Экспериментальное развитие метода сканирующей контактной потенциометрии и результаты его применения при контроле оборудования АЭС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.03, кандидат наук Алвахеба Анас Ибрахим

• Алвахеба Анас Ибрахим
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Алвахеба Анас Ибрахим

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ 4 ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ И НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТОДА СКП

1.1. Описание метода сканирующей контактной потенциометрии

1.2. Исследование структурных неоднородностей всварных соединениях

1.3. Идентификация структурных неоднородностей с использованием дискретного преобразования Фурье

1.4. Анализ поверхностных потенциограмм по рефлексам отверстий, просверленных в стальном брусе

1.5. Результаты потенциометрии образца с искусственно введенной неоднородностью в процессе послойного поверхностного шлифования

1.6. Выводы к главе 1 65 ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ И ПРИБОРЫ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

2.1. Факторы, влияющие на результаты ЭНК

2.2. Методики исследования сварных соединений с использованием сканирующей контактной потенциометрии и дифракции тепловых

2.3. Датчики контроля сварных соединений и электрофизический

2.4. Метрологическое обеспечение измерений, выполняемых приконтроле состояния металла

2.5. Компьютерные программы для анализа и визуализациирезультатов ЭНК

2.6. Выводы к главе 2 97 ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТАЛЕЙ

3.1. Методика проведения испытаний

3.2. Построение и анализ линейных поцикловых потенциограмм

3.3. Результаты применения ДПФ

3.4. Выводы к главе 3 129 ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭНК СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА

ПРЕДПРИЯТИЯХ АТОМНОЙ ОТРАСЛИ

4.1. Обечайка центральная корпуса парогенератора 131 Основные задачи:

4.2. Корпус проходки

4.3. Наплавка трубы

4.4. Выводы к главе 4 162 5. ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ 166 ПРИЛОЖЕНИЕ 170 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальное развитие метода сканирующей контактной потенциометрии и результаты его применения при контроле оборудования АЭС»

Актуальность работы

На сегодняшний день методы электроеского неразрушающего контроля (ЭНК), находящиеся в процессе апробации и внедрения, выходят на стадию сертификации с целью более широкого практического применения. Одним из последних плановых этапов, предшествующих сертификации метода сканирующей контактной потенциометрии (СКП), является этап экспериментального и методического обоснования применения метода СКП на предприятиях атомной отрасли. Данный этап работы поддержан Российским фондом фундаментальных исследований и выделенным грантом по договору №19-08-00266/19 от 10.01.2019.

В соответствии с условиями заключенного договора и содержанием исследования, в диссертационной работе приведены экспериментальные результаты, полученные на четырех предприятиях и организациях атомной отрасли, подтверждающие высокую эффективность предложенного метода неразрушающего контроля. Цель, поставленная в работе, связана с решением ряда сложных технических задач по выявлению и идентификации дефектов структуры материалов на разных стадиях испытаний, а также при проведении контроля на производстве. Показано, что результаты ЭНК адекватно и в необходимом объеме, отражают информацию о физических процессах, изменениях струк- туры материала, кинетики разрушения и в ряде других случаев.

Поэтому поставленный вопрос о широком практическом применении ЭНК на российских промышленных предприятиях для пред эксплуатационного контроля изделий и оборудования сейчас важен и актуален.

Работа по созданию средств и методов обработки собранной информации ЭНК преследует цель достижения надежных результатов идентификации стадий накопления структурных нарушений материалов, приводящих к разрушению, для более ясного понимания происходящих процессов и

возможности внешнего влияния на их развитие.

Таким образом, актуальной является задача расчетно-экспериментального обоснования применения ЭНК на стадии промышленного производства и пред эксплуатационного контроля изделий и технологического оборудования атомных станций. Решение задачи связано также и с вопросами разработки и внедрения метода СКП в производственные процессы и технологии. Экспертами и специалистами неразрушающего контроля (НК) метод СКП в настоящее время признан высокоэффективным и новым, а его применение в атомной отрасли целесообразным.

Цель работы: научное обоснование использования ЭНК и метода СКП для диагностики и контроля технологического оборудования АЭС на стадии пред эксплуатационного контроля, как дополнительного к другим методам НК, применяемым в настоящее время на промышленных предприятиях, а также апробация ЭНК, и подготовка рекомендаций по методике контроля для ее практического использования отделами технического контроля предприятий при принятия решений о техническом состоянии объектов контроля.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Разработать методику выполнения ЭНК изделий и оборудования заводского производства широкого ассортимента.

2. Разработать датчики ЭНК и измерительные устройства, исходя из геометрии, размеров объекта контроля и условий контроля.

3. Разработать программное обеспечение для представления и анализа результатов контроля.

4. Выполнить метрологические требования точности и единства измерений при контроле состояния изделий и оборудования АЭС.

5. Выполнить ЭНК изделий и оборудования в организациях и на предприятиях отрасли: АО «АЭМ-Технологии» «Атоммаш», ООО «Техноскан», АО

«Атоммашэкспорт» и других предприятиях.

6. Провести амплитудный и частотный анализ результатов контроля с

помощью построения временных, линейных, поверхностных потенциограмм и спектров сигналов контроля.

7. Изучить распределения остаточных напряжений и микродеформаций различными экспериментальными методами в специально приготовленных сварных соединениях с различными видами сварки и введенными структурными неоднородностями.

8. Выявить и идентифицировать структурные неоднородности сварных соединений обечайки центральной СС №23-1/2 и СС №23-2/2 ПГВ№4, корпуса проходки и двойной наплавки корпуса проходки 77_AME 1314.22.02.000, а также наплавки трубы 60_AME 1314.22.02.101 и дать заключение о техническом состоянии объектов исследования.

9. Выполнить локацию структурных неоднородностей в сварных соединениях другими методами НК ультразвуковым, радиографическим и методом дифракции тепловых нейтронов и верифицировать полученные результаты ЭНК путем сравнения их с результатами указанных методов НК.

10. Сформулировать рекомендации по использованию ЭНК для выявления и фиксации неоднородностей на стадии пред эксплуатационного контроля технологического оборудования АЭС.

Практическая значимость работы

1. Разработана и применена в заводских условиях методика выполнения ручного поточечного ЭНК сварных соединений обечайки центральной СС №23-1/2 и СС №23-2/2 ПГВ№4, корпуса проходки и двойной наплавки корпуса проходки 77_AME 1314.22.02.000, наплавки трубы 60_AME 1314.22.02.101.

2. Разработаны датчики ручного контроля сварных соединений со сменным коническим преобразователем, выполненным из различных материалов (молибдена, платины, золота). Преобразователи имеют минимальные геометрические размеры (диаметр чувствительного элемента

составляет около 1 мм) и высокое качество поверхности: шероховатость поверхности чувствительного элемента Ra изменяется в интервале от 0,1 до 0,5 мкм.

3. Разработан электрофизический сканер поверхности $>рес1гое\рк-¥ЯК-450, адаптированный к проведению измерений на горизонтально расположенных образцах и имеющий выносной рычагизмеритель длиной 450 мм с установленным на нем преобразователем, и привод от шагового двигателя, управляемого с помощью электронного блока. Линейная скорость преобразователя регулируется в пределах от 0,1 до 10 мм/а Сканер предназначен как для работы с нагрузочной машиной LM-29, так и для работы с другим оборудованием и управляется дистанционно при помощи компьютера.

4. Разработаны обеспечивающие компьютерные программы для построения потенциограмм, анализа спектров сигналов на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ) и метода частотновременного представления с различными оконными функциями.

5. Проведен контроль сварных соединений обечайки центральной С №231/2 и С №23-2/2 ПГВ№4, двойной наплавки корпуса проходки 77_АМЕ 1314.22.02.000, наплавки трубы 60_АМЕ 1314.22.02.101, и использованы результаты в качестве библиотек справочных данных

Апробация и внедрение результатов диссертации

В процессе выполнения работ по договору №19-08-00266/19 от 10.01.2019 с Российским фондом фундаментальных исследований разработана методика совместных исследований дифракции тепловых нейтронов на нейтронном фурье-стресс-дифрактометре ФСД и контактной разности потенциалов на импульсном реакторе ИБР-2 в ЛНФ им. И.М. Франка в ОИЯИ (г. Дубна). В насто-ящее время оформляется акт о внедрении.

На предприятии ООО «Техноскан» прошли апробацию методика электрофизического неразрушающего контроля сварных соединений, разработан ные измерительные средства сканирующей контактной

7

потенциометрии и программное обеспечение для представления и обработки результатов измерений. В настоящее время оформляется акт о внедрении.

На основании договора между АО «АЭМ-технологии» (Филиал АО «АЭМ-технологии» «Атоммаш» в г. Волгодонске») и НИЯУ МИФИ в период с 2.07.2019 г. по 5.07.2019 г. выполнена научноисследовательская работа по теме: «Электрофизический неразрушающий контроль сварных соединений обечайки центральной СС №23-1/2 и СС №23-2/2 ПГВ№4, в ресурсном центре НИЯУ МИФИ на площадке АЭМ-технологии «Атоммаш» в г. Волгодонске» по этапу «Апробация электрофизического метода неразрушающего контроля в условиях предприятия. В настоящее время оформляется акт о внедрении.

Научная новизна результатов

1. При ручном поточечном сканировании поверхности металлов и сплавов установлено, что по мощности излучения волн механических напряжений все неоднородности делятся на несколько видов. Мощные источники с суммарной регистрируемой мощностью излучения, в пределах одной измерительной дорожки, порядка 10-4 условных единиц, проявляются на уровне фиксации, равном БЬБ=1 или БЬБ=2, и соответствуют внутренним напряжениям I рода, возникающим в макроскопических объемах образца. Источники средней мощности, с мощностью излучения 10-6 условных единиц, регистрируются на уровне фиксации Ж5=(2-4) и относятся к напряжениям II рода, возникающим на мезоструктурном уровне, например, в результате междузеренного взаимодействия. И, наконец, источники, относящиеся по мощности

излучения к микронапряжениям или напряжениям III рода, с мощностью

10 8

излучения 10-10- 10-8 условных единиц, регистрируются на высоких уровнях фиксации при SLS>4. Последовательное применение амплитудной дискриминации к результатам измерений и использование частотновременной локации неоднородностей позволяет структурировать небольшие объединения дефектов, разделяя их по мощности и глубине залегания.

2. Продемонстрирована высокая воспроизводимость результатов

обнаружения структурных неоднородностей в сварном соединении двух пластин из стали 12Х18Н10Т при автоматизированном сканировании поверхности сварного соединения с помощью разработанного прибора $>рес1гое\рк-¥ЯК-450 в интервале скоростей сканирования от 0,36 до 1,8 мм/сек. Полученный результат подтверждает правильность установленных базовых принципов методики измерений для описания наблюдаемого явления.

3. Проведен сравнительный анализ потенциограмм контрольных сварных соединений для одних и тех же десяти различных уровней фиксации, полученных сразу же после сварки образца и после его пятимесячной выдержки при нормальных условиях. Из анализа результатов следует, что четкость изображений структурных неоднородностей на потенциограммах после длительной выдержки образца падает. Это связано с ослаблением излучательной способности структурных неоднородностей волн упругих напряжений в результате релаксации остаточных напряжений в локальных объемах, окружающих данные неоднородности. Интенсивность излучения волн упругих напряжений со временем уменьшается, что и приводит к размытию их изображений на потенциограммах за счет наложения изображений и интерференционных эффектов от других присутствующих структурных неоднородностей.

4. Использование дискриминации сигналов контроля с высоким разрешением по амплитуде, начиная с самого высокого уровня SLS (~6) и далее, двигаясь в направлении уменьшения уровня фиксации, и применение формализма ДПФ с частотно-временными окнами позволяет эффективно идентифицировать структурные неоднородности, в том числе и образующиеся спаренные дефекты. Метод последовательной фильтрации на основе узкополосного фильтра ПАД с шагом 0,1 мкВ, позволяет локализовать спаренные дефекты (двойные, тройные и т.д.), которые располагаются в непосредственной близости друг от друга в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости (друг под дру-гом).

5. Исследовано напряженно-деформированное состояние в составных образцах, сваренных из сталей 12Х18Н10Т и 14Х17Н2, а также из стали 09Г2С, в испытаниях на растяжение на машине Р-10М-Авто. Показано, что для стали 12Х18Н10Т, начиная с напряжений, близких к пределу текучести на высоких уровнях фиксации происходит смещение рефлексов на потенциограммах в левую часть образца. При более высоких нагрузках, с усилением процесса образуется пластическая деформации в средней части образца, данная тенденция сохраняется. Начиная с уровня фиксации 3,301 и далее, вплоть до уровня 5,09, на потенциограммах четко видны рефлексы от отдельных источников. При испытаниях образца из стали 09Г2С, при напряжении 300 МПа, уже на самом низком уровне фиксации на потенциограммах видны отдельные рефлексы. Одновременно с этим, в центре образца формируется мощный концентратор напряжений, который хорошо наблюдается на уровне фиксации 8Ь8=5,415, а в правой части образца продолжается процесс концентрации неоднородностей, что хорошо видно на уровне фиксации SLS=4,949. Установлено, что волны от одного и того же источника регистрируются симметрично на противоположных внешних поверхностях образца.

Автор защищает:

> Результаты экспериментального и методического обоснования применения сканирующей контактной потенциометрии на стадии пред эксплуатационного контроля изделий и оборудования АЭС.

> Методики выполнения ЭНК и метрологическое обеспечение измерений, выполняемых при контроле состояния металла сварного соединения и исследования напряженно-деформированного состояния сталей и сплавов в специальных экспериментах.

> Измерительные средства, разработанные приборы и устройства для ручного и автоматизированного ЭНК технологического оборудования АЭС.

> Программы обработки и дискриминации сигналов контроля по амплитуде

методом последовательной фильтрации, с целью локации спаренных

10

дефектов (двойных, тройных и т.д.), которые располагаются в непосредственной близости друг от друга в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости (друг под другом).

> Результаты исследования процессов разрушения стали 12Х18Н10Т и алюминиевого сплава Д16Т на нагрузочной машине LM-29 методами сканирующей контактной потенциометрии и дифракции тепловых нейтронов на реакторе ИБР-2 в ЛНФ им. И.М. Франка в ОИЯИ г. Дубна.

> Результаты верификации разработанного метода и средств неразрушающего контроля.

Апробация работы

Основные результаты диссертации неоднократно обсуждались со специалистами и экспертами Росатома, а также докладывались на следующих научных конференциях:

XIII Международная научно-техническая конференция «Будущее атомной энергетики» (Обнинск: 2017); 17-ая Международная научнопрактическая конференция «Системы проектирования, технологической подготовки произ водства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2017)» (Москва, 2017); XIII International Youth Scientific and Practical Conference "FUTURE OF ATOMIC ENERGY - Atom Future 2017" (Москва, 2017); XXI Международная научно-практическая конференция

«Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире»

(СанктПетербург, 2018); XXV Международная конференция студентов,

аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» (Москва, 2018); VII

Международная молодежная научная школа-конференция «Современные

проблемы физики и технологий» (НИЯУ МИФИ, Москва, 2018); 18-я

Международная научно-практическая конференция «Системы

проектирования, технологической подготовки производства и управления

этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-

2018)» (Москва, 2018); XV Международная конференция «Безопасность АЭС

11

и подготовка кадров 2018» (Обнинск, 2018); 61- я Всероссийская научная конференция МФТИ (Москва, 2018); XXVI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученных по фундаментальным наукам «Ломоносов-2019» (Москва, 2019); 11-ая Международная научнотехническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» (Подольск, 2019); VIII Международная молодежная научная школа-конференция «Современные проблемы физики и технологий» (НИЯУ МИФИ, Москва, 2019); XV Международная научно-практическая конференция «Безопасность ядерной энергетики» (ВИТИ НИЯУ МИФИ, Волгодонск, 2019); XXII Всероссийская научно техническая конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике, Москва, 2020).

Публикации

По результатам диссертации опубликовано 33 печатные работы, отражающих основное содержание диссертации, из них 7 статей в изданиях, входящих в базы цитирования ВАК (3), Scopus и Web of Science (4).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы и приложения. Объем работы 183 с., рисунков -148, таблиц - 5, приложений - 1, список литературы содержит 46 наименований.

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ И

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ МЕТОДА СКП

1.1. Описание метода сканирующей контактной потенциометрии

В основе метода СКП лежит электропотенциальный метод измерений (ГОСТ 25315-82. Контроль неразрушающий электрический). Если два металла А и В привести в соприкосновение, то возникнет разность потенциалов, которую называют разностью электрических потенциалов или разностью потен- циалов Вольта.

В работе [1] показано, что контактная разность потенциалов возникает в процессе образования в металлах упругой деформации. Например, в замкнутой электрической цепи, состоящей из тонкого металлического стержня (металла А), соединительных проводников (металл В) и гальванометра Г (рисунок 1.1), в отсутствие груза гальванометр покажет значение силы тока в цепи близкое к нулю (так называемое «фоновое значение»). В этом случае под дей- ствием разности электрических потенциалов, между точками 1 и 2, или образовавшегося электрического поля, в цепи появятся примерно равные по величине, но противоположные по направлению токи. Вследствие чего результирующее значение общего тока в цепи будет равно нулю. Если же к свободному концу стержня подвесить груз массой т, такой чтобы сила не превысила значения, соответствующего пределу прочности материала, то стрелка гальванометра отклонится. При возникновении наведенной электродвижущей силы результирующий ток в цепи станет отличным от нуля. В общем случае, равенство или отличие возникающих токов определяется наличием структурных микрои макронеоднородностей вблизи точек касания преобразователей с образцом. Метод СКП относится к методам пассивной электромагнитной дефектоскопии.

Появление наведенной деформацией эдс обусловлено различным

значением локальной работы выхода электронов для деформированного

13

х контакта 1 и 2.

Рисунок - 1.1. Возникновение наведенной эдс в замкнутой электрической цепи, содержащей тонкий металлический стержень, нагру- женный силой mg [ 1]

При этом необходимым является условие, при котором деформация не приводит к существенному изменению значения энергии Ферми. В уравнении, описывающем закон дисперсии для электронов проводимости, содержится добавка, связанная с неоднородной деформацией, а в функции распределения электронов по энергиям (распределение Ферми-Дирака) появляется неравновесная составляющая [2]. Малость этой составляющей (как и малость возникающего электрического поля Е^) обусловливается малыми внешними силами по сравнению с силами внутриатомными или внутрикристаллическими. Данному условию соответствует неравенство £ -£^>^8, где - энергия Ферми; sk - значение энергии, при которой изменяется топология изоэнергетических поверхностей; Д£ - энергия, приобретаемая электроном на длине пробега Ь; Д£ =е-Е^-Ь; е - заряд электрона [3]. Энергетическая добавка Д£ имеет значение порядка нескольких единиц микроэлектронвольт, и соответствует измеряемой величине напряжения - единиц микровольт. Таким образом, главной причиной возникновения наведенного тока в замкнутой цепи, когда на образец действует механическая нагрузка, является неоднородная деформация.

Значение работы выхода характеризует качество поверхности материала, и зависит как от способа ее обработки, так и от ее чистоты. В соответствии с современными представлениями о процессах пластической деформации, на поверхности образца возникают стоячие или бегущие волны локализованной

металла Ар точка

I_в_

И

1 в

ко

1П*

деформации, что формирует профиль шероховатости и оказывает влияние на величину и знак разности электрических потенциалов. Профиль шероховатости определяет профиль дипольного барьера, что влияет на амплитуду регистрируемого сигнала.

Рассмотрим по отдельности следующие два практических случая:

- возникновение контактной разности потенциалов в металлах и сплавах в условиях силового воздействия (растяжения или сжатия) когда внешнее напряжение больше предела текучести;

- возникновение контактной разности потенциалов в металлах и сплавах в условиях действия остаточных механических напряжений.

Возникновение контактной разности потенциалов в металлах и сплавах в условиях силового воздействия (растяжение или сжатие) когда а>а0 2.

Для этого рассмотрим процессе ползучести в условиях выполнения неравенства, когда внешнее приложенное напряжение больше предела текучести:

а>а0,2. На рисунке 1.2 слева показана классическая модель работы выхода электронов при взаимодействии двух металлов. На рисунке справа показана модель работы выхода электронов при взаимодействии преобразователя (слева, металл А) с поверхностью образца (справа, металл В) в процессе ползучести. Волны поверхностной деформации, образующиеся на поверхности образца в процессе ползучести [4-7], приводят к образованию (чаще к увели- чению) числа пятен микроскопических контактов, влияющих на процессы пе- рехода электронов из одного металла в другой и на соответствующую работу выхода.

vacuum level

Рисунок - 1.2. Модель работы выхода электронов в процессе ползучести металлов

Поэтому работа выхода на поверхности металла В не постоянна, как в случае классической модели (рисунок 1.2 слева), а является функцией волнистости и шероховатости поверхности. Формирование поверхностного рельефа происходит в результате различных процессов, происходящих на микроскопическом уровне: выхода на поверхность дислокаций, поворотов и изменением формы зерен, образования полосовой деформационной структуры, текстуры и других процессов. Другими словами, можно сказать, что внутренние структурные неоднородности, находящиеся на разной глубине залегания и излучающие волны механических напряжений, способствуют протеканию непрерывного процесса, приводящего к изменению топологии поверхности. Волны поверхностной деформации (автоволны, как это называется в работах [4-7]) непрерывно перемещаются по поверхности образца, а динамика их перемещений отражается на поверхностных потенциограммах, по тем причинам, о которых будет сказано ниже.

Обратим также внимание на то, что согласно нашей модели, в процессе ползучести будут изменяться и значения внутренней работы выхода = - БРА, как это и следует из результатов работы [2].

Указанные процессы, происходящие в условиях ползучести металлов и сплавов, приводят к следующим выявленным нами закономерностям:

- на уровне сигнала БЬБ=1 (8ЬБ= |/§-|Лф||, где Лф - амплитуда сигнала в вольтах) вблизи предела текучести амплитуда сигнала заметно возрастает и на временных диаграммах появляются скачки амплитуды, имеющие вид 5-функции;

- быстрому спаду амплитуды сигнала при относительно высокой скорости ползучести, обусловленной релаксацией внутренних напряжений.

Следует различать действие упругих и пластических деформаций (напряжений) на чувствительный элемент электрического преобразователя в процессе измерений. В результате образования на поверхности пластической деформации происходит увеличение числа и площади пятен микроскопических контактов преобразователя с образцом. С этим связано увеличение амплитуды сигнала в процессе ползучести, за счет интенсивности электронных переходов через границу раздела двух металлов.

Действие упругих напряжений обусловлено возникновением в образце упругих волн. Скорость распространения упругих волн в металлах составляет несколько тысяч метров в секунду. Передающаяся при этом через пятна контактов упругая энергия воздействует на электронную систему преобразователя, приводя к изменению закона дисперсии электронов вследствие динамических изменений параметра решетки и соответствующих изменений параметра обратной решетки [18].

Возникновение контактной разности потенциалов в металлах и сплавах в условиях действия остаточных напряжений

В условиях, когда в материалах или изделиях присутствуют остаточные напряжения и структурные неоднородности находятся в квазиравновесном состоянии, наблюдаются следующие закономерности.

Структурный уровень сигнала или фиксации неоднородности (SLS) характеризует величину остаточных напряжений или степень деформации в области этой неоднородности. Например, уровень фиксации SLS=5 и выше, характеризует упругие деформации или напряжения в области локализации дефекта, а уровень SLS=4 характеризует микропластические деформации.

Кроме этого, размер структурной неоднородности можно оценить с помощью потенциограммы, построенной в реальном масштабе.

Одинаковые по типу структурные неоднородности и залегающие на разной глубине относительно поверхности образца дают разный по амплитуде регистрируемый сигнал: чем ближе к поверхности расположена неоднородность, тем больший по амплитуде будет регистрируемый сигнал. Отсюда следует вывод об эффекте ослабления электрического сигнала вышерасположенными слоями материала.

Новый физический подход, используемый в диссертационной работе, представляет поверхность раздела «преобразователь-образец» в качестве чувствительного элемента преобразователя. Данное представление позволяет рассматривать возникновение диагностического сигнала на выходе преобразователя, в том числе и как результат влияния низкочастотных волн механическихнапряжений, излучаемых структурными неоднородностями.

Отметим, что информативными параметрами диагностического сигнала являются: амплитуда, длительность, форма, время появления сигналов, условная мощность электрического сигнала и некоторые другие параметры (например, присутствие в спектре разнополярных по знаку компонент с близким значением амплитуды). Электрические сигналы характеризуются спектральной плотностью, амплитудным, временным и амплитудновременным распределением, а также средним значением и дисперсией. Указанные параметры связаны с порождающими их физическими процессами и содержат информацию о них или же о состоянии объекта диагностирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алвахеба Анас Ибрахим, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сурин В.И., Евстюхин Н.А. Электрофизические методы неразрушающего контроля и исследования реакторных материалов. - М: МИФИ, 167 с., 2008.

2. Кравченко В.Я. К теории электросопротивления металлов, обусловленного дислокациями//Физика твердого тела. 1967. Т.9. Вып.3. С.836-841.

3. Каганов М.И., Лифшиц И.М. Электронная теория металлов и геометрия//Успехи физических наук.1979. Т.129. Вып.2. С.487-529.

4. Зуев Л.Б., Баранникова С.А., Заводчиков С.Ю. Локализация деформации растяжения в поликристаллическом сплаве на основе Zr// Физика металлов и металловедение.1999. Т.87. №3. С.77-79.

5. Панин В.Е., Плешанов В.С., Буркова С.А., Кобзева С.А. Мезоскопические механизмы локализации деформации низкоуглеродистой стали, деформированной прокаткой// Материаловедение. 1991. С. 22-27.

6. Зуев Л.Б., Данилов В.И. О природе крупномасштабных корреляций при пластическом течении//Физика твердого тела. 1997. Т. 39. №28. С. 1399-1403.

7. Панин В.Е., Елсукова Т.Ф. Деформация и разрушение поликристаллов при знакопеременном нагружении как диссипативный процесс//Синергетика и усталостное разрушение металлов. М.: Наука, 1989. С. 113-138

8. Bokuchava G.D., Aksenov V.L., Balagurov A.M., Zhuravlev V.V., Kuzmin E.S., Bulkin A.P., Kudryashev V.A., Trounov V.A. Neutron Fourier diffractometer FSD for internal stress analysis: first results// Applied Physics A: materials Science and Processing, 2002, vol.74 [Suppl1], pp. s86-s88.

9. Balagurov A.M., Bokuchava G.D., Kuzmin E.S., Tamonov A.V., Zhuk V.V. Neutron RTOF diffractometer FSD for residual stress investigation// Zeitschrift kristallographie, Supplement Issue No.23, 2006, pp. 217-222.

10. Бокучава Г.Д., Балагуров А.М., Сумин В.В., Папушкин И.В. Нейтронный фурье-дифрактометр ФСД для исследования остаточных напряжений в материалах и промышленных изделиях// Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2010, № 11, с. 9-21.

11. Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures// Journal of Applied Crystallography, vol. 2, 1969, pp. 65-71.

12. Абу Газал А.А. Разработка метода и средств неразрушающего контроля технологического оборудования АЭС. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: НИЯУ МИФИ. 2019.

13. Абу Газал А.А., Джумаев П.С., Осинцев А.В., Польский В.И., Сурин В.И. Экспериментальное исследование процесса разрушения стали ЭИ847 методами структурного анализа// Письма о материалах, 2019, выпуск 1, №9, С. 33-38.

14. Абу Газал А.А., Сурин В.И., Шеф Е.А., Бокучава Г.Д., Папушкин И.В. Автоматизация электрофизической диагностики при физико-механических испытаниях материалов//Автоматизация в промышленности, 2019, выпуск №2, C61-64

15. Сурин В.И., Ерофеев И.А., Крюков И.С., Савин В.И. Частотно-временное представление результатов электрофизического неразрушающего контроля// VII Международная научная школа-конференция (Современные проблемы физики и технологии) - М.: НИЯУ МИФИ, 2018. https://elibrary.ru/item.asp?id=36306194

16. Stephane Mallat. A wavelet tour of signal processing// Second Edition. Academic Press, 1999.

17. Баранов В.М., Евстюхин Н.А., Сурин В.И. К теории эдс, наведенной деформацией металлов и сплавов.// Научная сессия МИФИ. Сборник научных трудов. М.: 2003. Т.9. С.122-124.

18. Сурин В.И., Варятченко Е.П. Численные методы расчета электронной структуры металлических материалов. Часть I. Металлы. М: МИФИ, 2008.

19. Smith J.R. Self-consistent many-electron theory of electron work function and

surface potential characteristics for selected metals// Physical Review. 1969, V.181, №2, P. 522-529.

20. Lang N.D., Kohn W. Theory of metal surfaces: work function// Physical Review B. 1971, V.3, №4, P. 1215-1223.

21. Лоскутов С.В. Закономерности формирования энергетического рельефа металлической поверхности//Вюник Запорiзького державного ушверситету. 1999, №4, С.1-5.

22. Исследование внутренних напряжений и деформаций при растяжении сталей и сплавов методом сканирующей контактной потенциометрии и дифракции тепловых нейтронов в ЛНФ ОИЯИ г. Дубна/ Г.Д. Бокучава, И.В. Папушкин, В.И. Сурин, З.С. Волкова, А.А. Абу Газал, А.И. Алвахеба, Е.А. Шеф, Е.В. Волошин, Д.О. Титовец, Е.Ю. Тельнов// Отчет о НИОКТР, НИЯУ МИФИ, ЕГИСУ НИОКР, 2017, 107 с.

23. Сурин В.И., Абу Газал А.А., Алвахеба А.И., Шеф Е.А., Бокучава Г.Д., Папушкин И.В. Расчетно-экспериментальный метод моделирования остаточных напряжений в сварных соединениях//Информационные технологии в проектировании и производстве - М.: ФГУП «Научно-технический центр оборонного комплекса «Компас», 2018 г - №2 (170).с.48-55.

24. Сурин В.И., Пахомов Н.М., Торшин Р.С., Алвахеба А.И. Разработка нового автоматизированного модуля для детектора усталостных трещин // XXV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученных по фундаментальным наукам «Ломоносов-2018». Секция «Физика». Сборник тезисов докладов.- М. Физический факультет МГУ, 2018. 416 с.

25. Правила контроля основного металла, сварных соединений и наплавленных поверхностей при эксплуатации оборудования, трубопроводов и других элементов атомных станций (НП-084-15)// Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. -Утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 7 декабря 2015 г., №502, М.:2016 г.

26. https:Wmanualslib.com - техническая документация на приборы Agilent 34401A Multimeter (Data Sheet).

27. Сурин В.И., Евстюхин Н.А., Шубняков А.В. Гармонический анализ формы электрических сигналов, возникающих при ползучести металлов и сплавов.// Научная сессия МИФИ. Сборник научных трудов. М.: 2004. Т.9. С.121-122.

28. Сурин В.И., Оборин С.Б. Обнаружение усталостных повреждений при многоцикловых испытаниях материалов//Динамика систем, механизмов и машин: Материалы VI Международной научно-технической конференции. Омск: ОмГТУ. 2007. Кн.1. С. 345-348. https://elibrary.ru/item.asp?id=27431741

29. Алвахеба А. И., Сурин В.И., Бекетов В.Г., Иванов О.В., Иванова Т.Е. Сравнительный анализ результатов радиографического и электрофизического неразрушающего контроля сварных соединений модельных образцов// Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2018). Труды 18-й международной молодежной конференции -М.: ИПУ РАН. 2018. 400 с. https://elibrary.ru/item.asp?id=36979736

30. Малла С. Вэйвлеты в обработке сигналов. - М.: Мир, 2005.

31. Time frequency signal analysis and processing. Edited by B.Boashash.-ELSEVIER, 2003.

32. Электрофизический неразрушающий контроль сварных швов парогенератора ПГВ 1000 в Ресурсном центре НИЯУ МИФИ на площадке АЭМ-технологии Атоммаш в г. Волгодонске/В.Г. Бекетов, А.Е. Дембицкий, В.В. Кондаков, В.И. Сурин, З.С. Волкова, А.А. Абу Газал, А.И. Алвахеба и др.// Отчет о НИОКТР, НИЯУ МИФИ, 2017, регистрационный номер АААА-А19-119032190046-8, 118 с.

33. Алвахеба А.И., Бекетов В.Г., Иванов О.В., Иванова Т.Е., Сурин В.И. Результаты электрофизического неразрушающего контроля сварных соединений в образцах из сталей// Программа 61-й Всероссийской научной конференции МФТИ, 19-25 ноября 2018 года.- М.: МФТИ, 2018.-116 с.

34. Surin V.I., Alwaheba A.I., Beketov V.G., Abu Gazal A.A. Alternative method of non destructive testing for nuclear nuclear power plant//PHYSOR 2020: Transition to Scalable Nuclear Future Cambridge. United Kingdom. March 29th-April 2nd.2020.

35. Исследование структурных повреждений в сварных соединениях с введенными дефектами и в стандартных образцах методами радиографического и электрофизического неразрушающего контроля на базе испытательной лаборатории ООО «Техноскан», г. Волгодонск/В.Г. Бекетов, Т.Е. Иванова, О.В. Иванов, В.В. Кондаков, В.И. Сурин, З.С. Волкова, А.А. Абу Газал, А.И. Алвахеба// Отчет о НИОКТР, НИЯУ МИФИ, 2018, регистрация ЕГИСУ НИОКР, 70 с.

36. Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов. - М.: Связь, 1980.

37. Бекетов В.Г., Сурин В.И., Дембицкий А.Е., Абу Газал А.А., Алвахеба А.И. Исследования качества сварных соединений приварки узла коллектора к патрубку парогенератора ПГВ 1000 методом сканирующей контактной потенциометрии// Будущее атомной энергетики. XIII Международная научно-техническая конференция - Обнинск: ИАТЭ НИЯУ МИФИ, 2017, с. 170-172.

https://www.researchgate.net/publication/321228374_ISSLEDOVANIA_KACES TVA_SVARNYH_SOEDINENIJ_PRIVARKI_UZLA_KOLLEKTORA_K_PAT RUBKU_PAROGENERATORA_PGV_1000_MET0D0M_SKANIRUUSEJ_K0 NTAKTNOJ_POTENCIOMETRII

38. Бекетов В.Г., Сурин В.И., Дембицкий А.Е., Абу Газал А.А., Алвахеба А.И. Результаты использования метода сканирующей контактной потенциометрии при контроле качества сварных соединений// Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2017). Тезисы 17-й международной научно-практической конференции. - М.: ООО «Аналитик». 2017, с. 72. http://lab18.ipu.ru/projects/conf2017/2/23.pdf

39. Beketov V.G., Surin V.I., Dembitsky A.E., Abu Gazal A.A., Alwaheba A.I. Control quality of welded joints by scanning contact potentiometry method//XIII International Youth Scientific and Practical Conference "FUTURE OF ATOMIC ENERGY - AtomFuture 2017". Materials of innovative energy.- Dubai, UAE, 2018, («Knowlegde E»), pp. 219-229 (https:// knepublishing.com/index.php/KnE-Engineering/article/view/1621/3834).

40. Alwaheba A.I., Surin V.I., Ivanova T.E., Ivanov O.V., Beketov V.G., Goshkoderov V.A. Detection of defects in welded joint by scanning contact potentiometry// Nondestructive Testing and Evaluation, 2020. https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10589759.2020.1740702

41. Сурин В.И., Волкова З.С., Абу Газал А.А., Алвахеба А.И., Альсмади Э. (Эман) Х. Новый метод неразрушающего контроля: особенности и перспективы применения// Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире: Материалы XXI Международной научно-практической конференции.- Санкт-Петербург, 2018.-188 с.

42. Абу Газал А.А., Сурин В.И., Алвахеба А.И. Бекетов В.Г., Дембицкий А.Е., Гусев Д.А. Результаты применения электрофизического метода неразрушающего контроля в заводских условиях// VII Международная научная школа-конференция (Современные проблемы физики и технологии). Тезисы докладов, ч.2. - М.: НИЯУ МИФИ, 2018. с.181-182. https://elibrary.ru/item.asp?id=36306182

43. Алвахеба А.И., Сурин В.И., Гальчин А.В., Бекетов В.Г., Иванова Т.Е., Иванов О.В. Исследование сварных соединений образцов из сталей методами радиографического и электрофизического неразрушающего контроля/ XXVI Международная научна конференция студентов, аспирантов и молодых ученных по фундаментальным наукам «Ломоносов-2019». Секция «Физика». [Сборник тезисов докладов - М. Физический факультет МГУ, 2019. 838 с. https://lomonosov-

msu.ru/archive/Lomonosov_2019/data/16303/uid246864_157f3fccf539d857f8c38a f46f05273d33fe89c2.doc

44. Абу Газал А.А., Алвахеба А.И., Бекетов В.Г., Сурин В.И. Опыт применения электрофизического неразрушающего контроля на российских промышленных предприятиях/ Сборник тезисов докладов 11-ой Международной научно-технической конференции «Обеспечение Безопасности АЭС с ВВЭР» - Подольск: АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2019, 192 с. https://www.researchgate.net/publication/333458319_OPYT_PRIMENENIA_ELE KTROFIZICESKOGO_NERAZRUSAUSEGO_KONTROLA_V_USLOVIAH_P ROMYSLENNOGO_PREDPRIATIA

45. Сурин В.И., Волкова З.С., Алвахеба А.И., Гальчин А.В. Применение методов спектрального анализа для сигналов электрофизической диагностики инеразрушающего контроля/ Информационные технологии в проектировании и производстве - М.: ФГУП ВИМИ, 2019г. № 4(176). с.53-57.

46. Сурин В.И., Алвахеба А.И., Иванова Т.Е., Иванов О.В., Бекетов В.Г., Беленок С.К. Результаты обнаружения структурных неоднородностей в сварных соединениях электрофизическим методом в условиях воздействия внешних факторов/ Информационные технологии в проектировании и производстве - М.: ФГУП ВИМИ, 2020.