Контроль бесшовных труб на основе эффекта свертывания акустического поля волн Лэмба тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Сельский, Андрей Анатольевич

• Сельский, Андрей Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сельский, Андрей Анатольевич

Раздал: Стр.: ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА О ПРИМЕНЕНИИ ВОЛН ЛЭМБА В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ.

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛН ЛЭМБА В ПЛОСКОМ СТАЛЬНОМ

ЛИСТЕ.

2.1. Траектории перемещения точек при прохождении волн Лэмба . . .-"2.2. Дополнение к условиям возбуждения ненулевых мод волн Лэмба наклонным потоком поперечных колебаний.

2.3. Регламентирование эффекта "растекания" импульса.

2.4. Методика практической идентификации моды волн Лэмба.

2.5. Принципы определения геометрических характеристик акустического поля источника волн Лэмба в плоском стальном лист?.

3. МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ИСТОЧНИКА ВОЛН ЛЭМБА В ВОЛНОВОДЕ ТИПА "СТЕНКА ПОЛОГО

ЦИЛИНДРА".

3.1. Образование зон синфазной и парафазной интерференции при продольном "сворачивании" плоского акустического поля в цилиндр.-"3.2. Построение карты интерференции в стенке трубы.

3.3. Анализ карты интерференции.

3.4. построение уравнения акустического тракта.

3.5. Методическая погрешность локализации дефектной зоны по показаниям табло дефектоскопа.

4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОИСКА ДЕФЕКТОВ В

ТРУПАХ ВОЛНАМИ ЛЭМБА.

4.1. Порядок решения уравнения акустического тракта .-«4.2. Построение и анализ трехмерных моделей распределения амплитуды отражения по акустическому полю.

4.3. Расчет методической погрешности при локализации дефектной зоны по показаниям блока измерения координат.

5. ПРИНЦИПЫ ПОДБОРА АППАРАТУРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ МЕТОДИКИ

5.1. Основные принципы применения метода при контроле промышленных трубопроводов прибором УДС1-20.-"5.2. Контроль труб и трубчатых деталей малых типоразмеров.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Контроль бесшовных труб на основе эффекта свертывания акустического поля волн Лэмба»

1. Актуальность работы

Высокая аварийность трубопроводов, разрушение деталей трубчатой формы на опасных производственных объектах часто обусловлены наличием дефектов в стенках труб. По этой причине Госгортехнадзором России тоставлена задача о полном входном контроле трубных заготовок для монтажа трубопроводов и периодическом эксплуатационном контроле средствами дефектоскопии узлов, деталей и агрегатов поднадзорных машин и механизмов. В условиях отсутствия практичных и достоверных методик такой контроль в отношении больших партий труб, поставляемых для монтажа трубопроводов, зачастую не производится, а контроль трубчатых деталей осуществляется с обязательной разборкой агрегатов и выполняется только при планово-предупредительном ремонте либо по случаю аварии. Это не может расцениваться как эффективная мера диагностирования дефектообразования в трубных элементах машин и механизмов, поскольку в условиях высокоциклических несистемных нагрузок период между зарождением дефекта и доломом детали, как правило, значительно короче межремонтного промежутка. Поэтому вопрос о разработке методик оперативного поиска несплошностей в трубах и трубчатых элементах при наименьшей трудоемкости основных и сопутствующих работ через развитие прикладных неразрушающих физических методов контроля является актуальным.

В отношении длинномерных деталей и элементов такое развитие наиболее перспективно в области акустических методов, использующих волноводные явления с охватом всего объема материала, то есть основанных на применении нормальных волн Лэмба в листах и стержнях.

2. Цели и задачи

Изучение акустических волноводных явлений в стенках трубных элементов и разработка методики ультразвукового контроля труб волнами Лэмба, обеспечивающей оперативное и достоверное выявление опасных дефектов в условиях современных возможностей производственных служб неразрушающего контроля.

3. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов и списка литературы. Она содержит 113 страниц, 29 рисунков и 89 библиографических ссылок.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Сельский, Андрей Анатольевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые разработано, предложено и экспериментально подтверждено описание распределения амплитуды отражения волн Лэмба от плоского диска предельно малых размеров в границах активного акустического поля в волноводе типа "стенка полого цилиндра".

2. Разработаны принцип и программно-математическое обеспечение для подбора типовых преобразователей по трем условиям формирования ненулевых мод волн Лэмба.

3. Разработан способ практической идентификации мод волн Лэмба.

4. Разработана карта распределения интерференции волн Лэмба в волноводе типа "стенка полого цилиндра".

5. Выведено уравнение акустического тракта для волн Лэмба в волноводе типа "стенка полого цилиндра".

6. Разработано программно-математическое обеспечение для решения выведенного уравнения акустического тракта по вариантам нулевых и ненулевых мод волн Лэмба.

7. Результаты численного моделирования процесса поиска дефектов в трубах и трубчатых деталях волнами Лэмба подтверждены практическими исследованиями как в варианте применения низкочастотных нулевых мод на крупных объектах, так и в варианте использования ненулевых мод на типовых частотах при контроле трубчатых деталей машин.

8. Определены граничные условия: для применения низкочастотного варианта (нулевые моды) - минимальный диаметр стальных труб и минимальная протяженность; для применения варианта ненулевых мод и типовых преобразователей - максимальная толщина стенки труб и максимальный диаметр, при котором еще возможно использование дополнительного волноводного эффекта.

9. Предложен вариант практического решения задачи, поставленной

104

Комитетом Госгортехнадзора России в части сплошного контроля бесшовных труб.

10. Разработаны и внедрены в промышленное применение "Методика входного контроля неразрушающими физическими методами труб, поставляемых для монтажа (ремонта) котлоагрегатов и трубопроводов" и "Методика неразрушающего контроля реактивных штанг и рулевых тяг карьерных автомобилей "БЕЛАЗ".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сельский, Андрей Анатольевич, 2000 год

1.H. Lamb. On Waves in an elastic plate. Proc. R. Soc. London, Ser. A.93 (1916)114.

2. J. Rayleigh. Theorie of sound. London, 1926.

3. И.А. Викторов. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966, 167 с.

4. А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов. Ультразвуковой контроль сварных швов. Киев: Технша. 1972.- 460 с.

5. Л.Ф. Лепендин. Акустика. М: Высшая школа, 1978.- 448 с.

6. И.Н. Ермолов. Теория и практика ультразвукового контроля. М: Машгиз. 1981.-240 с.

7. М.В. Розина, Л.М. Яблоник, В.Д. Васильев. Неразрушаю-щий контроль в судостроении. Л.: Судостроение, 1983 152 с.

8. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. Т.2. Под ред. В.В. Клюева. М: Машиностроение. 1986.- 352 с.

9. И.Н. Ермолов, М.Б. Гитис, М.В. Королев, А.Е. Карпель-сон, А.Ф. Мельканович, А.Х. Вопилкин. Ультразвуковые пьезопре-образователи для неразрушающего контроля. М.: Машиностроение, 1986.- 278 с.

10. Н.П. Алешин, В.Г. Лукачев. Ультразвуковая дефектоскопия. Справочное пособие. М: Высшая школа. 1987.- 264 с.

11. Н.П. Алешин. Методы акустического контроля металлов. М: Высшая школа. 1989.

12. Й. Крауткремер, Г. Крауткремер. Ультразвуковой контроль материалов. Справочник. Пер. с нем. М: "Металлургия". 1991.- 752 с.

13. И.Н. Ермолов. Акустические методы. М: Высшая школа. 1991.

14. И.Н. Ермолов, Н.П. Алешин, А.И. Потапов. Акустический контроль. В сб.: "Неразрушающий контроль". В 5 кн. Кн.2. Под ред. В.В.

15. Сухорукова,- М.: "Высшая школа", 1991. 288 с.

16. И.Н. Ермолов. Контроль ультразвуком. Справочник. М.: ЦНИИТМАШ, 1992. - 86 с.

17. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник. Под ред. В.В. Клюева.- М.: Машиностроение, 1995.-488 с.

18. Е.Ф. Кретов. Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении. С-Пб.: "Радиоавионика", 1995 336 с.

19. В.К. Карташов. Об определении фазовых и групповых скоростей нормальных волн. "Дефектоскопия", 1967, № 2, с. 9-ИЗ.

20. F.A. Firestone, D.S. Ling. Method and means for generating and utilizing vibrational waves in plates. US Pat. 2.526.128 (1951).

21. H. Pursey. The launching and propagation of elastic waves in plates. Quart. J. Mech. Appl. 10 (1957). Part I.

22. Л.Г. Меркулов, A.B. Харитонов, М.И. Чмарькова. Отражение : юрмальных волн в пластинах от искусственных дефектов и свободного края. "Дефектоскопия", 1968, № 4, с. 41-г47.

23. Л.Г. Меркулов, И.П. Фирсов. Рассеяние симметричной волны Лэмба в пластине с неровными поверхностями. "Дефектоскопия", 1968, № 5, с. 22ч-29.

24. Л.Г. Меркулов, С.И. Рохлин. Дифракция волн Лэмба в пластине на полубесконечном разрезе. "Дефектоскопия", 1969, № 4, с.24-ь36.

25. Л.Г. Меркулов, С.И. Рохлин. Прохождение волн Лэмба через участок пластины с расслоением. "Дефектоскопия", 1970, №3, с. 13^22.

26. Л.Г. Меркулов, С.И. Рохлин, О.П. Зобнин. Расчет спектра волновых чисел для волн Лэмба в пластине. "Дефектоскопия", 1970, № 4, с. 12-5-17.

27. И.Н. Ермолов. Условия возбуждения волн Лэмба в толстых пластинах ультразвуковыми импульсами. "Заводская лаборатория", т. XXXII,11, 1966., с. 13594-1362.

28. И.H. Ермолов, В.Т. Бобров, C.B. Веремеенко, H.A. Лебедева. Экспериментальное исследование особенностей возникновения волн Лэмба при импульсном возбуждении методом клина. "Дефектоскопия", 1971, №2 с. 43-49.

29. Ж.Г. Никифоренко, В.Т. Бобров, И.И. Авербух. Распространение волн Лэмба в анизотропных листах. "Дефектоскопия", 1972, № 5, с. 56ч-63.

30. H.A. Лебедева, В.Т. Бобров. Влияние дисперсии на ослабление импульса волн Лэмба. "Дефектоскопия", 1973,№ 1,с.1314-133.

31. O.P. Заборовский. При уч. В.Т. Боброва. Особенности формирования ультразвукового сигнала при контроле сварных соединений тонколистовых конструкций волнами Лэмба. "Дефектоскопия", 1974, № 2, С.30--38.

32. С.И. Рохлин, A.B. Харитонов. Экспериментальное исследование отражения волн Лэмба от естественных расслоений в листовом прокате. "Дефектоскопия", 1974, № 6, с. 784-85.

33. A.B. Харитонов. Развитие и проблемы теории нормальных волн в ультразвуковой дефектоскопии. "Дефектоскопия", 1979, № 7, с. 594-67.

34. Г.Я. Дымкин. Теоретические основы, методология и принципы построения аппаратуры низкочастотного ультразвукового контроля металлопродукции. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М: ЦНИИТМАШ, 1991.

35. В.Н. Соседов, С.Х. Пасси. Состояние и перспективы развития разряботок средств ультразвукового неразрушающего контроля. Дефектоскопия, 1988г, № 8, с 3-9.

36. В.Н. Соседов, В.Т. Бобров. Современная ультразвуковая аппаратура неразрушающего контроля качества сварных соединений. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1989г, № 2, с 40-43.

37. Дефектоскоп ультразвуковой ГСП УДС1-20 (2.1). Техническое описание и инструкция по эксплуатации. НПО "Волна": г. Кишинев, 1983 г. 64 с.

38. B.C. Басович, A.JI. Дамаскин, Г.Я. Дымкин. Возможности ультразвукового дефектоскопа УДС1-20 ПОИСК-4 при контроле бурового оборудования и инструмента. Дефектоскопия, 1990, № 8 с. 92^93.

39. A.A. Сельский. Способ оперативного сплошного контроля труб. Безопасность труда в промышленности, 1998, № 2 - с. 28ч-29.

40. A.A. Сельский. Обзор неразрушающих методов контроля механического оборудования (Красноярский наклонный рельсовый судоподъемник). Информационно-технический сборник "Водные пути и сооружения". М: Министерство Речного флота РСФСР, 1990, с. 10 -ь14.

41. ГОСТ 8731-87. Трубы стальные бесшовные горячедеформирован-ные. Технические условия.

42. Письмо Госстроя СССР № A4-1498-8 от 25.03.1987 г. в адрес Госстандарта СССР.

43. Информационное письмо Минмонтажспецстроя СССР № 29-3-53 от 30.04.1987 г. в адрес подведомственных предприятий.

44. Информационное письмо Госстандарта СССР № 14-1116 от 13.07.1987 г. в адрес промышленных министерств и органов технического надзора.

45. Информационное письмо Госгортехнадзора России № 12-1/89 от 25.07.1991 г. в адрес подведомственных предприятий.

46. Письмо Госгортехнадзора России № 12-42/1200 от 22.12.1998 г. на целезой запрос НИЦТДЭиС "Регионтехсервис".

47. ГОСТ 17410-78. Контроль неразрушающий. Трубы металлические бесшовные цилиндрические. Методы ультразвуковой дефектоскопии.

48. ГОСТ 23829-85. Контроль неразрушающий акустический. Термины и определения.

49. A.A. Сельский, О.В. Мартынова, В.Н. Подвезенный. О проблемах технического диагностирования циклически нагружаемых деталей транспортных машин и сооружений. Сборник "Транспортные средства Сибири", Красноярск: КГТУ, 1998, с. 100ч-106.

50. ГОСТ 23049-84. Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Основные параметры и общие технические требования.

51. Н.И. Кашубский, A.A. Сельский, В.Н. Подвезенный. Поиск дефектных зон в днищах резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов ультразвуковыми волнами Лэмба. Безопасность труда в промышленное™, 2000, № 5 с. 28^-32.

52. А.К. Гурвич. Надежность неразрушающего контроля как надежность комплекса "дефектоскоп оператор - среда". - Дефектоскопия, 1992, №3, С.5-ИЗ.

53. Дефектоскоп ультразвуковой USIP-12. Техническое описание и руководство по эксплуатации. Пер. с нем. Хюрт: "Krautkremer & Brunson", ФРГ, 1983.-116 с.

54. А.А. Сельский, В.Н. Подвезенный. Построение уравнения акустического тракта нормальных ультразвуковых волн в целях диагностики трубных изделий. Сборник "Транспортные средства Сибири", Красноярск: КГТУ, 1999, с.420ч-425.

55. РД 34.17.302-97. Котлы паровые и водогрейные. Трубопроводы пара и горячей воды, сосуды. Сварные соединения. Контроль качества. Ультразвуковой контроль. Основные положения (ОП 501 ЦД-97).

56. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. М: НПО "ОБТ",1991.

57. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов. М: НПО "ОБТ",1991.

58. Автомобили БелАЗ-540, БелАЗ-540А, БелАЗ-548А. Руководство по капитальному ремонту. Под ред. 3.JI. Сироткина. М.: Транспорт, 1974. -392 г,.

59. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Утверждены Госгортехнадзором России 21.07.1992 г. М.: НПО "ОБТ", 1992 г.- 110 с.

60. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые.

61. Отчет о результатах технической экспертизы элементов правой нитки паропровода 0529x12,0 мм Красноярского химкомбината "Енисей" (по факту аварии 5.11.1996 г.). НИЦТДЭиС "Регионтехсервис". Утвержден Енисейским округом Госгортехнадзора России.

62. Регулярная рубрика "Аварии года". Безопасность труда в промышленности.

63. РД 34.17.401-88. Положение о входном контроле металла теплоэнергетических установок с давлением 9 МПа и выше. М. СОЮЗТЕХ-ЭНЁРГО, 1988.

64. Инструкция по испытанию буровых вышек в промысловых условиях. ОАО ВНИИТнефть. Согласована Госгортехнадзором России 25.10.1996 г.

65. Инструкция по проверке технического состояния вышек буровых установок АО "УРАЛМАШ". НИИтяжмаш АО "УРАЛМАШ". Согласована Госгортехнадзором России 16.07.1996 г.

66. Инструкция по применению неразрушающего способа испытания буровых вышек в промысловых условиях. Московский авиационный институт. Согласована Госгортехнадзором России 21.06.1996 г.

67. Руководство по ультразвуковой дефектоскопии деталей одноковшовых экскаваторов. М. МИНУГЛЕПРОМ СССР.

68. ПБХ-94. Правила безопасности при хранении и транспортировании жидкого хлора.

69. ПБПРВ-88. Правила безопасности при производстве и потреблении продуктов разделения воздуха. 1988 г.

70. Правила безопасности в газовом хозяйстве. 1994 г.

71. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. 1988 г.

72. Положение о порядке диагностирования технологического оборудования взрывоопасных производств топливно-энергетического комплекса. Минтопэнерго. 1993 г.

73. Правила технической эксплуатации нефтебаз. Утверждены Главным управлением по госпоставкам и коммерческой деятельности ГП "Рос-неф-пЛМ: 1997 г.- 150 с.

74. ГОСТ 18353-79.Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов.

75. ГОСТ 21105-87. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод.

76. ГОСТ 18442-80. Качество продукции. Неразрушающий контроль. Капиллярные методы. Общие требования.

77. ГОСТ 9433-80. Смазка ЦИАТИМ-221. Технические условия.

78. Методика входного контроля неразрушающими физическими методами труб, поставляемых для монтажа (ремонта) котлоагрегатов и трубопроводов. МТ-РТС-К-02-96. Красноярск: НИЦТДЭиС "Регионтехсер-вис", 1996. Утверждена Госгортехнадзором России.

79. Методика неразрушающего контроля реактивных штанг и рулевых тяг карьерных автомобилей "БЕЛАЗ". МТ-РТС-ГР-01-97. Красноярск: НИЦТДЭиС "Регионтехсервис". 1997. Согласована НПО "БЕЛАЗ", утверждена Госгортехнадзором России.

80. ГОСТ 23667-79. Контроль неразрушающий. Дефектоскопы ультразвуковые. Методы измерения основных параметров.

81. ГОСТ 23702-85. Контроль неразрушающий. Преобразователи ультразвуковые. Методы измерения основных параметров.

82. ГОСТ 10007-80Е. Фторопласт-4. Технические условия.

83. Дефектоскоп ультразвуковой УД2-12 (2.1). Руководство по эксплуатации. ЩЮ2.068.136 РЭ1. Кишинев: НПО "Волна". 1990.

84. С.Л. Молотков. Ультразвуковой дефектоскоп УД2-12 в вопросах и ответах. С-Пб: НВП "Ультразвук-сервис". 1993.

85. Дефектоскоп ультразвуковой Ш1Р-12. Техническое описание и руководство по эксплуатации. Пер. с нем. Хюрт: "КгаШкгетег & Вгипвоп", ФРГ, 1983-116 с.