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

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.

1. Мелёхин, О.Н. Автоматизированный неразрушающий контроль магистральных газопроводов с применением наружных сканеров дефектоскопов / О.Н. Мелёхин [и др.] // Газовая промышленность. – 2015. – № S2(724). – С. 44–48.

2. Matvienko, A.F. The quality control of underground gas pipelines via the electromagnetic and acoustic method / A.F. Matvienko [et al.] // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2015. – Vol. 51, no. 9. – P. 546–553. DOI: 10.1134/S1061830915090077

3. Wenbo Duan Spectral subtraction and enhancement for torsional waves propagating in coated pipes / Wenbo Duan [et al.] // NDT & E International. – 2018. – Vol. 100. – P. 55–63. DOI: 10.1016/j.ndteint.2018.08.009

4. Murav’eva, O.V. Torsional waves excited by electromagnetic-acoustic transducers during guidedwave acoustic inspection of pipelines / O.V. Murav’eva, S.A. Murashov, S.V. Len’kov // Acoustical Physics. – 2016. – Vol. 62, no. 1. – P. 117–124. DOI: 10.7868/S032079191506009X

5. Davydov, V.V. A contactless method for testing inner walls of pipelines / V.V. Davydov [et al.] // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2018. – Vol. 54, no. 3. – P. 213–221. DOI: 10.1134/S1061830918030051

6. Hyung, M.K. Defects detection of gas pipeline near the welds based on self quotient image and discrete cosine transform / M.K. Hyung, C. Doo-Hyun // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2016. – Vol. 52, no. 3. – P. 175–183. DOI: 10.1134/S1061830916030049

7. Краснов, А.Н. Прогнозирование динамических нагрузок в газопроводах на основе методов идентификации / А.Н. Краснов // Интеллектуальные системы в производстве. – 2017. – Т. 15, № 4. – С. 83–88.

8. Тымчик, Г.С. Алгоритм обработки данных системы контроля монтажа клеесварной муфты на магистральном трубопроводе / Г.С. Тымчик, А.А. Подолян // Приборы и методы измерений. – 2014. – № 1(8). – С. 63–67.

9. Басиев, К.Д. Влияние упругой энергии сжатого газа на развитие коррозионных и коррозионно-механических трещин в магистральных газопроводах / К.Д. Басиев [и др.] // Газовая промышленность. – 2018. – № 7(771). – С. 96–100.

10. Gonchar, A.V. Variation of elastic characteristics of metastable austenite steel under cycling straining / A.V. Gonchar [et al.] // Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. – 2017. – Vol. 62, no. 4. – P. 537–541. DOI: 10.1134/S1063784217040089

11. Mishakin, V.V. Relation between the deformation energy and the Poisson ratio during cyclic loading of austenitic steel / V.V. Mishakin, V.A. Klyushnikov, A.V. Gonchar // Technical Physics. The Russian Journal of Applied Physics. – 2015. – Vol. 60, no. 5. – P. 665– 668. DOI: 10.1134/S1063784215050163

12. Мишакин, В.В. Измерение характеристик текстуры конструкционной стали 15ЮТА акустическим методом при усталостном разрушении / В.В. Мишакин [и др.] // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2018. – Т. 84, № 7. – С. 30–34. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-30-34

13. Murav’eva, O.V. Methodological peculiarities of using shand Lamb waves when assessing the anisotropy of properties of flats / O.V. Murav’eva, V.V. Murav’ev // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2016. – Vol. 52, no. 7. – P. 363–369. DOI: 10.1134/S1061830916070056

14. Матюк, В.Ф. Контроль качества термообработки изделий из конструкционных среднеуглеродистых сталей на основе двухполярного импульсного перемагничивания / В.Ф. Матюк, В.А. Бурак // Приборы и методы измерений. – 2014. – № 1(8). – С. 57–62.

15. Filinov, V.V. Monitoring stressed state of pipelines by magnetic parameters of metal / V.V. Filinov, A.N. Kuznetsov, P.G. Arakelov // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2017. – Vol. 53, no. 1. – P. 51– 61. DOI: 10.1134/S1061830917010065

16. Uglov, A.L. On the inspection of the stressed state of anisotropic steel pipelines using the acoustoelasticity method / A.L. Uglov, A.A. Khlybov // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2015. – Vol. 51, no. 4. – P. 210–216. DOI: 10.1134/S1061830915040087

17. Smirnov, A.N. Acoustic evaluation of the stressstrained state of welded carbon steel joints after different modes of heat input / A.N. Smirnov [et al.] // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2018. – Vol. 54, no. 1. – P. 37–43. DOI: 10.1134/S1061830918010072

18. Муравьев, В.В. Исследования структурного и напряженно-деформированного состояния рельсов текущего производства методом акустоупругости / В.В. Муравьев [и др.] // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. – 2018. – Т. 21, № 2. – С. 13–23. DOI: 10.22213/2413-1172-2018-2-13-23

19. Babkin, S.E. The determination of the Poisson ratio for ferromagnetic materials using the EMA method / S.E. Babkin // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2015. – Vol. 51, no. 5. – P. 303–307. DOI: 10.1134/S1061830915050022

20. Murav’ev, V.V. Influence of the mechanical anisotropy of thin steel sheets on the parameters of lamb waves / V.V. Murav’ev, O.V. Murav’eva, L.V. Volkova // Steel in Translation. – 2016. – Vol. 46, no. 10. – P. 752– 756. DOI: 10.3103/S0967091216100077

21. Стрижак, В.А. Информационно-измерительная система возбуждения, приема, регистрации и обработки сигналов электромагнитно-акустических преобразователей / В.А. Стрижак [и др.] // Интеллектуальные системы в производстве. – 2011. – № 1(17). – С. 243–250.

22. Nikitina, N.E. Application of the acoustoelasticity phenomenon in studying stress states in technological pipelines / N.E. Nikitina, A.V. Kamyshev, S.V. Kazachek // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2009. – Vol. 45, iss. 12. – P. 861–866. DOI: 10.1134/S1061830909120043.