Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность ядерных технологий»

Все доклады секции


Возможности использования методов нелинейной акустики для обнаружения микротрещин
в трубопроводах и металлоконструкциях

Десятников Е.А., Самохвалов Р.В., Зазнобин В.А., Сахно Ю.Е.

НИИИС им. Ю.Е. Седакова, г. Н. Новгород

Для повышения безопасности эксплуатации и получения достоверной информации об остаточном ресурсе оборудования и трубопроводов ядерных энергетических установок, целесообразно внедрение новых методов и средств неразрушающего контроля и диагностики [1]. Контроль дефектов в сварных швах и основном металле критических элементов ядерных энергетических установок в настоящее время ведется широко используемыми радиографическим и ультразвуковым методами и средствами. Данные методы требуют сканирования по поверхности всей области контроля, в некоторых случаях неоднократного. Обнаружение дефектов возможно только при расположении датчиков в непосредственной близости от них. Указанные методы не позволяют отличать опасные микротрещины, вызванные, например, растрескиванием металла, от менее опасных или неопасных коррозионных язв, царапин, неметаллических включений и т.п.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований показывают, что нелинейные акустические методы локации (модуляционный, метод второй гармоники и др.) позволяют обнаруживать трещины на фоне других типов дефектов и определять их местоположения. Наиболее эффективным по обнаружению трещин оказался модуляционный метод [2]. Суть метода состоит в том, что в образце одновременно возбуждаются два сигнала: высокочастотный акустический импульс с несущей частотой w и низкочастотное возбуждение с частотой W. Уровень низкочастотного колебания должен быть достаточным, чтобы изменялись акустические параметры трещины. Эти изменения приводят к модуляции ультразвуковой волны. Импульс, прошедший через объект или отразившийся от дефектов, принимается и анализируется. В результате взаимодействия в трещине двух волн, в спектре принятого сигнала появляются боковые составляющие от несущей частоты nw±mW (n, m=1,2,3…). По присутствию спектральных составляющих боковых частот определяется наличие трещин. Нелинейность трещины проявляется в изменении соотношения нагрузка-деформация для закона Гука. На линейных акустических дефектах невозможно получить нелинейные отклики, значит, применяя модуляционный метод можно отличить трещины от других типов дефектов. Зная время пробега импульса t от высокочастотного преобразователя до дефекта, можно найти расстояние до дефекта r=ct/2 (c - скорость звука в среде). Определение расстояния до трещины можно осуществить аппаратно, применяя стробирование принятого сигнала с известным временем задержки.

В НИИ измерительных систем им. Ю.Е. Седакова ведется разработка промышленного образца локатора микротрещин, основанного на эффектах нелинейной акустики. Результаты теоретических работ академических институтов и совместные испытания макета локатора в НИИИС и ИПФ РАН подтверждают возможность обнаружения реальных трещин (микротрещин, колоний трещин) на фоне других типов дефектов на расстояниях до 2 метров и более. Работы по возбуждению высокочастотной ультразвуковой волны в трубах из нержавеющей стали малого диаметра (до 8 мм), подтверждают возможность обнаружения дефектов на расстоянии до двух метров как при локации  на «отражение», так и при локации на «просвет». Используя существующие методы возбуждения низкочастотных изгибных колебаний в стержнях, можно осуществлять модуляцию трещин. Результаты данных работ можно использовать для разработки технических средств по обнаружению трещин в трубах парогенераторов, импульсных трубках системы контроля технологических параметров трубопроводов первого и второго контуров ядерных энергетических установок.  Результаты работы [3]: использование непрерывных ультразвуковых волн диапазона сотен килогерц, определение изменения их параметров (амплитуды, фазы) при низкочастотной вибрации, после механического удара, — показывают возможность создания аппаратуры интегральной диагностики трещин и изменения структуры металла в многоэлементных, сложных металлоконструкциях ядерных энергетических установок.

Литература

1.        Киселев В.К., Самохвалов Р.В., Возможности применения новых методов неразрушающего контроля при техническом обслуживании оборудования и трубопроводов АЭС. // Сборник докладов 2-й международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», - М.: ВНИИАЭС. 2001. ч. 2. – с. 113 – 119.

2.        Казаков В.В., Екимов А.Э., Сутин А.М., Диденкулов И.Н. Нелинейный акустический метод импульсной локации трещин / Нелинейная акустика твердого тела. Сб.трудов 8-ой сессии РАО. Под ред. В.И.Ерофеева, - Н. Новгород: Интелсервис. 1998.
с.247-250.

3.        Казаков В.В., Сутин А.М. Ультразвуковой прибор для нелинейной акустической диагностики / Акустические измерения и стандартизация. Ультразвук и ультразвуковые технологии. Атмосферная акустика. Акустика океана. Сб. трудов 15-ой сессии РАО, - Н. Новгород: ПК ГЕОС. 2004. т.2. – с. 78 – 81.