Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах



Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах
Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах
Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах
Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах

 


Владельцы патента RU 2587637:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российская Федерации (RU)
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)

Использование: для стендовых акустико-эмиссионных измерений при криогенных температурах. Сущность изобретения заключается в том, что способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах включает проведение испытаний путем применения специального устройства - криотермоса, который собирается непосредственно на образце для испытаний, установку пьезопреобразователей акустической эмиссии через волноводы за пределами образца и разрыв образца с регистрацией сигналов акустической эмиссии. Технический результат: обеспечение возможности поддержания заданных параметров криогенной температуры образцов для проведения стендовых акустико-эмиссионных измерений при размещении пьезоэлектрических датчиков непосредственно на образце. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области технической диагностики, в частности к способам стендовых акустико-эмиссионных измерений при криогенных температурах. На практике предлагаемое изобретение может быть использовано для сбора статистической информации параметров сигналов акустической эмиссии при стендовых испытаниях на разрыв образцов металлов при криогенных температурах. Способ позволяет производить распознавание зарождения и наблюдение развития трещин в материалах образцов при температурах от -182°C и ниже.

Современное развитие криогенной техники неотъемлемо связано с разработкой и внедрением материалов, пригодных для работы в условиях низких температур. Основными критериями выбора материалов являются механические свойства и сопротивление хрупкому разрушению при рабочих температурах, совместимость с рабочими жидкостями и влияние воздействия внешней среды, характеристики физических свойств, технологичность, обусловленная их свариваемостью, а также экономические факторы [1].

Опыт использования криогенной техники показывает, что на резервуары для хранения криогенных жидкостей воздействует множество эксплуатационных факторов, которые могут привести к нарушению герметичности последних. Необходимость определения надежности и долговечности криосистем, уточнение возможности продления их эксплуатации за расчетный ресурс является одной из задач криогенного металловедения.

С целью определения зон, потенциально склонных к возникновению коррозионных трещин различных типов, необходимо использовать упреждающие методы, которые позволят разработать систему дополнительного контроля, регистрировать динамику изменений и предупреждать появление опасного для эксплуатации дефекта, а также устанавливать объем и сроки ремонта оборудования [2].

Одним из упреждающих методов является проведение стендовых испытаний на малоцикловую усталость материалов образцов методом акустической эмиссии в соответствии с требованиями ГОСТ [3, 4].

В настоящее время в промышленности для проведения диагностики криогенного оборудования с целью его технического освидетельствования используется метод акустической эмиссии [5-9], который реализуется с использованием пневмонаддува. При этом фиксирование сигналов происходит под действием внутренних давлений без учета напряжений, вызванных криогенными температурами непосредственно в процессе эксплуатации.

Аналогами предлагаемого способа являются способы с оборудованными стендами, включающими в свой состав разрывную универсальную испытательную машину, акустико-эмиссионный комплекс, криостат (криокамеру), сосуд Дьюара [10, 11, 12]. Основными недостатками данных способов проведения стендовых испытаний являются:

- отсутствие в промышленности пъезопреобразователей сигналов акустической эмиссии, имеющих диапазон рабочих температур ниже минус 120°C [10];

- необходимость размещения пъезопреобразователей внутри криостатов, что усложняет их конструкцию [10];

- необходимость поддержания заданных значений температур во время разрыва образцов [11]. (В данном способе образцы охлаждались в сосуде Дьюара и разрывались на стенде при комнатной температуре. При быстрой смене температуры происходит нарушение кристаллической решетки металла, меняются его физические и химические свойства. В связи с чем нельзя говорить об объективности полученных результатов.)

Прототипом предлагаемого способа является способ проведения акустико-эмиссионных испытаний, представленный в [12], заключающийся в размещении звуковода на компактном образце с помощью специального компаунда и прижима, обеспечивающих надежный акустический контакт. Через крышку криостата звуковод выведен в зону с комнатной температурой, где к нему прикрепляются датчики акустической эмиссии.

Недостатками способа прототипа являются:

а) необходимость дорогостоящего оборудования;

б) необходимость дополнительной герметизации внутренней полости криокамеры в месте вывода звуководов;

в) невозможность проведения эксперимента в лабораторных условиях, необорудованных промышленной криокамерой.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены стенд и встроенный криотермос для реализации предлагаемого способа стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах. Встроенный криотермос собирается непосредственно на образце для испытаний. Все места соединения цилиндров с крышками цилиндров и образцом герметично соединяются с помощью клея (холодной сварки). Исключение составляет соединение цилиндра криостата с крышкой цилиндра в месте расположения концентратора образца.

Волноводы криотермоса представляют собой конструкцию из двух частей: первая - металлический стержень с резьбой на конце, вторая часть - металлический стержень, на одном конце которого закреплена гайка, на другом - площадка для креплениям пезоэлектрическиих датчиков. Первая часть волноводов (с резьбой на конце) закрепляется на образце холодной сваркой, через сверления в крышке цилиндров, при этом необходимым условием является размещение волноводов, как можно ближе к концентратору, что и определяет конструкцию криотермоса.

Для охлаждения вся конструкция постепенно помещается в сосуд Дьюара, где внутренние полости цилиндров заполняются жидким азотом через специальные отверстия, сделанные в стенках цилиндров. После охлаждения (не менее 30 мин) вся конструкция устанавливается в зажимы универсальной растягивающей машины. Волноводы собираются в единую конструкцию посредством резьбового соединения. Производится разрыв образца с фиксированием сигналов акустической эмиссии.

Все наладочные и настроечные работы аппаратуры производятся на предварительном этапе, что обеспечивает быстроту проведения эксперимента и объективность полученных результатов.

Габаритные характеристики встроенного криотермоса ограничиваются длинной образца и внутренним диаметром горловины сосуда Дьюара.

Сущность изобретения заключается в обеспечении совокупности существенных признаков, которые находятся в причинно-следственной связи и обеспечивают достижение заявляемого результата: замер параметров сигналов акустической эмиссии во время эксперимента при температуре в месте концентратора образца минус 196°C. Для достижения этого результата в качестве дополнительного оборудования было спроектировано специальное устройство, получившее название «встроенный криотермос», выполненный из термопластичного полимера - полистирола (фиг. 1 (позиция 14), фиг. 2).

Существенными признаками изобретения являются:

a) поддержание заданных параметров температур в месте концентратора образца при проведении эксперимента;

b) возможность фиксирования, накопления и обработки сигналов акустической эмиссии при исследовании зарождения и развития трещин в образцах при заданных параметрах рабочих (криогенных) температур;

с) возможность использования промышленных пъезопреобразователей акустической эмиссии в соответствии с их эксплуатационным диапазоном температур.

В качестве примера на Фиг. 3 представлена таблица результатов стендовых испытаний на разрыв образца из сплава АМц, оборудованного акустико-эмиссионным комплексом «Ресурс-2».

Таким образом, предлагаемый способ может найти широкое применение в научно-исследовательских институтах, учебных заведениях и специализированных организациях по изучению свойств материалов при криогенной температуре, так как отличается простотой реализации, доступностью и возможностью получения большого массива статистической информации с целью дальнейшего исследования зарождения и развития трещин в образцах материалов при криогенных температурах.

Литература

1. Солнцев Ю.П., Степанов Г.А. Материалы в криогенной технике. Справочник. - Ленинград: «Машиностроение», 1982. - 311 с.

2. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. - СПб.: Химиздат, 2007. - 783 с.

3. ГОСТ 22706-77 Металлы. Методы испытания на растяжение при температурах от минус 100 до минус 263°C. - М.: 1977. - 19 с.

4. ГОСТ 25.506-85 Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. - М.: 1985. - 66 с.

5. Патент РФ №2305217 / Кинжагулов И.Ю., Михальченко С.М., Пеньков М.М., Наумчик И.В.; Заявлен: 29.05.2006, опубликован: 27.08.2007.

6. Беляков В.П. Криогенная техника и технология. - М.: Энергоиздат, 1982 г. - с. 49-52.

7. Мирзагов В.А. Автореферат на тему: «Разработка методики акустико-эмиссионного контроля криогенного оборудования с учетом влияния параметров акустического канала». - М., 1994 г. / http: //tekrniosfera.com/razrabotka-metodiki-akusriko-emissionnogo…

8. Мирзагов В.А., Копченов А.В. Техническое диагностирование и продление срока службы вагонов-цистерн для перевозки криогенных продуктов. // Безопасность труда в промышленности. №1. 2010 / http: //www.vestipb.ru/articles3541.html.

9. Костюков В.М., Науменко А.П., Чикарин В.А., Шакирзанов М.Г. Диагностирование криогенных резервуаров с термоизоляционным кожухом. // Химическая техника, 2006 г., №5. - с. 7-9.

10. Акустическая эмиссия при фазовом переходе в монокристаллах полутораокиси ванадия. // Физика твердого тела, 2000 г. Том 42, выпуск 2-й. с. 322-325.

11. Безверхий В.Ф., Бырин В.Н. О возможности прогнозирования ресурса металлических конструкций по параметрам сигналов акустической эмиссии. / РАН Дефектоскопия, 1998 г., выпуск 7. - с. 15-24.

12. Методы исследований и испытаний материалов. http: // expertmeet.org/topic/ 17387-методы-исследований-и-испытаний-материалов /.

Способ стендовых акустико-эмиссионных измерений на образцах материалов при криогенных температурах, включающий применение специального устройства - криотермоса, который собирается непосредственно на образце для испытаний, установку пьезопреобразователей акустической эмиссии через волноводы за пределами образца и разрыв образца с регистрацией сигналов акустической эмиссии.



 

Похожие патенты:

Использование: для локации дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что на контролируемом изделии устанавливают преобразователи акустической эмиссии, изделие нагружают, принимают сигналы акустической эмиссии, генерируемые дефектом изделия, при этом преобразователи акустической эмиссии устанавливают на объект контроля группами не менее трех в каждой, на расстоянии между центрами преобразователей в группе, не превышающем минимальной длины акустической волны, в каждой группе для каждого сигнала определяют разность фаз между сигналами, зарегистрированными преобразователями, по которым определяют углы, характеризующие направления распространения волны относительно каждой группы преобразователей, а координаты дефектов определяют по определенным математическим выражениям.

Использование: для тестирования свойственной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство включает в себя держатель, компонент, индентор, держатель датчика и акустический датчик.

Использование: для регистрации сигналов акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорный элемент для контроля системы с датчиком акустической эмиссии для регистрации акустической эмиссии содержит второй датчик для регистрации высоты температуры и/или градиента температуры и устройство оценки для формирования консолидированного и/или сжатого сенсорного сигнала посредством оценки сенсорного сигнала датчика акустической эмиссии с учетом второй измеряемой величины, причем формирование консолидированного и/или сжатого сенсорного сигнала в фазе нормального режима работы контролируемой системы осуществляется после фазы приведения в действие контролируемой системы.

Использование: для обнаружения дефектов в сварных швах в процессе сварки. Сущность изобретения заключается в том, что устройство обнаружения дефектов в сварных швах в процессе сварки содержит измерительный канал, включающий установленный вблизи сварного шва преобразователь акустической эмиссии, последовательно соединенные с его выходом предварительный усилитель, полосовой фильтр, а также аналого-цифровой преобразователь, блок оперативного запоминания акустических сигналов и компьютер с монитором отображения выходных данных, при этом оно снабжено первым амплитудным дискриминатором, соединенным с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, вторым амплитудным дискриминатором, причем выходы первого амплитудного дискриминатора соединены с соответствующими входами блока оперативного запоминания и второго амплитудного дискриминатора, блоком записи эталонных сигналов, вход которого соединен с выходом второго амплитудного дискриминатора, блоком вычисления взаимно корреляционных функций, входы которого соединены с соответствующими выходами блока оперативного запоминания и блока записи эталонных сигналов, а также последовательно соединенными с выходом блока вычисления взаимно корреляционных функций блоком фильтрации по уровню коэффициента корреляции, блоком вычисления интегральных энергетических параметров по отдельным группам и дискриминатором браковочного уровня, подключенным к входу компьютера с монитором отображения выходных данных.

Использование: для контроля качества кольцевых сварных швов в процессе многопроходной сварки. Сущность заключается в том, что предварительно осуществляют калибровку объекта контроля путем установки по контуру шва не менее четырех широкополосных преобразователей, сварной шов разбивают на равные сектора, координаты акустических сигналов определяют в полярной системе координат, при этом полярная ось проходит по границе между секторами, каждый сектор находится в пределах где m - количество секторов кольцевого сварного шва; i - текущий сектор; φ - полярный угол, рад, в каждом секторе определяют распределение энергетического параметра MARSE, который равен где U(t) - значение напряжения огибающей акустического сигнала, B; T - заданный интервал времени, с, и число осцилляции в акустическом сигнале, сравнивают их с эталонными распределениями на бездефектном участке сварного шва и при превышении этими параметрами их эталонных значений в каком-либо секторе сварной шов бракуют.

Использование: для мониторинга технического состояния конструкций, технических устройств, зданий и сооружений в условиях воздействия факторов высокоамплитудных случайных шумов.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области соединения или предотвращения относительного смещения деталей машин или элементов конструкций и направлено на возможность осуществления сплошного контроля натяжения болта.
Наверх