Способ контроля зоны термического влияния сварных соединений


 


Владельцы патента RU 2534448:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Использование: для контроля зоны термического влияния сварных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что сварное соединение подвергают термическому воздействию, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о качестве сварного соединения, при этом сигналы акустической эмиссии инициируют локальным термическим воздействием поочередно в точках контроля, расположенных на линии, перпендикулярной сварному шву, строят зависимость параметров данных сигналов для каждой контрольной точки от ее расстояния до сварного шва и по указанной зависимости оценивают размер зоны термического влияния как расстояние между наиболее удаленными от сварного шва контрольными точками, в которых значение суммарной энергии акустических сигналов ниже, чем в основном (не подвергнутом термическому влиянию при сварке) металле сварного соединения. Технический результат: обеспечение возможности оценки размеров зоны термического влияния и контроль структурного состояния металла в данной зоне сварных соединений. 1 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества сварных соединений, в частности контролю структурного состояния сварного соединения сплавов и оцениванию размеров зоны термического влияния сварного соединения.

Известны методы определения механических свойств сварных соединений в целом и их отдельных участков, а также наплавленного металла, которые указаны в ГОСТ 6996-66 (изд. 1997 г). Данным стандартом предусмотрены следующие методы испытаний:

- испытание на статическое (кратковременное) растяжение;

- испытание на статический изгиб;

- испытание на ударный изгиб;

- испытание на стойкость против механического старения.

Недостатком данных методов является то, что они относятся к классу так называемых «разрушаемых» испытаний и не пригодны для контроля качества сварных соединений металлоконструкций, находящихся в эксплуатации.

Необходимо отметить, что указанным стандартом также предусмотрен метод испытаний, который может быть использован для контроля сварных соединений конструкций, находящихся в эксплуатации, а именно измерение твердости металла различных участков сварного соединения и наплавленного металла. Данный метод позволят оценить структурные нарушения металла в зоне термического влияния сварных соединений, учитывая зависимость твердости металлов и сплавов от их структурного состояния.

Известны также иные способы контроля сварных соединений, основанные на зависимости твердости металлов и сплавов в зоне термического влияния сварных соединений от их структурного состояния: патент на изобретение РФ №2296319, МПК G01N 27/80, G01N 27/83, 2006.

Однако контроль сварных соединений, основанный на измерении твердости, имеет существенный недостаток, а именно, в данном случае создаются локальные нарушения поверхности исследуемых изделий, что является недопустимым для отдельных образцов техники (например, ракетно-космической).

Для исключения указанного недостатка разработан способ контроля сварных соединений, при котором в процессе сварки на стадии формирования и охлаждения сварного шва выполняют акустико-эмиссионный контроль (патент на изобретение РФ №2102740, МПК G01N 29/04, 1998).

Однако данный способ не позволяет оценивать размеры зоны термического влияния и выполнять контроль в данной зоне структурного состояния металла после охлаждения или после термической обработки сварного соединения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ контроля качества сварных соединений, выполненных диффузионной сваркой. В данном случае контроль осуществляется при регистрации сигналов акустической эмиссии, возникающих в материале шва при термическим воздействии на него (Авторское свидетельство №1496467, МПК G01N 29/14, 1994 г.).

Указанный способ имеет следующие недостатки:

- данный способ пригоден только для сварных соединений, выполненных диффузионной сваркой;

- для реализации данного способа требуется выполнение испытания всей конструкции на термическое воздействие;

- способ не позволяет оценить размеры зоны термического влияния сварного соединения и выполнить контроль структурного состояния в ней до и после термической обработки сварного соединения.

Для исключения указанных недостатков при выполнении контроля зоны термического влияния сварных соединений возможно использование зависимости энергии акустико-эмиссионных сигналов от плотности распределения дислокаций в металлах и сплавах, что позволяет оценить их структурное состояние (Шпорт В.И. Пластическая деформация и разрушение металлических материалов авиационной техники. - М.: Машиностроение - 1, 2004. - 256 с., глава 2).

Целью изобретения является создание способа контроля сварных соединений, обеспечивающего следующие технические результаты:

- исключение локального разрушения поверхности контролируемого сварного соединения;

- исключение общего термического воздействия на исследуемую конструкцию;

- оценивание размеров зоны термического влияния и контроль структурного состояния металла в данной зоне сварных соединений, выполненных любым видом сварки.

Эти технические результаты в способе контроля сварных соединений, при котором осуществляется термическое воздействие на контролируемое соединение, где основными информативными признаками о качестве соединения являются регистрируемые сигналы акустической эмиссии, достигаются тем, что в качестве таковых информативных признаков используется суммарная энергия сигналов акустической эмиссии, инициированных движением дислокаций в термостесненном состоянии при локальном нагреве исследуемой области.

Для этого после выполнения сварного соединения и его полного остывания (что обеспечивает окончательное формирование структурного состояния в зоне термического влияния) к испытуемой зоне локально подводится тепловая энергия (например, прикладывается стержень паяльника с узким жалом). Возникновение градиента температур в испытуемой зоне за счет термостеснения материала станет причиной образования в нем напряженно-деформированного состояния. Это в свою очередь будет причиной движения дислокаций, которые будут сопровождаться акустико-эмиссионными сигналами. Путем измерения суммарной энергии акустико-эмиссионных сигналов, инициированных движением дислокаций, выполняется контроль структурного состояния металла и оценивается размер зоны термического влияния сварного соединения.

В зоне термического влияния сварного соединения, где структура металлов и сплавов имеет неравновесный характер и не обеспечивается требуемая пластичность (наблюдается повышенная хрупкость), по причине искажения кристаллической решетки, движение дислокаций будет ограничено и, как следствие, энергия акустико-эмиссионного сигнала будет ниже. В зоне с равновесной структурой, вне зоны термического влияния, где обеспечивается требуемая пластичность, искажение кристаллической решетки минимально, движение дислокаций и энергия акустико-эмиссионных сигналов, инициированных ими, будут выше.

Способ контроля зоны термического влияния осуществляется следующим образом.

Сварное соединение подвергают термическому воздействию локально, поочередно в каждой точке контроля, приспособлением для точечного нагрева. Точки контроля должны находится на линии, перпендикулярной сварному шву. Расстояния между данными точками должно составлять от 3 до 5 мм. Контроль необходимо выполнять в обе стороны от сварного шва.

Преобразователь (датчик), регистрирующий сигналы акустической эмиссии, необходимо устанавливать на расстоянии 10 мм от контрольной точки приспособления для нагрева. В ходе нагрева регистрируются сигналы акустической эмиссии, осуществляется их обработка, а именно суммирование энергии всех пришедших сигналов при нагреве контрольной точки. После сбора указанных данных строится зависимость суммарной энергии акустико-эмиссионных сигналов каждой контрольной точки от ее расстояния от сварного шва. По указанной зависимости оценивается размер зоны термического влияния. Он определяется как расстояние между наиболее удаленными от сварного шва контрольными точками, в которых значение суммарной энергии акустических сигналов ниже, чем в основном (не подвергнутому термическому влиянию при сварке) металле сварного соединения.

Структурное состояние металла контролируется по значению суммарной энергии акустико-эмиссионных сигналов. Чем она ниже, тем более неравновесной (искаженной) является структура.

Реализация данного способа обеспечивается еще и тем, что при создании напряженно-деформированного состояния методом локального нагрева, акустическое воздействие (дополнительный шум) от оборудования будет минимальным. Это позволяет повысить порог чувствительности прибора, регистрирующего акустико-эмиссионный сигнал, и повысить достоверность метода.

Суть изобретения заключается в локальном нагреве от внешнего источника исследуемой области сварного соединения с одновременным регистрированием возникающих при этом акустико-эмиссионных сигналов, инициированных движением дислокаций. Оценивание размера зоны термического влияния и контроль структурного состояния конструкционного материала в ней осуществляется при анализе значения энергии данных сигналов.

Данный способ позволяет достичь указанные цели изобретения. На рисунке показана зависимость энергии акустико-эмиссионного сигнала, инициированного локальным нагревом в контрольных точках сварного соединения с различным структурным состоянием стали 30ХГСА, от их расстояния от сварного шва. Зона термического влияния в данном случае составляет около 20 мм (по 10 мм в каждую сторону от сварного шва). Там же показана зависимость суммарной энергии акустических сигналов от структурного состояния стали 30ХГСА:

- 2×106 мкс×мкв - для неравновесной структуры (до термообработки);

- 2,6×106 мкс×мкв - для более равновесной структуры (после термообработки).

Таким образом, данный способ может быть использован при контроле сварных соединений металлоконструкций при их эксплуатации. Он позволяет оценивать размер зоны термического влияния и структурное состояние сварных соединений, выполненных любым видом сварки, исключает повреждение поверхности изделия и не требует общего термического воздействия на исследуемую конструкцию.

Способ неразрушающего контроля зоны термического влияния сварного соединения, заключающийся в том, что сварное соединение подвергают термическому воздействию, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по их параметрам судят о качестве сварного соединения, отличающийся тем, что сигналы акустической эмиссии инициируют локальным термическим воздействием поочередно в точках контроля, расположенных на линии, перпендикулярной сварному шву, строят зависимость параметров данных сигналов для каждой контрольной точки от ее расстояния до сварного шва и по указанной зависимости оценивают размер зоны термического влияния как расстояние между наиболее удаленными от сварного шва контрольными точками, в которых значение суммарной энергии акустических сигналов ниже, чем в основном (не подвергнутом термическому влиянию при сварке) металле сварного соединения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. Технический результат направлен на повышение длительности определения изменений напряженного состояния горного массива в окрестностях выработок в ходе непрерывных мониторинговых акустико-эмиссионных измерений перемещения вглубь массива зоны опорного давления.

Использование: для акустико-эмиссионного контроля качества сварных стыков рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что производят сварку стыка, обрубку грата, регистрируют сигналы акустической эмиссии при остывании сварного шва, измеряют скорость счета сигналов акустической эмиссии, разбивают время контроля на интервалы, по превышению скорости счета сигналов акустической эмиссии порогового значения хотя бы в одном из интервалов судят о качестве сварного шва, при этом дополнительно определяют медиану энергии сигналов акустической эмиссии, задают пороговые величины по средним значениям скорости счета и медианы энергии локализованных сигналов акустической эмиссии в двух равных интервалах времени при остывании сварного шва и при превышении скорости счета и медианы энергии сигналов их пороговых значений на любом из интервалов сварной стык бракуют.

Использование: для контроля дефектности сляба. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют установку датчиков акустической эмиссии на поверхности холодного сляба в порядке, обеспечивающем контроль всего материала сляба, механическое нагружение сляба за счет использования собственного веса сляба до напряжений от 20 до 80% предела текучести материала сляба, выдержку под нагрузкой не менее 1 мин, регистрацию сигналов акустической эмиссии и их обработку, определение координат источников акустической эмиссии и определение возможности дальнейшего использования сляба в производстве горячекатаной полосы путем сравнения диагностического параметра WАЭ с допустимым значением диагностического параметра [WАЭ] и при WАЭ>[WАЭ] сляб считают непригодным для дальнейшей прокатки.

Использование: для оперативного определения качества микроструктуры титанового сплава упругого элемента. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют более одного нагружения исследуемого упругого элемента нагрузкой до максимальной деформации с регистрацией сигналов акустической эмиссии при каждом нагружении.

Использование: при акустико-эмиссионной диагностике материалов и конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, определяют закон затухания звука, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия в процессе эксплуатации или нагружения, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, получают частотно-временную зависимость на спектрограммах, выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояние между преобразователями и источником акустической эмиссии, затем, используя ранее установленный закон затухания, рассчитывают координаты дефекта изделия.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля, а именно к виброакустическим методам, и может найти применение для физического контроля железобетонных опор со стержневой напрягаемой арматурой.

Использование: для выявления шумоподобных источников акустической эмиссии во время диагностирования, мониторинга, оценки состояния и ресурса объектов контроля с применением локационных методов акустической эмиссии.

Использование: для исследования деформации и напряжений в хрупких тензоиндикаторах. Сущность: что проводят акустико-эмиссионнные измерения сигналов образования трещин в хрупком тензопокрытии, при этом дополнительно измеряют концентрацию аэрозолей в приповерхностном слое хрупкого тензопокрытия, при этом при скорости изменения нагрузки до 0,1 кН/с с учетом 30-секундной поправки на задержку регистрации диагностируют процесс разрушения оксидной пленки тензоиндикатора и материала подложки.

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния промышленных объектов. Сущность: заключается в том, что преобразователь акустической эмиссии содержит корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, а также, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом.

Использование: для определения координат источника акустической эмиссии. Сущность: заключается в том, что на контролируемом изделии на некотором расстоянии друг от друга устанавливают два преобразователя акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, регистрируют моды волн Лэмба в виде волнового пакета, после представления которого частотно-временной зависимостью на спектрограммах выделяют энергетические максимумы антисимметричных и симметричных мод, по разнице во времени прихода энергетических максимумов на выбранных частотах определяют расстояния между преобразователем и источником акустической эмиссии, после чего по полученным результатам рассчитывают координаты дефекта изделия.

Использование: для диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют прием, регистрацию и обработку сигналов от преобразователей акустической эмиссии в процессе движения подвижного состава, который прогоняют по железнодорожному пути, при этом на заданном участке железнодорожного пути создают искусственные неровности в вертикальной плоскости, на которые устанавливают преобразователи акустической эмиссии, по параметрам сигналов с которых судят о наличии трещин в ходовых частях тележки подвижного состава. Технический результат: обеспечение возможности диагностики наличия трещин в ходовых частях тележки подвижного состава без необходимости установки диагностического оборудования на тележку вагона подвижного состава. 2 ил.

Использование: для диагностики и неразрушающего контроля металлических конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют прием, регистрацию и оценку параметров сигналов акустической эмиссии в момент нагружения конструкции, оцифровку акустических сигналов, их предварительную обработку, фильтрацию помех, при этом сначала устанавливают критические значения нагрузки Pкр и коэффициента регрессии kкр, характеризующего изменение числа сигналов акустической эмиссии к изменению нагрузки для бездефектной конструкции, затем конструкцию нагружают до значения нагрузки, превышающей рабочую на (5…10) %, регистрируют при этом число сигналов и нагрузку линейного участка стационарной акустической эмиссии, регистрируют при этом коэффициент регрессии k0, после чего конструкцию нагружают циклической нагрузкой, амплитудное значение которой повышают постепенно на (2…5) %, и при достижении превышения на (15…20) % рабочей нагрузки нагружение прекращают, если в процессе контроля k0<kкр, то конструкцию считают бездефектной, а при значении k0>kкр конструкцию бракуют. Технический результат: повышение достоверности акустико-эмиссионного контроля металлических конструкций. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Использование: для акустико-эмиссионной диагностики морских ледостойких сооружений. Сущность изобретения заключается в том, что в критичных узлах конструкции сооружения устанавливают акустико-эмиссионные преобразователи звукового диапазона частот, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по параметрам сигналов акустической эмиссии определяют степень дефекта конструкции сооружения, при этом дополнительно устанавливают в критичных узлах конструкции сооружения группу акселерометров, воспринимающих механические напряжения низкочастотных колебаний инфразвукового диапазона частот, а затем вычисляют первую функцию взаимной корреляции между сигналами, поступающими от акустико-эмиссионных преобразователей и акселерометров, а затем вторую функцию взаимной корреляции между сигналами, поступающими от каждой пары ближайших акустико-эмиссионных преобразователей, при этом дефекты сооружения обнаруживают по амплитуде и форме максимумов от каждой функции корреляции, а координаты дефектов определяют по временной задержке максимума второй функции корреляции между каждой парой акустико-эмиссионных преобразователей. Технический результат: повышение надежности обнаружения и диагностики скрытых дефектов морских ледостойких сооружений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения оптимальной депрессии на нефтяной пласт. Техническим результатом является повышение точности определения оптимальной депрессии на пласт. Способ включает снятие индикаторной диаграммы зависимости дебита скважины от депрессии на пласт и определение максимума зависимости, соответствующего оптимальной депрессии. Снимают зависимость упруго-деформационной характеристики, например скорости распространения упругой волны от перового давления в образце керна, отобранном из пласта и помещенном в гидрокамеру со всесторонним давлением, соответствующим условиям естественного залегания, затем плавно снижают поровое давление до пластового давления со скоростью, не превышающей скорость релаксации предельных напряжений в керне, о которой судят по отсутствию акустической эмиссии, и далее продолжают снижать поровое давление уже в качестве депрессии на керн, и по началу резкого уменьшения градиента изменения этой зависимости при достижении предела пластичности и возникновения акустической эмиссии судят о предельной величине оптимальной депрессии. 1 ил.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и предназначено для определения прочностных характеристик материала. Сущность изобретения заключается в том, что способ регистрации сигналов акустической эмиссии, в котором образец материала нагружают с помощью гидропресса, и фиксируют сигнал акустической эмиссии, образец подвергают импульсному воздействию, формируя продольную упругую волну, которая стимулирует массовый синхронный выход дислокаций из кристалла материала, что в результате создает суммарный сигнал акустической эмиссии, устойчиво фиксируемый пьезодатчиком. Технический результат - упрощение регистрации и обработки сигнала акустической эмиссии. 2 ил.

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций и направлено на возможность осуществления сплошного контроля натяжения болта. Способ заключается в том, что после сборки болтового соединения, перед окончательной затяжкой на болт с использованием специальной смазки для обеспечения акустического контакта устанавливают преобразователь сигналов акустической эмиссии. Затем производят окончательную затяжку, в процессе которой и определенное время после нее регистрируют сигналы акустической эмиссии, и по результатам анализа полученных сигналов акустической эмиссии судят о качестве болтового соединения. 1 ил.

Использование: для определения ударной вязкости испытуемого образца. Сущность изобретения заключается в том, что собирают акустические данные от акустического датчика с помощью средства сбора акустических данных при приложении к испытуемому образцу нагрузки, при этом указанный акустический датчик связан с испытуемым образцом; определяют одну или более фоновых точек с помощью средства определения фоновых точек; определяют одну или более точек возможного акустического события с помощью средства определения точек возможного акустического события; интерполируют кривую характеристики фонового шума с использованием фоновых точек с помощью средства интерполяции кривой характеристики фонового шума; определяют одну или более точек фактического акустического события с использованием точек возможного акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства определения точек фактического акустического события; и вычисляют площадь акустического события, заключенную между точкой фактического акустического события и кривой характеристики фонового шума с помощью средства вычисления площади фактического акустического события. Технический результат: обеспечение возможности определения фактической прочности и ударной вязкости твердых и сверхтвердых компонентов с использованием акустической эмиссии. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано в машиностроении для ускоренной автоматизированной оценки обрабатываемости как традиционно применяемых сталей и сплавов в изменяющихся условиях резания, так и новых марок сплавов, наплавленных и композиционных материалов и т.д. Сущность: осуществляют регистрацию параметров сигналов акустической эмиссии - числа импульсов моды амплитудного распределения, соответствующих пластическому деформированию при точении. Для регистрируемого датчиком сигнала акустической эмиссии рассчитывают среднее квадратическое значение сигнала в рассматриваемом интервале времени (Urms). С помощью преобразования Фурье получают амплитудно-частотное представление сигнала акустической эмиссии, определяют значение медианной частоты (Fmed). По их произведению (Urms×Fmed) судят об обрабатываемости материала. Технический результат: сокращение времени и трудоемкости определения обрабатываемости материалов, определение не относительного, а абсолютного значения обрабатываемости. 3 ил., 2 табл.

Использование: для идентификации источников сигналов акустической эмиссии (АЭ). Сущность изобретения заключается в том, что измеряют максимальную амплитуду импульса, число выбросов и длительность импульсов сигналов, после чего на основании проведенных измерений осуществляют распознавание источников сигналов акустической эмиссии. Технический результат: повышение достоверности при распознавании источников сигналов акустической эмиссии. 7 ил.

Использование: для мониторинга технического состояния конструкций, технических устройств, зданий и сооружений в условиях воздействия факторов высокоамплитудных случайных шумов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют регистрацию и анализ сигналов акустической эмиссии путем беспороговой регистрации данных акустико-эмиссионного контроля, которую осуществляют посредством усиления, аналого-цифрового преобразования и записи зашумленного акустико-эмиссионного сигнала без использования амплитудной дискриминации, последующей его цифровой обработки, включающей полосовую частотную фильтрацию, обнаруживают полезный сигнал акустической эмиссии с использованием адаптивного фильтра, который содержит по меньшей мере один входной информационный канал и разделяет зарегистрированный временной ряд на две независимых компоненты - детерминированную сигнальную и случайную шумовую, выделяют сигнал акустической эмиссии с помощью расчета локальных параметров временных рядов сигнала и шума, усредненных в пределах заданного по ширине скользящего временного окна, проводят сравнительный анализ временных рядов сигнала и шума, составленных из значений локальных параметров, и выстраивают на его основе систему характеристических инвариантов, не зависящих от амплитуды и интенсивности шума, которые используют в качестве информативных параметров акустической эмиссии для формирования диагностических признаков наличия дефектов в объекте контроля, проводят классификацию дефектов по степени опасности и принимают решение о техническом состоянии объекта контроля. Технический результат: повышение достоверности и объективности оценки технического состояния объекта контроля с использованием метода акустической эмиссии в широком диапазоне отношений сигнала к шуму, в том числе порядка или меньше единицы. 4 з.п. ф-лы, 4 ил. 1 табл.
Наверх