Способ определения остаточного ресурса конструкции

 

Способ может быть использован для определения остаточного ресурса трубопроводов в процессе эксплуатации. Остаточный ресурс конструкции определяют по отношению ударной вязкости материала конструкции к нормативной ударной вязкости или ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала. Для определения ударной вязкости материала конструкции устанавливают тарировочную зависимость между ударной вязкостью материала образцов, подвергнутых деформационному старению различной степени, и их магнитно-шумовым сигналом. Измеряют также магнитно-шумовой сигнал конструкции в исследуемой зоне, по которому и тарировочной зависимости определяют ударную вязкость материала конструкции. Способ исключает необходимость вырезки образцов из конструкции. 2 ил.

Изобретение относится к диагностике конструкций и может быть использовано при оценке остаточного ресурса конструкций, в частности, трубопроводов в процессе эксплуатации.

При длительной эксплуатации трубопроводов и других конструкций из-за старения металла снижается уровень трещиностойкости материала и как следствие происходит снижение остаточного ресурса работы всей конструкции.

Известен способ оценки остаточного ресурса работы конструкций, базирующийся на установке датчиков повреждения в опасных зонах конструкции, на измерении геометрических параметров и вырезке образцов из различных участков трубопровода для испытаний. Однако при эксплуатации трубопроводов практически невозможно устанавливать датчики повреждения, в большинстве случаев из-за конструктивных особенностей и условий работы конструкций, находящихся в эксплуатации, не допускается вырезка образцов из них.

Техническая задача изобретения заключается в возможности диагностирования остаточного ресурса работы конструкции в процессе эксплуатации без вырезки образцов из конструкции.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения остаточного ресурса конструкции, заключающегося в том, что определяют ударную вязкость материала конструкции и судят по ней об остаточном ресурсе конструкции, согласно изобретению образцы, изготовленные из того же, что и исследуемая конструкция, материала, подвергают деформационному старению различной степени, определяют ударную вязкость материала образцов и измеряют их магнитно-шумовой сигнал, устанавливают тарировочную зависимость между ударной вязкостью и магнитно-шумовым сигналом, измеряют магнитно-шумовой сигнал конструкции в исследуемой зоне, по этому сигналу и тарировочной зависимости определяют ударную вязкость материала конструкции и по отношению ее к нормативной величине ударной вязкости или к ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала, судят об остаточном ресурсе конструкции.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены графики изменения величины ударной вязкости (кривые 1) и магнитно-шумового сигнала (кривые 2) от величины пластической деформации соответственно для низколегированной стали 17Г1С (фиг. 1) и углеродистой стали Ст4 (фиг. 2).

Для построения тарировочной зависимости между величинами магнитно-шумового сигнала и ударной вязкости материала предварительно изготовленные пластины подвергают деформационному старению с различными степенями деформации (ε) . После деформирования из пластин изготовляют стандартные образцы и испытывают их на ударный изгиб с определением ударной вязкости. С помощью магнитно-шумового прибора измеряют величину магнитно-шумового сигнала на каждом деформированном образце (пластине).

Представленные экспериментальные данные (фиг. 1, 2) свидетельствуют, что с увеличением степени деформационного старения, т.е. пластической деформации материала (ε) , происходит снижение ударной вязкости. Причем это снижение наблюдается до определенных значений (ε_кр) , после чего ударная вязкость практически не изменяется.

При снижении ударной вязкости происходит смена механизма разрушения. При увеличении деформационного старения вязкий излом в образце переходит в смешанный излом (квазихрупкое разрушение) и при достижении (ε_кр) излом в образце становится полностью кристаллическим (хрупкое разрушение). Значение ударной вязкости (a_н), когда в образце обнаруживается 100%-ный кристаллический излом, принимается за предельное состояние для каждой марки стали, и дальнейшая эксплуатация конструкции с такими свойствами становится опасной. Данный подход к оценке ресурса конструкции относится к ситуации, когда в нормативных актах (документах) отсутствуют нормативные требования по показателю ударной вязкости. В случае заданной нормативной величины ударной вязкости (a_н) диагностирование конструкции по остаточному ресурсу осуществляется относительно этой характеристики.

Аналогичная закономерность наблюдается при регистрации магнитно-шумового сигнала. При увеличении пластической деформации до определенных значений происходит возрастание магнитно-шумового сигнала с последующей стабилизацией (кривые 2 на фиг. 1, 2). Изменение магнитно-шумового сигнала наблюдается практически в том же диапазоне пластических деформаций, в котором происходит снижение ударной вязкости.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить оперативность сбора информации о конструктивной надежности, снизить трудоемкость диагностирования остаточного ресурса и значительно снизить материальные затраты на ведение планово-предупредительных ремонтов трубопроводов и других конструкций.

Формула изобретения

Способ определения остаточного ресурса конструкции, заключающийся в том, что определяют ударную вязкость материала конструкции и судят по ней об остаточном ресурсе конструкции, отличающийся тем, что образцы, изготовленные из того же, что и исследуемая конструкция, материала, подвергают деформационному старению различной степени, определяют ударную вязкость материала образцов и измеряют их магнитно-шумовой сигнал, устанавливают тарировочную зависимость между ударной вязкостью и магнитно-шумовым сигналом, измеряют магнитно-шумовой сигнал конструкции в исследуемой зоне, по этому сигналу и тарировочной зависимости определяют ударную вязкость материала конструкции и по отношению ее к нормативной ударной вязкости или ударной вязкости, соответствующей хрупкому разрушению материала, судят об остаточном ресурсе конструкции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2