Основные этапы, методы и информационные параметры оперативной диагностики структурно-механического состояния материалов

Содержание

Слайд 2

Контроль конструкций и элементов оборудования физическими методами

2

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики

Контроль конструкций и элементов оборудования физическими методами 2 НИЛ «Механико-технологических испытаний и
материалов» НИУ «МЭИ»

Акустические методы

Принципиальная схема реализации метода АЭ

Контроль трубопровода методом АЭ

Метод акустической эмиссии (АЭ)

Ультразвуковой контроль (УЗК)

Схема ультразвуковой дефектоскопии:
ИГ – искательная головка; КО – контролируемый объект; Д - дефект

Ультразвуковая толщинометрия на отрезке экранной трубы котла (ГОСТ Р ИСО 16809-2015)

Слайд 3

Контроль конструкций и элементов оборудования физическими методами

3

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики

Контроль конструкций и элементов оборудования физическими методами 3 НИЛ «Механико-технологических испытаний и
материалов» НИУ «МЭИ»

Магнитные методы

Магнитная память металла (УЗК)

Магнитограмма кольцевого сварного соединения с выявлением зон концентрации напряжений

Коэрцитиметрия
(измерение коэрцитивной силы)

Магнитно-механическая аналогия: магнитная петля гистерезиса (а) и деформационная петля гистерезиса при циклическом нагружении (б)

Слайд 4

Образцы для испытаний растяжением

Разрушающие испытания. Испытания растяжением (ГОСТ 1497-84)

Плоские образцы

Цилиндрические образцы

«Короткие»:

«Длинные»:

Образцы для испытаний растяжением Разрушающие испытания. Испытания растяжением (ГОСТ 1497-84) Плоские образцы

Кратность образца:

4

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 5

Схема машины для испытания на растяжение

1 – основание; 2 – винт грузовой;

Схема машины для испытания на растяжение 1 – основание; 2 – винт
3 – нижний захват (активный); 4 – образец; 5 – верхний захват (пассивный); 6 – силоизмерительный датчик; 7 – пульт управления с электроприводной аппаратурой; 8 – индикатор нагрузок; 9 – рукоятки управления; 10 – диаграммный механизм; 11 – кабель

5

Разрушающие испытания. Испытания растяжением (ГОСТ 1497-84)

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 6

Схемы цилиндрического образца на различных стадиях растяжения

а – образец до испытания

Схемы цилиндрического образца на различных стадиях растяжения а – образец до испытания
(l0 и d0— начальные длина и диаметр);
б – образец, растянутый до максимальной нагрузки;
в – образец после разрыва (lк – конечная длина; dк – минимальный диаметр в месте разрыва)

а б в

6

Разрушающие испытания. Испытания растяжением (ГОСТ 1497-84)

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 7

Схемы машинных (первичных) диаграмм растяжения пластичных материалов:
а – с площадкой текучести;

Схемы машинных (первичных) диаграмм растяжения пластичных материалов: а – с площадкой текучести;
б – без площадки текучести

Характеристики прочности

Характеристики пластичности

Физический предел текучести

σт = Pт/F0

Условный предел текучести

σ0.2 = P0.2/F0

Временное сопротивление
(предел прочности)

σВ = Pmax/F0

МПа

Относительное конечное удлинение

δк = (Δlк/l0) ·100 = [(lк – l0)/l0]·100, %

Относительное конечное сужение

ψк = (ΔFк/F0) ·100 = [(F0 – Fк)/F0] ·100, %

7

Разрушающие испытания. Испытания растяжением (ГОСТ 1497-84)

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 8

Образцы для испытаний растяжением до и после испытаний

8

Разрушающие испытания. Испытания растяжением (ГОСТ

Образцы для испытаний растяжением до и после испытаний 8 Разрушающие испытания. Испытания
1497-84)

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 9

Испытания на твердость

Метод Бринелля (ГОСТ 9012–59)

D = 1; 2; 2,5; 5

Испытания на твердость Метод Бринелля (ГОСТ 9012–59) D = 1; 2; 2,5;
или 10 мм

Для сталей P = 30D2

Пример записи числа твердости по Бринеллю:
225 HB 2,5/187,5/10

Твердость,
кГс/мм2

Время под
нагрузкой, с

Нагрузка,
кГс

Диаметр индентора, мм

9

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 10

Испытания на твердость

Метод Бринелля (ГОСТ 9012–59)

Твердомер Бринелля ТШ-2М

Инденторы Бринелля разных диаметров

Испытания на твердость Метод Бринелля (ГОСТ 9012–59) Твердомер Бринелля ТШ-2М Инденторы Бринелля
в оправках

10

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 11

Испытания на твердость

Метод Виккерса (ГОСТ 2999–75)

Пример записи числа твердости по Виккерсу:
135

Испытания на твердость Метод Виккерса (ГОСТ 2999–75) Пример записи числа твердости по
HV 2/10

Твердость,
кГс/мм2

Время под
нагрузкой, с

Нагрузка,
кГс

P = 1; 2; 3; 5; 10; 20; 30 или 50 кГс

11

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 12

Испытания на твердость

Метод Роквелла (ГОСТ 9013–59)

12

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики

Испытания на твердость Метод Роквелла (ГОСТ 9013–59) 12 НИЛ «Механико-технологических испытаний и
материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 13

Испытание на ударный изгиб (ГОСТ 9454–78)

Схема образцов для испытаний на ударный

Испытание на ударный изгиб (ГОСТ 9454–78) Схема образцов для испытаний на ударный
изгиб

а − образец с U-образным надрезом; б − с V-образным надрезом; в − с усталостной трещиной

13

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 14

Схема испытания на ударный изгиб

а − схема маятникового копра (1 − корпус;

Схема испытания на ударный изгиб а − схема маятникового копра (1 −
2 − маятник; 3 − образец); б – расположение образца

Работа К, МДж, затраченная на ударный излом образца

К = G (h1 – h2),

G – вес маятника; h1, h2 – высота подъема маятника до испытания и после него.

Ударная вязкость:

KCU, KCV, KCT = K/F

F - площадь поперечного сечения образца в надрезе

Испытание на ударный изгиб (ГОСТ 9454–78)

14

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 15

Образцы на ударный изгиб до и после испытаний

Испытание на ударный изгиб (ГОСТ

Образцы на ударный изгиб до и после испытаний Испытание на ударный изгиб
9454–78)

15

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 16

Проблемы диагностики фактического состояния металла энергетического оборудования и трубопроводов

16

отсутствие «универсального» физического метода

Проблемы диагностики фактического состояния металла энергетического оборудования и трубопроводов 16 отсутствие «универсального»
выявления дефектов и зон концентрации напряжений в металле;
отсутствие надежных портативных приборов и методик, позволяющих производить оценку комплекса физико-механических свойств металла в промышленных условиях.

Портативные приборы

Приборы механического действия

Приборы физического действия

Приборы физико-механического действия

Со статическим вдавливанием индентора

С динамическим вдавливанием индентора

Акустические

Электромагнитные

Вихретоковые

Импедансные

Акустико-механические

Магнито-механические

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 17

Некоторые представленные на рынке портативные приборы для оценки механических свойств металла

17

Inatest-D

ТЭМП-4

Преимущества:
Малая масса

Некоторые представленные на рынке портативные приборы для оценки механических свойств металла 17
(до 1 кг), удобство и простота использования.
Высокая производительность испытаний.
Недостатки:
Косвенные способы оценки твёрдости, основанные на корреляции твёрдости с различными физическими параметрами.
Зависимость результатов испытаний от массы и жёсткости изделий, а также от ориентации их в пространстве.

Оценка фактических значений физико-механических свойств металла с достаточной точностью возможна только при использовании твердомера прямого действия, обеспечивающего необходимые параметры испытания согласно действующим нормативным документам.

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 18

Приборы для определения механических свойств металла, разработанные в МЭИ

18

МЭИ-Т7

МЭИ-Т12

МЭИ-Т8

а)

б)

в)

НИЛ «Механико-технологических испытаний и

Приборы для определения механических свойств металла, разработанные в МЭИ 18 МЭИ-Т7 МЭИ-Т12
оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 19

Прибор МЭИ Т-7 на трубе (Конаковская ГРЭС)

19

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики

Прибор МЭИ Т-7 на трубе (Конаковская ГРЭС) 19 НИЛ «Механико-технологических испытаний и
материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 20

Применение методов индентирования для определения механических свойств материалов (методика НИУ «МЭИ»)

Определяемые характеристики

Применение методов индентирования для определения механических свойств материалов (методика НИУ «МЭИ») Определяемые
прочности и пластичности:
Условный предел текучести σ0.2:
Временное сопротивление σВ:
Предельное равномерное удлинение δр.

Условная диаграмма растяжения в координатах «σ – δ» (а) и диаграмма вдавливания шара в координатах «твердость по Бринеллю НВ – средняя контактная деформация Ψвд» (б)

Возможности индентирования для определения механических свойств материалов

Проведение входного экспресс-контроля качества материалов.
Определение механических свойств на этапе производства, на готовых изделиях, после эксплуатации.

δр = f(σВ/σ0.2)

20

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»

Слайд 21

Переносные приборы прямого механического действия
Преимущества:
Определение твёрдости прямым способом под нагрузкой, регламентированной ГОСТ.
Возможность

Переносные приборы прямого механического действия Преимущества: Определение твёрдости прямым способом под нагрузкой,
регистрации диаграмм вдавливания и преобразования их в диаграммы растяжения.
Возможность определения твёрдости и комплекса других механических характеристик (E, σ0.2, σB и др.).
Обеспечение требуемой точности.
Недостатки:
Сравнительно большая масса (5 – 25 кг).
Необходимость использования специальных приспособлений для жёсткого крепления к изделиям.
Сложность использования в труднодоступных местах.
Сравнительно низкая производительность испытаний.

21

НИЛ «Механико-технологических испытаний и оперативной диагностики материалов» НИУ «МЭИ»