 1992 -»4-C. 63-69.

21. A.c. I755I2I. MKH:Q0U#I7/00. Способ определения порогового коэффициента интенсивности напряжений // Андрейкив А.Е. Скальский В.Р., Лысак Н.В. Опубл. БИ. №30- 1992.

22. A.c. 1758545. МКИ G0I.M29/I4. Способ контроля роста трещи.-ны в образцах материалов. // Андрейкив А.Е., Скальский В.Р.

Лысак Н.В. Опубл. Бй №32 - 1992. ■ ' '

23, A.c.. 1769086. MKH.GOI MI7/00. Способ определения нижнего порогового значения коэффициента интенсивности напряжений. // Андрейкив A.E.J Лысак Н.В.Скальский В.Р., Сергиен- ' ко О.Н. Опубл. БИ #38. 1992.

24. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В., Скальский В.Р., Коваль Л.А., Васылына Ю.Т., Сергиенко О.Н. Спектральный анализ сигналов .

■ . акустической эмиссии растущей трещины // Технич. диагаос-тика и неразруш. контроль. - 1993 - №1 - С. 77-86. '. . •