Прибор и методики измерения акустической анизотропии и остаточных напряжений металла магистральных газопроводов

Abstract

Одним из основных условий безопасной эксплуатации магистральных газопроводов является использование неразрушающих методов контроля, что особенно актуально при решении задач ранней оперативной диагностики материала труб. Цель работы – разработка методик акустической оценки напряженно-деформированного состояния, упругих модулей и анизотропии свойств материала трубопровода и исследование этих характеристик в вырезках магистральных трубопроводов с использованием прибора на основе бесконтактных электромагнитно-акустических преобразователей. Методики реализуются с использованием структуроскопа СЭМА и бесконтактных преобразователей. В качестве объекта исследований использованы вырезки магистральных газопроводов с кольцевыми сварными швами, с коррозионным растрескиванием под напряжением и без видимых повреждений. Методика определения плоского напряженно-деформированного состояния элементов трубопровода основана на явлении акустоупругости. Методика определения упругих характеристик материалов и анизотропии их свойств основана на связи скоростей ультразвуковых волн с упругими свойствами среды. Методики реализуются за счет прозвучивания образца с использованием продольной волны и двух сдвиговых волн с взаимно перпендикулярными поляризациями, совпадающими с главными напряжениями. Показано, что распределение напряженного состояния является неравномерным, что обусловлено особенностями образцов. Анизотропия свойств большинства образцов находится в диапазоне 12–14 % по модулю сдвига, 9–10 % по модулю Юнга, 13–15 % по коэффициенту Пуассона. Для образцов с коррозионным растрескиванием под напряжением наблюдается резкое уменьшение коэффициента анизотропии, что позволяет использовать указанные характеристики в качестве информативных параметров при выявлении коррозионного растрескивания под напряжением. Особенностью предложенных методик является высокая точность, обусловленная отсутствием необходимости определения плотности материала и прецизионного измерения его толщины, погрешность измерения которых известными методами значительна.