Меню

Приборы для измерения напряженно деформированного состояния



Приборы для измерения напряженно деформированного состояния

Фирма РКК предлагает новый ряд усовершенствованных приборов неразрушающего контроля: на основе использования эффекта Баркгаузена (измерение спектральной плотности и других параметров магнитного шума), коэрцитиметрического метода (измерение остаточной намагниченности), метода струнной тензометрии и др.

С помощью предлагаемой аппаратуры могут быть решены различные задачи неразрушающего контроля:

  • оценка остаточных напряжений в металлах
  • контроль деградации металлов
  • анализ качества стальных изделий и их сортировка
  • контроль состояния поверхностей, режущих кромок
  • контроль напряжённо-деформированного состояния нагруженных конструкций
  • автономное весоизмерение
  • Система мониторинга конструкций

    система непрерывного наблюдения за состоянием несущих конструкций зданий и сооружений, в ходе их строительства и в эксплуатации. В СМК входят датчики перемещения (деформации), угла наклона, усилия на сваи и другие. Функциональные возможности системы позволяют адаптировать ее к выполнению функций мониторинга на любых ответственных конструкциях и сооружениях.

    ИПДМ-1

    измеритель перемещений (деформаций) магнитомеханический для контроля деформаций в системах мониторинга напряжённо-деформированного состояния металлических и железобетонных конструкций и сооружений. В состав ИПДМ-1 входят: струнный датчик перемещений СДП-1, блок сопряжения БС-2 и переносное устройство ПУС. В систему постоянного мониторинга могут входить до 1024 датчиков, передача информации от которых на диспетчерский терминал производится по стандартному интерфейсу RS-485.

    ИНТРОСКАН

    магнитошумовой анализатор напряжений и структуры металлов предназначен для измерения остаточных и приложенных напряжений, контроля структуры и твёрдости сталей, поверхностных слоёв упрочненных пластической, лазерной, термической и химической обработками на глубину до 1.2 мм. Прибор имеет встроенный компьютер с операционной системой Windows CE, что предоставляет широкие возможности по обработке и представлению результатов измерений.

    МАКСИ

    магнитные анализаторы качества структуры изделий предназначенны для контроля физико-механических свойств и автоматизированной сортировки ответственных деталей машиностроения и заготовок, имеющих нестабильные или изменяющиеся размеры. Производительность контроля – до 3 изделий в секунду. Приборы используются для контроля твёрдости, предела прочности, соблюдения режимов термической обработки (в том числе поверхностной) чугунных отливок, стальных деталей и заготовок.

    система весоизмерения и весобалансировки. На базе использования эффекта Баркгаузена разработаны основные элементы системы весобалансировки самолётов (Weight Balance System – WBS), – бортовой системы измерения взлётного веса и положения центра тяжести. Датчики, разработанные для этой системы, могут использоваться для автономного измерения веса грузовиков, вагонов и т.п., а также для мониторинга напряженного состояния в ответственных элементах высотных сооружений, крупнотоннажных подъёмных механизмов и экскаваторов.

    ДУ-01, ДУ-08

    детекторы утечки нефтепродуктов. Одноканальный (ДУ-01) и восьмиканальный (ДУ-08) детекторы утечки нефтепродуктов предназначены для непрерывного мониторинга состояния двустенных резервуаров хранилищ горючих жидкостей. При нарушениях целостности внутренних или внешних стенок резервуаров в помещении дежурного производиться подача звукового и светового тревожных сигналов, а на дисплее отображается номер дефектного резервуара. Датчики сертифицированы на искровзрывобезопасность и могут устанавливаться во взрывоопасной зоне.

    Наши приборы успешно эксплуатируются в различных отраслях промышленности России, например: для контроля остаточных напряжений в шестернях и подшипниках в авиадвигателестроении, для контроля напряжённо-деформированного состояния трубопроводов, для контроля деформации железобетонных и металлических строительных конструкций, для входного контроля заготовок и выявления брака готовой продукции в автомобилестроении и на литейных производствах. На основе оригинальных методик на объектах Заказчиков выполнены работы по контролю текущего состояния и оценке остаточного ресурса вышек, несущих опор и сосудов.

    Источник

    Оборудование для контроля напряжённо-деформированного состояния трубопроводов и металлоконструкций Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

    Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Б. Н. Антипов, А. М. Ангалев, В. Л. Венгринович, Ю. П. Паньковский, В. Л. Цукерман

    В настоящей статье предлагается описание оборудования для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) технологических и магистральных трубопроводов и несущих металлоконструкций, Здесь представлены: средство оперативного контроля НДС – магнитошумовой анализатор напряжений и структуры металлов ИНТРОСКАН и оборудование для стационарных систем мониторинга напряжений (СМОН) трубопроводов и несущих металлоконструкций компрессорных станций (КС) на основе струнных датчиков деформации (СДД).

    Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Б. Н. Антипов, А. М. Ангалев, В. Л. Венгринович, Ю. П. Паньковский, В. Л. Цукерман

    Текст научной работы на тему «Оборудование для контроля напряжённо-деформированного состояния трубопроводов и металлоконструкций»

    4/Н (69) август 2008 г. ЭКСПОЗИЦИЯ

    В настоящей статье предлагается описание оборудования для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) технологических и магистральных трубопроводов и несущих металлоконструкций, Здесь представлены: средство оперативного контроля НДС — магнитошумовой анализатор напряжений и структуры металлов ИНТРОСКАН и оборудование для стационарных систем мониторинга напряжений (СМОН) трубопроводов и несущих металлоконструкций компрессорных станций (КС) на основе струнных датчиков деформации (СДД).

    ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

    НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ И МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

    B.Л. ВЕНГРИНОВИЧ Ю.П. ПАНЬКОВСКИЙ В.Л. ЦУКЕРМАН

    генеральный директор ДОАО «Оргэнергогаз» ОАО «Газпром»

    директор ИТЦ «Оргтехдиагностика» ДОАО «Оргэнергогаз» ОАО «Газпром»

    д.т.н., научный руководитель ООО «НПФ «Диагностика», г минск

    главный специалист ООО «Фирма РКК» г москва

    главный конструктор ООО «НПФ «Диагностика» г минск

    Одним из наиболее достоверных и приемлемых по критерию цена-качество методов оперативного контроля остаточных и приложенных механических напряжений зарекомендовал себя магнитошумовой метод, основанный на эффекте смещения доменных границ в ферромагнетиках под воздействием изменяющегося магнитного поля. Этот эффект назван по имени немецкого физика Генриха Баркгаузена, открывшего его в 1919 г. Для возбуждения и регистрации в исследуемом ферромагнитном материале магнитного шума Барк-гаузена (ШБ) используются накладные датчики-преобразователи. Двухполюсный электромагнит датчика создает в прилегающей к датчику области исследуемого объекта переменное магнитное поле, возбуждающее скачки намагниченности, в результате чего в приёмной катушке датчика возникает шумовой сигнал, регистрируемый прибором. Уровень магнитного шума зависит от свойств и состояния кристаллической решётки, в том числе от механического напряжения. В большинстве сталей при растяжении интенсивность ШБ возрастает, при сжатии — падает. На этом свойстве и основано применение магнитошумового метода для контроля НДС.

    Магнитошумовой анализатор напряжений и структуры металлов ИНТРОСКАН (номер регистрации в госреестре средств измерений 27094-07), имеет, по сравнению с известными зарубежными и отечественными аналогами, ряд принципиальных преимуществ. К ним относятся: гарантированная идентичность параметров датчиков, возможность работы в режиме стабилизации магнитного потока (что позволяет существенно снизить влияние подготовки поверхности на результаты измерений), возможность измерения угловой зависимости (круговой диаграммы) ШБ путем вращения вектора магнитного поля возбуждения с помощью 4-полюсного датчика. ИНТРОСКАН имеет встроенный компьютер с цветным ЖК-дисплеем и операционной системой Windows-CE, что обеспечивает широкие возможности при подготовке, проведении и обработке измерений.

    Внешний вид прибора ИНТРОСКАН показан на рис. 1.

    Основным информативным параметром магнитошумового метода является интенсивность (спектральная плотность) магнитного шума. Этот параметр, регистрируемый в относительных единицах (о.е.), зависит как от свойств кристаллической

    структуры материала, так и от механического напряжения, остаточного или приложенного. Т.к. датчик позволяет проводить измерения в разных направлениях, определяемых направлением вектора поля намагничивания, поворотом датчика направление контролируемых напряжений может быть задано. Толщина слоя «участвующего» в генерации магнитного шума, в зависимости от режимов измерения, может меняться от нескольких мкм до 1 мм. На основе этих свойств прибор, при условии методического разрешения неопределенности измерения, способен контролировать довольно широкий спектр свойств ферромагнитных материалов при наличии корреляционной связи между ШБ и физико-механическими характеристиками.

    Структурные неоднородности, приложенные и остаточные напряжения легко выявляются обнаружением зон относительного изменения уровня ШБ и ориентации направлений максимумов и минимумов его уровня. Прибор позволяет контролировать параметры образцов в абсолютных единицах; при этом необходимо проведение простой предварительной калибровки прибора на образцах с известными значениями этих параметров. Для измерения в абсолютных ►

    Рис.1. Внешний вид магнитошумового анализатора напряжений и структуры металлов ИНТРОСКАН а) — в базовой комплектации, с питанием от сети 220В/50Гц; б) — в комплектации для мобильного использования, в сумке-чехле, с питанием от аккумуляторной батареи 12 В.

    ЭКСПОЗИЦИЯ 4/Н (69) август 2008 г.

    Рис. 2. а) СДД, установленный на трубопроводе обвязки газоперекачивающего агрегата (в нижней части снимка — ПУС); б) БС в составе КИК

    единицах приложенных напряжении калибровка должна производиться на растягиваемых/сжимаемых или изгибных образцах с известными нагрузками в пределах диапазона упругих деформации.

    Для расширения возможностей прибора создано специальное программное обеспечение для внешнего компьютера, функционирующее в среде WIN95/98/NT/ МЕ/2000/ХР. Оно позволяет автоматизировать процесс управления работой прибора, обмениваться данными между прибором и программой, редактировать и сохранять данные в файловой системе персонального компьютера, строить калибровочные кривые. Управление прибором при этом осуществляется через устройство инфракрасной связи Tekram IR-210, а в новой модификации прибора — по интерфейсу USB.

    Для стационарных систем мониторинга напряжённо-деформированного состояния технологических трубопроводов и несущих металлоконструкций компрессорных станций разработан комплект оборудования на основе струнных датчиков деформации (СДД). В комплект оборудования, кроме датчиков, входят блоки сопряжения (БС), коммутационно-измерительные колонки (КИК) и диспетчерский терминал. В систему постоянного мониторинга могут входить до 992 датчиков, передача информации от которых на диспетчерский терминал производится по стандартному интерфейсу RS-485.

    В случае самостоятельного применения датчиков вне системы, периодический съём информации осуществляется оператором вручную с помощью переносного устройства считывания (ПУС). При установке вне системы электропитание датчиков не требуется.

    Конструктивное исполнение датчиков обеспечивает возможность расположения их во взрывоопасной зоне (вид маркировки взрывозащиты, согласно ГОСТ Р51330.0-99, — 1Ех№ИАТ4). Блок сопряжения для связи со струнными датчиками имеет искробезопасные цепи уровня «Ь» (вид маркировки Ех^МА).

    ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ СМОН

    Струнные датчики деформации размещаются на стенках трубопроводов или поверхностях напряжённых участков металлоконструкций и предназначены для измерения деформаций и передачи соответствующей информации по общей шине RS-485 на блок сопряжения.

    Блоки сопряжения размещаются в КИК и предназначены для съёма информации с датчиков и передачи её по общей шине на стационарный терминал постоянного мониторинга.

    Коммутационно-измерительные колонки предназначены для защиты размещённых в них блоков сопряжения и стыковочных узлов от воздействия факторов окружающей среды.

    Диспетчерский терминал — по интерфейсу RS-485, через блоки сопряжения, входящие в состав оборудования системы контроля НДС, обеспечивает опрос состояния датчиков и формирует массив данных, содержащий, с временной привязкой, информацию о деформации и температуре в контролируемых точках.

    Переносное устройство считывания предназначено для использования на удалённых участках трубопроводов для установки начальных параметров и съёма информации о состоянии одиночных, не включённых в систему мониторинга, датчиков, а также для использования в стационарных системах мониторинга как средство настройки датчиков при монтаже и диагностики их работоспособности при эксплуатации системы.

    Принцип действия струнных датчиков основан на изменении частоты автоколебаний стальной струны, натянутой в поперечном магнитном поле между двумя жёстко закреплёнными на контролируемом объекте опорными точками, происходящем при изменении расстояния (измерительной базы датчика) между этими опорными точками под воздействием продольных нагрузок сжатия или растяжения. Частота колебаний струны регистрируется с помощью индукционной катушки, сигнал оцифровывается и по внешнему запросу информация передаётся на выход датчика. Конструкция СДД устойчива к механическим воздействиям, влиянию факторов окружающей среды, проникновению влаги; обеспечивает крепление к трубопроводу на двух шпильках с резьбой М6, привариваемых к поверхности трубы конденсаторной контактной сваркой, что позволяет вести монтажные работы не прекращая прокачки газа.

    Оснащение первого объекта оборудованием СМОН на основе СДД было произведено в ноябре 2005 г. В настоящее время этими системами оснащены около десятка КС в различных регионах РФ.

    На рис. 2 показаны СДД и БС в составе КИК, установленные на ДКС на одном из газодобывающих предприятий Крайнего Севера.

    На рис. 3 показаны датчики на трубопроводе и несущей металлоконструкции установки подготовки газа к транспортировке (УПГТ) в Краснодарском крае. ■

    Рис. 3. а) СДД, установленные в двух продольных плоскостях на трубопроводе входа газа УПГТ (в нижней части снимка — ПУС); б) СДД на несущей балке металлоконструкции

    Источник

    Мониторинг напряженно-деформированного состояния трубопроводов

    Напряженно-деформированное состояние (НДС) – это совокупность внутренних силовых факторов (напряжений) и деформаций, возникающих в физических телах под действием внешних факторов.

    НДС полностью описывает состояние объекта с точки зрения его прочностной надежности

    Отслеживание негативного изменения НДС проводятся в целях определения усталостной прочности металла вследствие вибрации, оперативного выявления ошибок в проектировании опор, подвесов, креплений при выходе на заданные режимы эксплуатации, контроля ухода (вспучивания) опор.

    Особую актуальность имеет реализация проектов АСК НДС в зонах повышенной сейсмической активности, так как система позволяет в минимальные сроки провести оценку последствий землетрясений и оценить объем аварийно-ремонтных работ. Система может быть дополнена модулем контроля сейсмической активности с возможностью интеграции данных в систему диспетчеризации объекта.

    Пример тренда реальной системы одного из наших проектов на платформе месторождения им. Ю. Корчагина. Тренд показывает перекос трубопровода по причине ошибки при проектировании замены компенсатора при выходе компрессора на максимальную мощность.

    АСК НДС позволяет решить следующие основные задачи:

    Интегральная оценка несущей способности элементов трубопровода и ответственных конструкций

    Определение остаточного ресурса трубопровода (СТО Газпром 2-2.3-328-2009)

    Отслеживание изменений НДС оборудования в зависимости от технологических, климатических и иных факторов

    Типы применяемых датчиков

    Тензорезистор. Наиболее распространенный способ определения деформаций на поверхности элементов из металла, пластика, бетона и т.д. Устанавливается наклеиванием или с помощью точечной сварки.

    Оптический датчик деформации. Нечувствителен к электромагнитным помехам и сложным климатическим условиям.

    Струнный датчик деформации. Может быть снят с детали для калибровки на стенде. Выдает стандартный сигнал по току (или напряжению).

    Для контроля строительных конструкций применяются следующие типы датчиков:

    Датчик деформации бетона. Крепится между стержнями арматуры и заливается бетоном. Позволяет определять деформации монолитных бетонных элементов.

    Датчик деформации арматуры. К концам датчика сваркой крепятся стержни арматуры. Позволяет определять усилия в стержнях арматуры железобетонных конструкций.

    Датчик давления грунта. Датчик закладывается в грунт на этапе подготовки котлована. Позволяет определять напряжения в грунтах, давление от фундаментной плиты.

    Источник

    Возможности метода оценки напряженно-деформированного состояния при обследовании объектов атомной энергетики

    Ермаков Е.Л., Тиванова О.В. Институт ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан, Алматы

    1. Введение

    В атомной энергетике для решения задач направленных на повышение уровня промышленной безопасности и продление срока службы трубопроводов и оборудования ядерных энергетических установок, существует необходимость внедрения новых методов и средств диагностики. Например, исследования [1] показали, что 6% отказов и нарушений в работе реактора ВВР-Ц за 40 лет эксплуатации приходится на неисправности трубопроводов и оборудования первого контура реактора, которые в процессе длительной эксплуатации подвергаются интенсивным циклическим и термомеханическим нагрузкам (пульсирующие перепады давления и температуры рабочей среды, вибрационные нагрузки). Под действием таких нагрузок возможно протекание необратимых деградационных изменений в виде снижения физико-механических свойств материала конструкции, что в свою очередь приводит к ограничению срока эксплуатации и возникновению аварийной ситуации. Не вызывает сомнения тот факт, что деградационные процессы на начальных стадиях протекают в ограниченных зонах и проявляются в виде локального повышения уровня напряжений, в месте концентрации которых в последствии образуются и развиваются дефекты. Поэтому безопасный ресурс элементов конструкций и оборудования определяется ресурсом этих локальных зон, вероятность возникновения которых выше в изначально напряженных участках конструкции — сварных швах, на изгибно-напряженных участках, а также в местах расположения допустимых монтажных дефектов.

    При обследовании объектов ядерно-энергетического комплекса, применяют традиционные методы неразрушающего контроля, ориентированные в основном на поиск несплошностей в сварных соединениях, основном металле и наплавках. Оценить уровни локальных напряжений возможно либо с использованием расчетных моделей [2], либо по результатам разрушающего контроля, что требует вырезки образцов непосредственно из металлоконструкции.

    Современные методы контроля, применяемые для поиска и оценки напряженно-деформированного состояния, во многом определяются средствами неразрушающего контроля и областью их применения. В большинстве случаев приборы и методики, позволяющие проводить поиск и обнаружение зон, содержащих технологические и конструктивные концентраторы механических напряжений, а также оценивать уровни этих напряжений нашли применение в нефтегазовом секторе на объектах, выполненных из ферромагнитных материалов [3]. Для контроля неферромагнитных конструкционных сплавов и сталей, используемых в атомной энергетике эти методы еще не нашли широкого применения в силу недостаточного количества накопленных экспериментальных данных [4,5], позволяющих адаптировать их к широкому классу материалов.

    В настоящей работе приведены результаты исследования по диагностированию и оценки напряженного состояния сварных соединений и основного металла трубопроводов первого контура и теплообменников реактора ВВР-К с применением магнито-анизотропного сканер-дефектоскопа.

    2. Основные результаты обследования и их обсуждение

    2.1. Определение критических значений параметров концентраторов напряжений в конструкциях из аустенитных и алюминиевых сплавов.

    В качестве объектов для исследования были выбраны теплообменники и трубопроводы первого контура системы охлаждения реактора ВВР-К, находящиеся в эксплуатации с 1967г. Трубопроводы диаметром 219х12 мм и теплообменники изготовлены из аустенитной нержавеющей стали 1Х18Н9Т, трубопроводы диамтером 371х10 мм — из аллюминиевого сплава САВ-1. Стенки трубопроводов в процессе работы подвергаются циклическому воздействию температур 10-55оС, давления порядка 1,2-3,5 кг/см2 от циркулирующей обессоленной воды, а также радиационному воздействию. Для исследования были выбраны потенциально опасные участки трубопроводов в местах изгиба, а также места стыковки нескольких сварных швов. Оценку напряженного состояния материала трубопровода проводили в зоне сварного шва и основного металла с использованием сканер-дефектоскопа магнитоанизотропного «Stressvision 2», с шагом сканирования 40 мм. Измерение с применением магнитоанизотропного дефектоскопа позволило получить распределение параметров напряженного состояния поверхности исследованных участков, то есть в основном металле, сварном шве и околошовной зоне. В качестве итоговых данных для анализа, получаемых при обработке результатов контроля при помощи программного обеспечения «StressVision — 2», использовали следующие характеристики: карты разности главных механических напряжений (РГМН), градиентов РГМН, карты распределения коэффициента концентрации механических напряжений (КМН) и коэффициента неоднородности механических напряжений (КНН), по которым определяли зоны, обозначенные набором изостресс с изменяющимися значениями параметров напряженного состояния.

    Изостресса – линии на исследуемой поверхности изделия, в любой точке которых значение параметров напряженного состояния имеет постоянное значение [8].

    При определении допустимых значений градиентов РГМН, КМН и КНН исходили из условий, что необратимые изменения в деформируемых металлических материалах начинаются после достижения предела текучести, а разрушение возможно при наличии достаточной местной концентрации механических напряжений и градиента разности главных механических напряжений (РГМН), таким образом, процесс разрушения упругопластического твердого тела начинается если не выполняется условие (1) [6].

    где (σ 1 −σ 3 ) –разность главных механических напряжений (РГМН) — параметр, характеризующий диапазон верхней и нижней границ нормальных напряжений, действующих по площадкам (сечениям), где отсутствуют касательные напряжения;
    σ Т – напряжение течения;
    G – градиент РГМН, характеризующий скорость убывания напряжений по мере удаления от места концентрации напряжений по заданному направлению;
    КМН — коэффициент концентрации механических напряжений, характеризует отношение напряжения в заданной точке конструкции к значениям напряжения в этой же точке при отсутствии местной концентрации напряжений.
    КНН- коэффициент неоднородности механических напряжений.

    Известно, что процесс разрушения многостадийный, и каждой стадии соответствует определенный набор значений КМН, КНН и градиентов, которые найдены для углеродистых ферромагнитных сталей [7]. Для аустенитных и алюминиевых сплавов необходимо экспериментальное определение критических значений параметров в аномальных напряженных зонах материала конструкции, при достижении которых принимается решение о возможной дальнейшей эксплуатации.

    Нормы допустимых значений параметров концентраторов напряжений для аустенитной нержавеющей стали и алюминиевого сплава САВ-1 определяли по данным, полученным из модельных экспериментов по определению характеристик напряженного состояния деформированных на загиб металлических пластин. Для этого на изготовленные из аустенитной стали типа 12-18 и алюминия толщиной 5 мм пластины наносили сетку с размером ячеек 40х40 мм. Затем пластины деформировали пошагово на различный угол загиба, после каждого этапа нагружения проводили сканирование деформированных пластин сканер-дефектоскопом «Stressvision-2».

    Для уменьшения влияния краевого эффекта, искажающего действительную картину распределения напряжений, сканируемая поверхность располагалась на расстоянии 40 мм от краев пластины. По каждому циклу измерений строили карты распределения разности главных механических напряжений и их градиента, КМН и КНН, по которым находили значения параметров концентраторов напряжений в месте изгиба. Установлено (см. рисунок 1), что в случае воздействия изгибающих нагрузок для алюминия чувствительными являются характеристики КМН и градиента РГМН, в то время как для аустенитной нержавеющей стали — КНН.


    Рисунок 1. Зависимость показаний КМН, КНН и градиента РГМН в зоне концентрации механических напряженийот угла загиба алюминиевой (а) и стальной пластины (б).

    Сравнительный анализ данных по зависимостям значений параметров напряженного состояния от стадии разрушения, полученных разработчиками сканер-дефектоскопа «Stressvision-2» для углеродистых сталей [7] и приведенных на рисунке 1, позволил определить для алюминия и нержавеющей стали условные критические значения параметров напряженного состояния, при выявлении которых необходима дополнительная диагностика с использованием неразрушающих методов контроля.

    В дальнейшем при диагностировании трубопроводов и узлов первого контура реактора ВВР-К особое внимание уделяли участкам, параметры напряженного состояния которых превышали следующие экспериментально-полученные условные критические значения, приведенные в таблице 1.

    Таблица — 1. Условные критические значения параметров напряженного состояния для алюминия и нержавеющей стали

    Алюминий и сплавы на его основе Нержавеющая аустенитная сталь
    КМН 3 1,5
    КНН 4 3
    Градиент РГМН2 5 0,4

    2.2 Результаты оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов и теплообменников первого контура реактора ВВР-К.

    Места изгибов, сварные швы трубопроводов и области, прилегающие к ним исследовали с помощью магнитоанизотропного сканер-дефектоскопа «Stressvision — 2». По результатам измерений строили карты распределения концентраторов механических напряжений, коэффициентов неоднородности напряжений и градиентов механических напряжений, по которым определяли условно опасные участки.

    Полученные данные по контролю нагнетательного и всасывающего трубопроводов первого контура, изготовленных из алюминиевого сплава САВ-1, показали, что наиболее высокие концентрации напряжений возникают в зоне фланцевых соединений, близко расположенных к сварным швам. На рисунке 2 представлены схема сканированного участка трубопровода и карты распределения РГМН, КМН и градиентов РГМН на которых видно, что в околошовной зоне трубопровода (между тройным стыком шва и фланцевым соединением) в координатах точки <1,5; 6,5>находится концентратор напряжения, в области которого знаки изостресс меняются с отрицательных на положительные, что указывает на вероятность возникновения пластических деформаций. В зоне сварного шва в координатах точки <5,5;4>обнаружена зона концентрации напряжений с КМН=2,6 и градиентами РГМН=6, которые близки к условно критическим, при этом основной поток изостресс образует симметричные концентрические эллипсы, в пределах которых следует ожидать появление и развитие дефекта округлой формы.

    Сканирование сварных швов конструкций, выполненных из аустенитной стали, позволило обнаружить зону с повышенной концентрацией напряжений в области тройного стыка шва теплообменника, дальнейший анализ распределения градиентов разности главных механических напряжений показал, что дефект является неопасным. При исследовании было обращено особое внимание участкам стальных трубопроводов, подвергающихся дополнительно воздействию вибрации. Для этого был выбран сварной шов в присоединяющем к циркуляционному насосу трубопроводе в месте радиусного перехода, в котором возникают максимальные напряжения, в основном от изгиба. На рисунке 3 приведены в виде карт результаты сканирования, видно, что в области сварного шва (горизонтальная линия 5) обнаружено несколько зон концентрации напряжений.

    На объемной карте РГМН (см. рисунок 3 а) область минимальных значений напряжений соответствует сварному соединению, экстремумы – зонам концентрации напряжений. В окрестностях точек 3 <5;4,5>и <5,5; 1,5>максимальные значения КМН и КНН превышают принятые критические (см. таблицу 1), на картах распределения коэффициентов концентрации и неоднородности механических напряжений (см. рисунок 3 б и в) основные потоки сгущения изостресс образуют концентрические эллипсы, ориентированные вдоль оси шва, такая картина характерна для дефектов округлой формы. Кроме того, по границам областей местной концентрации скорость изменения РГМН (см. рисунок 3 г) близка к критической. Так как обследование участков первого контура реактора ВВР-К с применением сканер-дефектоскопа «Stressvision — 2» было проведено впервые, предложенные критические значения параметров напряженного состояния требуют дополнительного экспериментального уточнения. На основе полученных результатов предложено провести дополнительное исследование зон повышенной концентрации напряжений другими методами неразрушающего контроля.

    Ранее радиографическим методом контроля было обнаружено наличие непровара в корне шва глубиной до 3 мм и шириной 1-2 мм, полученного в результате некачественной сварки элементов трубопровода при монтаже, также дефекты различного типа были найдены в других швах. По результатам контроля рекомендовано дальнейшее наблюдение за этими участками и проведение расчетной оценки развития дефектов при циклическом нагружении в процессе «пусков-остановок» реактора ВВР-К.

    Необходимо отметить, что методология применения прибора «Stressvision -2» для диагностирования неферромагнитных металлических конструкций находится на стадии тестирования и полученные данные требуют дальнейшего обсуждения и сравнения с результатами апробированных методов неразрушающего контроля.

    3 Выводы

    В настоящей работе приведены результаты исследования напряженного состояния сварных соединений трубопроводов и теплообменников основного контура реактора ВВР-К, которые находятся в эксплуатации в течение 40 лет. Новое, нетрадиционное использование магнитоанизотропного сканер-дефектоскопа «Stressvision 2», дало возможность обнаружения зон с повышенной концентрацией механических напряжений при обследовании сварных соединений в металлических конструкциях основного контура реактора ВВР-К, выполненных из аустенитной стали 1Х18Н9Т и алюминиевого сплава САВ-1. Несмотря на то, что требуется доработка методики оценки критериев напряженно-деформированного состояния, полученные результаты позволяют несколько сократить объем контроля другими неразрушающими методами (RT, UT) и при регулярном мониторинге уделить особое внимание поведению отдельных участков, узлов оборудования и трубопроводов АЭУ, в которых наблюдаются повышенные уровни концентрации напряжений.

    Работа была выполнена при грантовой поддержке ОФ «Фонд Первого Президента Республики Казахстан».

    Источник

Читайте также:  Ширина презертивы как измерить