Сквозного разрушения

Очевидно, первой работой, в которой распространение ультразвукового импульса было использовано для определения модуля упругости композита, было исследование Эбота и Браутмана [1 ] *1. С помощью метода сквозного прозвучивания они исследовали импульсы растяжения и сжатия в тонкостенном стержне для случаев армирования вдоль и поперек оси стержня. В этом случае продольный и поперечный модули Юнга Е^ и Ет связаны с соответствующими скоростями распространения импульсов VL и VT следующим образом:

С помощью метода сквозного прозвучивания было проделано большое число исследований по измерению скорости распространения волн расширения с последующим определением жесткости. Например, в работах [162, 215 и 217] этим методом исследовали влияние изменений параметров переработки композита на его упругие свойства. Цурбрик [216] и Хастингс [92] обнаружили, что соблюдается следующая простая зависимость:

При использовании метода сквозного прозвучивания необходим доступ к двум противоположным поверхностям образца. При исследовании натурных изделий часто доступ возможен лишь к одной из поверхностей. В этом случае используется способ одностороннего прозвучивания [163, 145].

Различают пять основных методов У. д.: эхо-метод, теневой (или метод сквозного прозвучивания), резонансный, импедан-сный и метод свободных колебаний. Последние два метода относятся к акустической дефектоскопии. В табл. 2 приведены нек-рые данные, показывающие разнообразие переменных параметров, используемых в различных методах У. д.

Образцы для ультразвукового исследования были выполнены в виде цилиндров диаметром 60 и длиной 180 мм. Контроль производили методом сквозного прозвучивания при постоянном коэффициенте усиления на частотах 0,7—11,2 МГц анализатором конструкции НИИхиммаша. Предварительно режим работы прибора был отрегулирован так, что амплитуда сигнала при прозву-чивании образца с мелкозернистой структурой (17 мкм) на всех частотах была равна 80 мм (аттенюатора анализатор не имел). После установки искателей для всей серии образцов определяли амплитуды сигналов при разных частотах ультразвука. Значения

Иммерсионный вариант контроля, т. е. метод сквозного прозвучивания, основан на том, что ультразвуковые колебания от излучателя, расположенного соосно с приемником, распространяются в исследуемом материале, расположенном между излучателем и приемником, воспринимаются приемником и фиксируются индикатором. При наличии дефекта на пути распространения колебаний за дефектом образуется область так называемой «звуковой тени» и интенсивность принятых колебаний резко падает, что отмечается индикатором. В практика ультразвуковой дефектоскопии наибольшее распространение получили дефектоскопы УДМ-1М, УДМ-3, ДУК-66П и др.

Для выявления дефектов клеевых соединений могут использоваться следующие методы дефектоскопии: вакуумный метод; метод свободных колебаний; метод сквозного прозвучивания; метод многократных отражений; ультразвуковой резонансный метод; акустический импедансный метод; ультразвуковой вело-симметрический метод.

В [428, докл. 1.31] сообщалось, что методы активной УЗ-дефектоскопии могут быть применены для обнаружения дефектов в объеме тел, вращающихся с частотой до 200 об/с, и для диагностики подшипниковых узлов (рис. 3.7). Используется метод сквозного прозвучивания. Пьезоизлучатель и пьезоприемник с пре-дусилителем закрепляются на деталях вращающегося объекта, причем не напротив друг друга, как в обычном теневом методе. Аппаратура работает в диапазоне 200 ... 600 кГц. Амплитуда прошедшего через подшипник акустического сигнала зависит от частоты вращения и износа.

Контроль прочности по скорости и затуханию упругих волн. Основной УЗ-метод оценки прочности бетона использует корреляцию прочности со скоростью звука. При постоянстве плотности измеренные значения скоростей позволяют судить о величине модуля упругости. Для измерения скоростей звука применяют способы сквозного прозвучивания, продольного профилирования и поверхностного прозвучивания с постоянной базой (см. разд. 4.14.2)

В способе сквозного прозвучивания излучатель и приемник продольных волн располагают соосно по разные стороны контролируемого изделия (см. рис. 4.26, а). Скорость звука определяют по формуле с, = lit,

При контроле продольными волнами методом сквозного прозвучивания соотношение между длиной волны и размерами поперечного сечения образцов (бетонных кубов) и ОК должно удовлетворять условиям для неограниченной среды. В противном случае следует пользоваться формулами и графиками для УЗ-волн в пластинах и стержнях (см. разд. 1.4).

— критерий отказа, который соответствует возникновению сквозного разрушения стенки элемента изделия или покрытия в одной из точек поверхности.

Без учета влияния макроэлементов образования сквозного разрушения стенки подземных стальных трубопроводов при ее толщине 4 мм в грунтах класса III можно ожидать примерно через 10 лет, в грунтах класса II—через 16 лет и в грунтах класса I—-через 30 лет. Образование коррозионного элемента с отношением площадей катода и анода 10:1 приводит к значительному увеличению глубины местной коррозии.

уменьшению показаний приемника из-за потери зеркальности отражения при разрушении. Время сквозного разрушения образца ^р определялось по показаниям приемника в момент, когда на него начинало падать излучение.

При низком давлении пара масса образцов циркония линейно увеличивается во времени [111,230]. Это обстоятельство свидетельствует о постоянстве скорости коррозии. Величина же скорости коррозии при постоянном давлении пара возрастает с повышением температуры и особенно резко при переходе от 400 до 500° С. При температуре 300° С в парах воды в поле радиации наблюдается усиленная коррозия циркония (до сквозного разрушения) [111,237]. Для длительной службы в парах воды при температуре свыше 450° С ни цирконий, ни какой-либо другой из его исследованных сплавов [111,234] не пригодны. В водяном паре при давлении 105 am и температуре 400° С увеличение массы образцов циркония и его сплавов уже за 10 суток доходит до 500 мг/дм2.

Прогнозирование длительности образования коррозионной трещины для аустенитной стали. На рис. 8.3 представлена номограмма оценки времени до образования сквозного разрушения аустенитной хромоникелевой стали ОХ18Н10Т в зависимости от напряжения, температуры, концентрации кислорода, концентрации хлоридов и толщины изделия [29]. Номограмма построена в диапазоне рН = 7+-10,5. Погрешность оценки времени до разрушения не превышает половины порядка. Маршрут поиска времени до разрушения обозначен на номограмме стрелкой. Под рабочим напряжением следует понимать сумму всех действующих на данном участке изделия напряжений (остаточных, механических и термоупругих). В случае кипения рекомендуется завышать концентрацию хлоридов в 10—20 раз.

Рис. 8.3. Номограмма оценки времени до образования сквозного разрушения аустснитной стали ОХ18Н10Т по условиям коррозии под напряжением: К.1—Кз — промежуточные коэффициенты (/С4=1§ т)

Разрушения газопроводов происходят, в основном, в виде свищей из-за наружной коррозии после 14-18 лет эксплуатации. При этом средняя скорость коррозии на момент сквозного разрушения составляет 0,35-0,42 мм/год. Причиной разрывов газопроводов высокого давления, наряду с коррозией, является превышение предела прочности материала из-за деформации трубопроводов в результате температурного расширения или смещения грунта.

дования зарубежных специалистов и проводимые в «ИПТЭР» работы, статистическая обработка данных профилометрии позволяет исследовать такие показатели надежности как время до появления первого сквозного разрушения и прогнозируемый поток отказов.

На рис. 8.5 представлена номограмма оценки времени до образования сквозного разрушения аустенитной хромоникелевой стали марки 08Х18Н10Т в зависимости от напряжения, температуры, концентрации кислорода, концентрации хлоридов и тол-

Рис. 8.5. Номограмма оценки времени до образования сквозного разрушения аустенитной ОХ18Н10Т по условиям коррозии под напряжением

Номограмма оценки времени до образования сквозного разрушения стали 08Х18Н10Т 346