Способ неразрушающего контроля металлоконструкций

Способ неразрушающего контроля металлоконструкций

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к тепловой дефектоскопии и может быть использовано при неразрушающем контроле металлоконструкций. Цель изобретения - расширение диапазона контроля на крупногабаритные конструкции и повышение эффективности способа. На исследуемую конструкцию воздействуют максимальной эксплуатационной статической или циклической механической нагрузкой до достижения в контрольных зонах предела текучести материала, регистрируют тепловое поле конструкции и фиксируют в указанных зонах участки с максимальной температурой. По величинам измеренного кратчайшего расстояния от участков с максимальной температурой до наружной поверхности конструкции или вершины несплошности и предела текучести материала судят о степени интенсивности повреждения конструкции. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (g))g G 01 N 25/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4401368/40 — 25 (22) 04.04.88 (46) 15.06.90. Бюл. Р 22 (71) Государственный научно †исследовательский институт гражданской авиации (72) В.С.Иванова, В.Н.Пустоьой и А.А.Шанявский (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 546813, кл. G 01 N 25/72, 1974. ,Авторское свидетельство СССР

N - 783667, кл. G 01 N 25/72, 1979. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮ1ЦЕГО КОНТРОЛЯ

МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ (57) Изобретение относится к тепловой дефектоскопии и может быть использовано при неразрушающем контроИзобретение относится к тепловой дефектоскопии и может быть использо- вано для неразрушающего контроля несплошностей в изделиях.

Цель изобретения — расширение диапазона контроля крупногабаритных конструкций и повышение эффективности способа.

Надежность металлоконструкций оп-, ределяется уровнем действующих номи-.. нальных напряжений, которые по су-, ществующим методам расчета должны быть для большинства изделий меньше предела текучести материала. Достижение предела текучести приводит к пластической нестабильности — потере работоспособности. Однако в локальных зонах материала, особенно в местах концентрации нагрузки, на стадии

„„SU„„1571490 А 1

2 ле металлоконструкций. Пель изобретения — расширение диапазона контроля на крупногабаритные конструкции и повышение эффективности способа.

На исследуемую конструкцию воздействуют максимальной эксплуатационной статической или циклической механической нагрузкой до достижения в контрольных зонах предела текучести материала, регистрируют тепловое поле конструкции и фиксируют в указанных зонах участки с максимальной температурой. По величинам измеренного кратчайшего расстояния от участков с максимальной температурой до наружной поверхности конструкции или вершины несплошности и предела текучести материала судят о степени интенсивности повреждения конструкции. 2 ил. предразрушения достигается предел текучести материала. При этом общее пластическое деформирование материа- Qll ла, как и в случае его локального пластического деформирования у кончика развивающейся усталостной трещины, ф „ сопровождается выделением тепловой цр энергии. Ее интенсивность пропорциональна интенсивности протекания пластической деформации при внешнем силовом воздействии на изделие. Результаты обработки эксперимента показывают (фиг. 1), что в упругой области деформирования при растяжении наблюдается понижение температуры образца на 0,4-0,6 С, участок о — а для стали 1 ХСНД и участок о — Ь для ст4ли

Ст3спВ, кривые 1 и 2 соответственно..

При достижении нагрузки, соответствуt 5714 30 ющей площадкам текучести,, и выше .г до разрушения наблюдается IIHòåíñèIr ное инфракрасное излучение, начиная из точек а и Ь, кривые 1 и 2 соответ ственно по типам сталеи. Приращение

5 температуры до рлзрушения составляет

10-15 С. Результаты эксперимента позволяеr сделать вывод, что приращение температуры образца и соответственно инфракрасного электромагнитпо;"о излучения наблюдается только rroc re дост икения напряжения в изделии ров ня rr и выше, а в упругой области ( наблюдается понижение температуры. (!

Указанная зависимость положена в осно ву предлагаемо" î способа, так как по зволяет определять в любых изделиях, в том числе в реальных крупногабарит ных конструкциях„ области пластической нестабильности, выявить концентрацию напряжений, оценивать интенсивность повреждения материала и судить о воэможности дальнейшей эксплуатации конструкции с развивающейся трещиной в условиях сложного напряжения состояния материала в результате определения уровня достигнутого эквивалент-. ного коэффициента интенсивности напряжений.

Нагружение конструкции или элемента конструкции максимальной эксплуатационной или испытательной статической или циклической нагрузкой позволяет реализовать реальное напряженное состояние материала в зонах несплошностей или концентраторов нагрузки, в которых в условиях эксплуа". тации реализован в локальных участках текучести материала. Достижение в ме таллоконструкции у вершины несплошности или концентратора нагрузки предела текучести материала является необходымым условием для возникновения тепловых излучений. Напряжения в металлоконструкции, которые соответствуют области упругих деформаций, не вызывают приращения температуры, а потому не могут быть зарегистрированы тепловизионным приемником. При этом

S0 акту начала распространения трещины в материале всегда предшествует достижение в локальных зонах предела текучести материала, а следовательно, отсутс-.вие пластических деформаций у несплошностей II концентраторов нагрузки является свидетельством безопасности эксплуатации конструкции с указанными дефектами.

Элементы металлоконструкций <: опасHIIMH несплошностями, т. е.: кон-, центраторами нагрузки ) а уровне преде-ла текучести и вьошь-, вызывает rIHtprr сивное приращение т-емпературы. Так, стадия предраэрушения и r< òîé÷èíbrrI рост трещин при достижении предела текучести материала и выше вяэ;.ны с приращением тс мперат ры rra лес,",тки радусов пр7-Д темпера-. Урном разр— шении современных приборов i),1 С„

g что обеспечивает вьк оку:< надежность обнаружения трещин, несплошностей и т.п.

Регистрация теплового поля в указанных зонах позволяет выделить из всей совокупности узлов и элементов конструкции области, в которых произошло зарождение и развитие трещин или материал подготовлен к началу процесса роста трещины.

Фиксирование участка с максимальной температурой позволяет определить размер зоны процесса деформации, в пределах которой происходят необратимые повреждения материала, обус-. лавливающие распространение трещин.

При удалении от вершины несплошности или от концентратора нагрузки на расстояние d 1 достигается максимальное тепловыделение в условиях минимального стеснения реалируемой пластической деформации, что соответствует максимальному теплоизлучению.

Измерение кратчайшего расстояния д 1 от этих участков до наружной поверхности элемента конструкции или вершины несплошности позволяет в последующем оценить интенсивность повреждения материала по величине эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений.

На фиг. 1 приведены диаграммы растяжения сталей 10ХСНД и СТЗспВ в координатах напряжение * — относитель.— ное удлинение, кривые 3 и 4 соответственно, а также температурные зависимости Т вЂ” относительное удлинение K соответственно тепловизионной камерой ACA-780 с последующей обработкой тепловизионных изображений на системе "Периколор-2000Е".; на фиг.2— участок металлоконструкций с усталостной трещиной, подвергавшейся исследованию по предлагаемому способу, где S — — исследуемая металлоконструкция, 6-11 — контролируемые эоны.

15i 1490

Сварную мет;!I!IoKQHcTpvKLIIfþ 5 из стали,ОХСНП подвергали растяжению, достигая в исследуемой зоне максимальной эксплуатационной нагрузки

I = 5500 кг. 1 процессе нагруже:..ИЯ В ко .тролируемых зона . 6 — 10 достигали предела текучести материала т

40v МПа и рг;-истрировани тепловое поле н указанных зонах. 0 цостиженип и превышении пред.:.на текучести матерНа!Ip В пер.1од кагружения меTJJ ы. о конструкции 5 суди IH по температурному полю, которое измеряли в металлоконструкции 5 по инфракрасному излучению с расстояния 10.м тепновизионной камерой ACA-780 с последующей обработкой тепловизионных изображений с применением системы Периколор2000Е". По полученным тепловизионным 20 изображениям фиксировали на металлоконструкции 5 участки 6 — 10 с максимальной температурой, по которой выявляли места расположения концентраторов 6 — 9 и фиксировали по температурному полю 19 С наличие в зоне 6 в металлоконструкции 5 усталостной трещины 11. Измеряли кратчайшее расстояни дl = 0,12 мм от участка 6 с максимальной температурой 19 С до вершины трещины 11, а о степени интенсивности повреждения стали 10ХСНД судили по величине коэффициента интенсивности напряжений (К q) = f (g(Й1) 7 =

400(3 14.0,12.10 ) = 7,6 К1а Qii < .г .35

° gg °

Полученное значение коэффициента интенсивности напряжений указывает на тот факт, что предельного состояния с трещиной в конструкции не достигнуто и она может в последующем эксплуатироваться с трещиной в условиях периодического контроля за ростом трещины или может быть реализо- . ван один из предложенных ранее способов торможения трещин.

После операции по торможению трещины металлоконструкция может быть допущена к последующей эксплуатации с периодическим контролем выявленных зон 6 — 9, где было зафиксировано тепловыделение, отвечающее состоянию предразрушения материала в. зоне концентраторов без трещин, а следовательно, показана возможность быстрого при последующей эксплуатации зарождения и развития трещин в выявленных зонах.

ПпеJI!fÿ--..àñ-мый способ позволяет вы- явить HP cflJIAL!!Ho c TH B Kp J пнома сштабных и м-foгоэнементньгх конструкциях, а также перенапряженные участки с локалькой концентрацией нагрузки на уровн» пред<.на текучести матгриана и выше по конструктивным структурньм, ТрКНс!!о. Ическим и ги другим причинам, которые мо"ут привести к практической

;-.с. Табиньности Ha IIIIK po-If;faKpoуровне и Вызвать разрушение, Ь:1агадаря ре "Hстрац11и размеров и расположения зоны пластической деформации в вершийе трещины способ позволяет классифицировать степень опасности уста-. ностной трещины и переходить к обоснованной периодичности осмотров кон-. струкций с развивающимися усталостными трещинами в условиях эксплуатации конструкций по принципу безопасносного повреждения.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ нераэрушающе"o контроля металлоконструкций, включающий механическое нагружение конструкции, ре= гистрацию их теплового поля, выявление несплошностей в конструкции по локальным зонам тепловыделения и оцен-.. ку интеисивности повреждений, о т .-. н и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона контроля на крупногабаритные конструкции и повышения эффективности способа, нагружение конструкции осуществляют максимальной эксплуатационной статической или циклической нагрузкой до достижения в контрольных зонах предела текучести материала, фиксируют в указанных зонах участки с максимальной темпера турой и измеряют кратчайшее расстояниЕ от этих участков до наружной поверхности конструкции или вершины несплошностей, à о степени интенсив-., ности повреждения материала судят по величине эквивалентного коэффициента интенсивности напряжения материала, определяемого по формуле иткс

1т 3 = т1 1 1а где — предел текучести материала; г !!11 — кратчайшее расстояние от участков с максимальной температурой до наружной поверхности конструкции или вершины несплошности;

1571490

t t 1 1

Составитель В.Марченко

Редактор М. Недолуженко Техред М.Дидык Корректор M.Èàêñèìèøèíåö

Заказ 1508 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 макс

K — размерная постоянная, контролирующая максимальный размер автомодельной зоны предразрушения.