Мобільна Система Експрес-Оцінки ...
МОБІЛЬНА СИСТЕМА ЕКСПРЕС-ОЦІНКИ МІЦНІСНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ.
Прохоренко С.В.1,2, Коваль П.М.2, Ігнатович С.Р.3,
Закіев І.М.О.3, Домінюк Т.І.1,2
1 Національний університет «Львівська політехніка», Львів.
2 Державний дорожній науково-дослідний інститут імені М.П.Шульгіна, Київ
3 Національний Авіаційний Університет, Київ
Наведено принципову схему контрольних операцій діагностики стану міцнісних характеристик металевих конструкцій. Опрацьовано діагностичний комплекс.
Актуальність проблеми. З огляду на наближення (а в ряді випадків - і перекриття) термінів планового виводу з експлуатації елементів техносферного комплексу країни, а також у зв’яку зі зростанням необхідності верифікативної перевірки їх стану - зростає важливість комплексного підходу до оцінки стану матеріалів. Важливо відмітити суттєвість забезпечення поточного наскрізного контролю усіх операцій та зменшення впливу помилок оператора. Тому суттєву підтримку отримало опрацювання роботизованих комплексів, що використовують переваги перехресного аналізу різними методами аналізу напружень та корозійної втоми.
Конструкція вимірювального стенду - підвісна система, на котрій змонтовано: комплекс первинної (макроскопічної) оцінки та аквізиції стану контрольованої поверхні (система макроскопічної оптики та вихороструменевого контролю); комплекс очистки поверхні; комплекс скрайбування, аналізу акустичних (акустична емісія -АЕ) і термоелектричних характеристик досліджуваної поверхні та мікроскопічної металографії.
Опрацювання даних та оцінювання механічних характеристик металу елементів конструкцій.
1 Макроскопічна оцінка стану матеріалу третіми (додатковими) методами (оптичний та вихорострумовий) - у місці виявлених відхилень однорідності здійснюється зачистка поверхні:
1.1 попереднє зачищення шліфувальним інструментом;
1.2 кінцева підготовка (вигладжування, полірування) поверхні лиски
1.3 очищення та ретельне знежирення лиски.
1.4 (опційно) електротравлення попередньо шліфованої лиски з метою ліквідації наклепаного шару, що повстає при підготовці поверхні.
2 Первинний оптичний контроль лиски (до скрайбування) - оптичне оцінювання топологічної однорідності очищеної поверхні (відсутності тріщин, або сильно профільованих рис чи чужорідних макровключень) та її фотофіксація для звіту (архівування зображення вихідного стану діагностованої поверхні) непротравленого стану поверхні здійснюється за допомогою портативного металографічного мікроскопа,
3 Оцінювання стану матеріалу вздовж траси скрайбування
3.1 Термоелектрично (до скрайбування, за його наміченою трасою) - аналізом (по відхиленню щодо середнього) змін термо е.р.с. - Проводиться дослідження термо е.р.с. досліджуваного зразка вздовж траєкторії проведення майбутньої подряпини, звертаючи увагу на виявлення прекурсорів локальних внутрішніх напружень. (При дослідженні поверхня зразка прогрівається, тому індентор склерометра встановлюється у робочу позицію після вихолодження металу.) Термо е.р.с. вивчається щодо рухомого жала вістря підігрітого електроду порівняння. Виходячи з теоретично доведеної та експериментально підтвердженої передумови формування подвійного електричного шару у місцях градієнта механічних напружень, - у зонах наявності таких локальних дефектів (переважно - корозійно-втомного походження) мають місце сингулярності вимірюваної термо е.р.с.
3.2 Отримані склерометричним методом дані слід оцінювати за наступними критеріями:
- за параметрами (зміною ширини розхилу) нанесеної подряпини (після скрайбування при сталому навантаженні)
- за силою реакції опору при дряпанні (у процесі скрайбування)
Виконується скрайбування очищеної поверхні за наперед обумовленою схемою навантажень (по 2¸4 проходи при навантаженні 50 г) та з навхресним розміщеням директрис проведення канавок.
3.3 Відслідковуванням змін спектру акустичної емісії (при скрайбуванні) фіксується місце реєстрації відхилення від "безпечного" рівня обраного параметра акусто-емісійного сигналу, яким характеризується рівень катастрофічності процесів руйнування. Обирається параметр АЕ, чутливий до зміни швидкості змін рівня акустичної енергії.
3.3.1 Визначення змін спектру АЕ у точках, де було зафіксовано значну зміну термо е.р.с. та сигнали АЕ з високим значенням параметра катастрофічності (_обраного_ параметру катастрофічності).
3.3.2 Окремий запис змін спектру АЕ у точках, де не було зафіксовано жодних змін.
4 Завершальне (після скрайбування) оптичне (мікроскопічне) ґрунтовне оцінювання та аквізиція мікроструктури поверхні (опційно-додатково протравленої).
Таким чином сформована схема контрольних операцій діагностики стану та багатопараметричного визначення міцнісних характеристик металевих конструкцій (зокрема - металу залізобетонних конструкцій та сталевих мостів) сприятиме забезпеченню надійності діагностування стану відповідальних об’єктів.
Игнатович С.Р., Закиев И.М., Борисов Д.И. Диагностика усталостной поврежденности деталей методами вдавливания и царапанья поверхности индентором. -Двигатели внутреннего сгорания № 2 (7)- Харьков: НТУ «ХПИ», 2005 - с. 118-122.
Прохоренко С.В., Коваль П.М., Прохоренко В.Я. Комплексна діагностика пластично-деформованих поверхонь мостових конструкцій. // Зб. наук. праць < Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів.> випуск 13. Львів. 2008. c. 57-59
Стасюк И.В., Пелещак Р.М. Электронная плотность и деформация решетки металла в окрестности границы областей с различными механическими напряжениями. - Киев. - 1990. - 16 с. (Препринт /АН УССР. ИТФ-90-ІЗР).
MOBILE SYSTEM OF AN EXPRESS - ESTIMATE OF PERFORMANCES OF METALWORKS STRENGTH
The of principle chart of checking operation of diagnosis condition of strength performances of metallic constructions is resulted. A diagnostic complex is worked out.
МОБИЛЬНАЯ СИСТЕМА ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ.
Приведена принципиальная схема контрольных операций диагностики состояния прочностных характеристик металлических конструкций. Скомпонован диагностический комплекс.
Актуальность проблемы. Учитывая приближение (а в ряде случаев - и существенное перекрытие) сроков планового вывода из эксплуатации элементов техносферного комплекса страны, а также в связи с ростом необходимости достоверной проверки их состояния - растет важность комплексного подхода к оценке состояния материалов. Важно отметить существенность обеспечения текущего сквозного контроля всех операций и уменьшения влияния ошибок оператора. Поэтому существенную поддержку получило прорабатывание роботизированных комплексов, которые используют преимущества перекрестного анализа разными методами анализа напряжений и коррозийной усталости.
Конструкция измерительного стенда: подвесная система, на которой смонтировано: комплекс первичной (макроскопической) оценки и аквизиции состояния контролируемой поверхности (система макроскопической оптики и вихретокового контроля); комплекс очистки поверхности; комплекс скрайбирования, анализа акустических (акустическая эмиссия -АЭ) и термоэлектрических характеристик исследуемой поверхности и микроскопической металлографии.
Обработка данных и оценивание механических характеристик металла элементов конструкций.
1 Макроскопическая оценка состояния материала третьими (дополнительными) методами (оптический и вихретоковый) - в месте обнаруженных отклонений однородности осуществляется зачистка поверхности:
1.1 предварительная зачистка шлифовальным инструментом;
1.2 конечная подготовка (выглаживание, полирование) зоны зачистки;
1.3 очистка и тщательное обезжиривание зоны зачистки.
1.4 (опционно) электропищеварение предварительно шлифуемой зоны зачистки с целью ликвидации наклепанного слоя, возникающего при подготовке поверхности.
2 Первичный оптический контроль зоны зачистки (до скрайбирования) - оптическое оценивание топологической однородности очищенной поверхности (отсутствия трещин, или сильно профилируемых черт или инородных макровключений), фотофиксация для отчета непротравленного состояния поверхности (архивирование изображения исходного состояния диагностированной поверхности) осуществляется с помощью портативного металлографического микроскопа.
3 Оценивание состояния материала вдоль трассы скрайбирования
3.1 Термоэлектрически (до скрайбирования, за его намеченной трассой) - анализом (по отклонению относительно среднего) изменений термо-э.д.с. - Проводится исследование термо-э.д.с. исследуемого образца вдоль траектории проведения будущей царапины, обращая внимание на выявление прекурсоров локальных внутренних напряжений. (При исследовании поверхность образца прогревается, потому индентор склерометра устанавливается в рабочую позицию после выхолаживания металла.) Термо-э.д.с. изучается относительно подвижного острия подогретого электрода сравнения. Исходя из теоретически доказанной и экспериментально подтвержденной предпосылки формирования двойного электрического слоя в местах градиента механических напряжений, - в зонах наличия таких локальных дефектов (преимущественно - коррозийно-усталостного происхождения) имеют место сингулярности измеряемой термо-э.д.с.
3.2 Полученые склерометрическим методом данные следует оценивать за следующими критериями:
- за параметрами (изменением ширины) нанесённой царапины (после скрайбирования при постоянной нагрузке)
- за силой реакции сопротивления при царапании (в процессе скрайбирования)
Выполняется скрайбирование очищенной поверхности за заранее обусловленной схемой нагрузок (по 2-4 прохода при нагрузке 50 г) и при перекрёстном размещением директрис проведения канавок.
3.3 Отслеживанием изменений спектра акустической эмиссии (при скрайбировании) фиксируется место регистрации отклонения от "безопасного" уровня избранного параметра акусто-эмиссионного сигнала, которым характеризуется уровень катастрофической процессов разрушения. Избирается параметр АЭ, чувствительный к изменению скорости изменений уровня акустической энергии.
3.3.1 Определение изменений спектра АЭ в точках, где было зафиксировано значительное изменение термо-э.д.с. но сигналы АЭ с высоким значением параметра катастрофичности (_избранного_ параметра катастрофичности).
3.3.2 Отдельная запись изменений спектра АЭ в точках, где не было зафиксировано никаких изменений.
4 Завершающее (после скрайбирования) оптическое (микроскопическое) обстоятельное оценивание и накопление/архивирование микроструктуры поверхности (опционно дополнительно протравленной).
Таким образом сформированая схема контрольных операций диагностики состояния и многопараметрического определения прочностных характеристик металлических конструкций (в частности - металла железобетонных конструкций и стальных мостов) будет способствовать обеспечению надежности диагностирования состояния ответственных объектов.