Введение к работе
1. 1.1. Актуальность.
Надежность оборудования в различных отраслях производства существенно зависит от качества имеющихся в нем соединений. Статистические данные показывают, что более 90% разрушений металлоконструкций происходит из-за образования трещиноподобных дефектов в зоне соединений. Недооценка роли неразрушающего коїггроля (НК) или неквалифицированное его применение могут привести к тяжелым последствиям. Мировой опыт показывает, что трудозатраты на комплексный дефектоскопический контроль сварных соединений особо важных конструкций приближается к трудозатратам на проведение сварочных работ. Применяемые в настоящее время для контроля качества соединений ультразвуковые н магнитные методы контроля не обеспечивают надежного выявления дефектов типа "слипания" в сварных соединениях и "непропая" в паяных соединениях. Кроме того, магнитные методы могут применяться только для кон-іроля соединений из ферромагнитных металлов и весьма чувствительны к магнитным неоднородностям в зоне соединений. Ультразвуковые методы малоэффективны при контроле соединений из аустенитных сталей из-за высокого уровня шумовой составляющей акустических сигналов, связанного со структурной неоднородностью. Таким образом, в настоящее время, существует необходимость в эффективных средствах контроля металлических соединений, малочувствительных к электромагнитным и структурным неоднородностям. Следовательно, создание средств электропотенциального контроля качества соединений, нечувствительных к электромагнитным и структурным неоднородностям, весьма актуально.
1.2. Состояние проблемы.
Электропотенциальный метод контроля основан на пропускании с помощью токовых электродов тока через контролируемый участок и регистрации изменений электрического поля на его поверхности. В настоящее время, электропотенциальный метод, в основном, используется для измерения глубины поверхностных трещин, выявленных каким-либо другим методом неразрушающсі о контроля.
Известны и используются на практике электропотенциальные дефектомеры двух типов: основанные на пропускании переменного тока (например, RMG 4011 фирмы Карл Дойч, ФРГ) и на пропускании постоянного тока (например, X-RT 804 фирмы Крауткремер ГМБХ и Ко, ФРГ) через контролируемый участок. Электропотенциальные дефектомеры переменного тока более компактны и имеют менее сложную аналоговую часть электронного блока. Однако на регисгри-р\смые ими сигналы существенное влияние оказывает вариация магнитной проницаемости металла, что не позволяет достигнут!, поірешности измерения глубины поверхностных трещин менее 30% от измеряемой величины. Кроме того, из-за поверхностного эффекта дефектомеры переменного тока не могут применяться для регистрации сигналов от подповерхностных дефектов. Элсктромотон-цнальные дефектемери постоянного тока нечувствительны к вариации мапнп-ных свойств материала и позволяют регистрировать изменения электрического поля, создаваемые не только поверхностными, но и подповерхностными трещинами. Однако их применение для оценки параметров подповерхностных трещин
сдерживается отсутствием соответствующих исследований, направленных на оптимизацию процесса измерения и интерпретацию регистрируемых сигналов.
Большой вклад в развитие теории электропотенциальной дефектометрии внесли Б. А. Сапожников, Г. А. Бюллер, А. К. Денель, В. Ф. Мужицкий, В. П. Лунин и другие ученые. Однако, в известных работах, посвященных теоретическому исследованию задачи электропотенциальной дефектометрии с использованием постоянного тока, полученные решения имеют вид достаточно сложных программ, не пригодных для интерпретации результатов измерения при приборкой реализации. Имеющиеся частные решения для бесконечно длинных поверхностных трещин, обтекаемых равномерно распределенным током, не представляют практического интереса, так как при интерпретации на их основе не учитывается длина трещин и неравномерное распределение тока, что приводит к недопустимо высокой погрешности измерения. П.Н. Шкатовым и его учениками получено пригодное для приборной реализации аналитическое решение задачи о поверхностной трещине конечной длины, обтекаемой током при контактном то-ковводе. Однако данное решение неприменимо для подповерхностных трещин, вероятность появления которых в соединениях весьма велика.
1.3. Цель работы и задачи исследование.
Цель диссертации заключается в создании средств электропотенциального коїггроля, позволяющих выявлять и оценивать параметры подповерхностных дефектов, характерных для зон сварных и паяных соединений.
Поставленная цель предполагает решение следующих задач: \
аналитическое решение задачи о подповерхностной трещине конечной длины, обтекаемой постоянным током;
разработка способа измерения, обеспечивающего подавление дестабилизирующих факторов и получение информации для вычисления размеров трещины и глубины се залегания;
разработка алгоритма вычисления глубины залегания трещины и ее размеров на ОЭВМ.
Методы исследования.
В работе использован комплексный подход, включающий расчет электромагнитных полей в проводящих средах, методом конформных изображений, вторичных источников и интегральных преобразований, экспериментальные методы исследования путем физического моделирования.
1.4. Научная новизна работы заключается в следующем:
в получено аналитическое решение трехмерной задачи электропотенциальной дефектометрии для подповерхностной трещины конечной длины при использовании постоянного тока;
проведен анализ зависимостей регистрируемых сигналов ЭПП от глу
бины залегания, глубины, длины и площади подповерхностных трещин;
разработан алгорігга решения многопараметровой обратной задачи
электропотенциальной дефектометрии для подповерхностной трещины ко
нечной длины, пригодный для реализации на однокристальной ЭВМ.
- ч
-
Практическая ценность работы заключается в разработке алгоритмов и способа измерения глубины залегания и размеров подповерхностных трещин и создании на их основе компьютеризированного электрогттенцналыюго измерителя параметров подповерхностных трешин. характерных для зон сварных и паяных соединений.
-
Реализация и внедрение результатов работы:
Разработан электропотенцнальные измеритель параметров подповерхностных трещин в сварных соединениях и ненропая в паяных соединениях - «Зоил ИПТ-2000О> успешно внедренный на ряде предприятий энергетической отрасли.
1.7. Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 15-й Российской НТК «Неразрушающий коїггроль и диагностика», на 2-х межвузовских научно-технических конференциях и на одной международной конференции.
1.8. Публикации.
Но теме диссертации опубликовано 5 печатных работы.
1.9. Структура я объем диссертации.
Диссертационная работа изложена на S5 стр. страницах машинописного іекста, ішлюстрируетея 39 рисунками и 8 таблицами и состоит из введения, 4 їдав, заключения, списка литературы из 132 наименований и приложения.
1.10. Основные положения, представляемые к зашите:
расчетные формулы, устанавливающие взаимосвязь между сигналами злектропотгнцпального преобразователя и параметрами подпонерхнопной трещины прямоугольной формы: глубины залегания, ее глубины и длины;
зависимости, устанавливающие взаимосвязь между параметрами подповерхностных трешин и выходными сигналами ЭПП при различных расстояниях между токовыми и ііоіснішальнммп чдектроламп:
рекомендации по выбору параметров элсктропогенциалыюго преобразователя для раздельною іимерения г.члбнпы чалеіання и размеров подповерхностных трешин;
алгоритм вычисления глубины залегания и размеров подповерхностных трещин.
