ТехЛиб СПБ УВТ

Известно, что с течением времени риск внезапного отказа оборудования после длительной его эксплуатации существенно возрастает. К числу основных факторов разрушения можно отнести накопление повреждений в локальных зонах концентрации пластических деформаций, что может приводить к интенсивному образованию трещиноподобных дефектов. Причинами таких дефектов являются пластические деформации, развивающиеся в зонах перенапряжений из-за многоцикловых эксплуатационных статических нагрузок [1]. Таким образом, в процессе эксплуатации более вероятны местные или локализованные повреждения, а не повальное ухудшение свойств материала по всей металлоконструкции. Это в полной мере касается металлоконструкций грузоподъёмных механизмов (ГПМ). При этом опыт диагностирования ГПМ показывает, что традиционно применяемых сегодня методов неразрушающего контроля явно недостаточно для достоверной и полной оценки их технического состояния.

Изменение материала в зонах концентраций напряжений наиболее надежно контролируется методом АЭ [2]. Опасность дефекта при этом характеризуется не его размером, а скоростью накопления повреждений. Поэтому задачи технического диагностирования ГПМ – поиск дефектов и прогнозирование времени сохранения работоспособного состояния, т.е. оценка остаточного ресурса, – решаются совместно. На основе конкретных практических результатов показано, что основной метод, который может быть положен в основу их решения, является метод акустической эмиссии. В статье представлен опыт проведенного специалистами компании «ИНТЕРЮНИС» технического диагностирования промышленных грузоподъемных механизмов: козлового и мостового кранов с применением акустико-эмиссионного метода контроля.

АЭ контроль ГПМ осуществлялся в соответствии с требованиями действующих ПБ 03-593-03 [3] РД 22-28-36-01 [5], т.е. конструкция ступенчато нагружалась подъёмом груза до уровня, превышающем на 15% допустимую рабочую нагрузку. Целью проведения АЭ контроля являлось выявление развивающихся и склонных к развитию дефектов, проявляющихся в процессе изменения нагрузки, определение их местоположения и оценка их опасности. Для проведения АЭ контроля использовалась цифровая АЭ система «A-Line32D» производства ООО «ИНТЕРЮНИС» с преобразователями акустической эмиссии (ПАЭ) типа GT-200. ПАЭ устанавливались на зачищенную до металлического блеска поверхность объекта контроля через контактную смазку и крепились магнитными держателями.

АЭ-контроль конструкций козлового крана

Повреждения при эксплуатации козлового крана типа ККС-10 чаще всего возникают в металлоконструкциях ферм вертикальных опор, каждая из которых состоит из двух ферм, крепящихся друг другу посредством болтовых соединений. Схемы локации источников АЭ выбиралась из необходимости минимизации влияния ложных сигналов, возникающих на узловых соединениях опор, рисунок 1. В ходе диагностирования обеспечивался 100% АЭ контроль основного металла и сварных соединений конструкции. Для увеличения достоверности результатов акустической эмиссии использовались комбинированные схемы локации. Значительным фактором, снижающим эффективность АЭ контроля, являются шумы. С целью минимизации помех АЭ диагностика проводилась на неподвижном кране вдали от источников механических шумов. Для повышения соотношения сигнал шум и выделения полезного сигнала применялись различные аппаратурные методы устранения помех, реализованные в системе A-Line, к которым в частности относятся узкополосная фильтрация входного сигнала, метод когерентных замеров, а также аппаратурные методы фильтрации в режиме постобработки [4]. Оценка зарегистрированных источников АЭ проводилась по критериям, изложенным в [3], в соответствии с которыми зарегистрированные источники АЭ разделяли на 4 класса опасности.

Рис.1. Схема расстановки ПАЭи расположения областей источников АЭ при проведении диагностирования методом акустической эмиссии опор козлового крана ККС-10

По результатам проведения АЭ контроля металлоконструкции вертикальных опор козлового крана обнаружены источники АЭ 1-го и 2-го класса опасности, соответствующие неразвивающимся и развивающимся дефектам (рис.1). Пассивные, неразвивающиеся источники АЭ первого класса опасности были обнаружены в областях болтовых соединений несущих ферм опор. Дальнейший анализ частотного спектра сигнала АЭ от данных источников показал неоднородный широкополосный характер спектра в регистрируемой рабочей полосе частот со смещением максимума в низкочастотную область. Это позволило сделать предположение о наличии сигналов, вызванных трением в месте соединения ферм. При проверке неразрушающими методами контроля мест расположения пассивных источников АЭ 1-го класса опасности, в основном металле и прилегающих сварных соединениях обнаружено не было. При контроле болтовых соединений обнаружена их плохая протяжка. После приведения в соответствие с техническими требованиями болтовых соединений и повторного АЭ контроля источников АЭ не зарегистрировано. Таким образом, применение метода АЭ позволяет качественно оценить состояние болтовых соединений несущих элементов козлового крана и точно определить местоположение по локационной картине.

Рис. 2. Область расположения источника АЭ 2-го класса опасности на сварных соединениях приварки раскосов

Источник АЭ 2-го класса опасности был обнаружен по характерной локационной диаграмме в одном из мест приварки раскосов к боковой ферме опоры. Частотные параметры источника АЭ соответствовали трещиноподобному дефекту со смещением максимума спектра в высокочастотную область. На рис. 2 представлен фрагмент опоры с обнаруженным источником АЭ 2-го класса опасности. Дополнительный дефектоскопический контроль (ДДК) основного металла и прилегающих сварных соединений на предмет выявления недопустимых дефектов в месте обнаруженного источника АЭ проводился с применением визуально-измерительного контроля, ультразвукового контроля, контроля проникающими веществами и магнитометрического контроля. По результатам ВИК обнаружен изгиб бокового раскоса металлоконструкции, что хорошо видно на рис. 2. При проведении магнитометрического контроля сварных соединений методом магнитной памяти металла в области расположения источника АЭ обнаружены зоны нескомпенсированных механических напряжений. Последние являются причиной зарождения и развития трещиноподобных дефектов, которые обычными физическими методами контроля (ВИК, УЗК, КПВ) могут быть не выявлены. Такой результат позволил специалистам сделать вывод о зарождающемся характере разрушения и необходимости последующего ремонта сварных соединений в области выявленного источника АЭ 2-го класса опасности.

Рис. 3. Схема расстановки ПАЭ и расположения областей источников АЭ при проведении диагностирования методом акустической эмиссии металлоконструкций мостового крана

АЭ-контроль мостового крана

Схема расстановки ПАЭ на металлоконструкции мостового крана показана на рисунке 3. Особенностью схемы является расположение ПАЭ в наиболее опасных местах с точки зрения развития усталостных разрушений: сварные соединения главных и концевых балок, а также буксовые узлы концевых балок. При этом, с применением линейной схемы локации, контролируется 100% металлоконструкций главных и концевых балок крана. Измерения акустико-эмиссионного сигнала проводились в низкочастотном диапазоне полосы частот фильтра. Выбор полосы частот был установлен экспериментально и обусловлен необходимостью устойчивой регистрации источников АЭ вдали от приёмного преобразователя. Нагружение объекта контроля проводилось в рабочих условиях в пределах 10-18.75 т. в соответствии с [5].

В результате проведения АЭ контроля в области сварного соединения главной балки №1 и концевой балки №2, а также в областях буксовых узлов обнаружены источники акустической эмиссии второго класса опасности, соответствующие развивающимся дефектам (рис. 3). В местах расположения источников АЭ для идентификации дефектов был проведен дополнительный дефектоскопический контроль методами ВиК, УЗК, ПВК и магнитометрии. При дополнительном дефектоскопическом контроле в месте обнаруженного источника АЭ №1 обнаружен незаваренный участок протяженностью 40 мм (отсутствует сварной шов, рис. 4). В указанной зоне обнаружен концентратор напряжения, который послужил причиной образования источника АЭ, соответствующего развивающемуся дефекту.

Рис. 4. Дефект №
1 в области соединения главной балки №1 и концевой балки №
2

В месте расположения источника АЭ №2 обнаружена трещина с выходом на поверхность протяженностью 130 мм (рис. 5), согласно [5,6]является недопустимой. При существующих сроках периодического обследования ГПМ своевременно выявлять такие дефекты возможно только при обнаружении их на ранних стадиях развития с последующим регулярным обследованием. Такого рода дефект был обнаружен в области источника №3.

Рис. 5. Результаты контроля проникающими веществами (КПВ) в области буксового узла, источник АЭ № 2

В месте обнаружения источника АЭ №3 (рис. 3) локальное обследование методами ВИК и УЗК результатов не дали. Однако с целью оценки и локализации источника АЭ был использован метод магнитной памяти металла (Рис.6). При этом обнаружены явные аномалии магнитного поля в области сварного соединения буксового узла. Это дало основание предположить наличие в указанной области нескомпенсированных механических напряжений, обуславливающих зарождение дефекта, которое традиционными методами контроля обнаружить крайне затруднительно. Сложность или невозможность локального контроля в таких местах ГПМ объясняется многими факторами, но, как правило, связана с ограниченными возможностями применяемых традиционных методов контроля. Поэтому было принято решение, с целью отслеживания динамики развития данного дефекта, провести дефектоскопический контроль через 1 год. На основании представленных результатов следует отметить, что регламентное проведение контроля ГПМ явно недостаточно для достоверной и полной оценки технического состояния объекта, особенно при определении его остаточного ресурса.

Рис. 6. Область расположения источника АЭ №
3 и зонной концентрации напряжения

Выводы

Опыт применения метода акустической эмиссии для диагностики технического состояния металлоконструкций подъёмных механизмов показал целесообразность и необходимость применения метода акустической эмиссии для оценки их технического состояния, обоснования необходимости проведения и объёма ремонтных мероприятий. Метод АЭ обеспечивает 100%-ный контроль всей металлоконструкции за один цикл измерений, а также позволяет оценивать состояние болтовых соединений. Применение метода АЭ позволяет регистрировать места, как развивающихся дефектов, так и потенциальных дефектов еще на стадии их зарождения, что дает возможность оценки накопления повреждений металлоконструкций и гарантирует достоверное выявление дефектов.

Список использованной литературы

1.Колмогоров В.Л., Мигачев Б.А., Бурудковский В.Г. Феноменологическая модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружения. – Екатеринбург: УрО РАН, 1994. – 104 с.

2. Грешников В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая эмиссия. М.: Изд. Стандартов, 1976, -272 с.

3. ПБ-03-593-03 Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. СПб.: Издательство ДЕАН, 2004. 64с.

4. Комплекс информационно-вычислительный дефектоскопический акустико-эмиссионный А-Line32D. Руководство пользователя. – М.: Интерюнис, 2000. – 18 с.

5. РД 22-28-36-01 Краны грузоподъемные. Типовые программы и методики испытаний

6. РД 22-322-02 Краны грузоподъемные. Технические условия на капитальный, полнокомплектный и капитально-восстановительный ремонты