ИН-5101А - ультразвуковой прибор для измерения механических напряжений

in 5101a normНазначение

Измерение одно – и двухосных механических напряжений первого рода, возникающих в элементах конструкций при нагружении (магистральные трубопроводы, агрегаты АЭС, сосуды под давлением, несущие строительные конструкции и т.п.).
В приборе ИН-5101А реализована новейшая технология измерения механических напряжений, основанная на применении эффекта акустоупругости (смотреть).
Принцип действия прибора основан на генерации ультразвуковых зондирующих импульсов и регистрации параметров отраженных упругих волн, возбуждаемых в материале контролируемого объекта.
Связь между измеренными характеристиками отраженных сигналов с одно- и двухосными механическими напряжениями, возникающими в конструкционных материалах под воздействием внешних нагрузок, устанавливается с помощью методики вычислений, реализованной в виде программного модуля «АРМИД® - Контроль напряженного состояния». Прибор дает усредненные по толщине прозвучивания значения механических напряжений в точке измерения.

Область применения ИН-5101А

  1. Измерение напряжений, возникающих при изготовлении, монтаже и эксплуатации крупногабаритных изделий и конструкций, в том числе:
  2. акустическая тензометрия двухосных напряжений при гидравлических и других испытаниях закрытых емкостей;
  3. оперативная оценка изменения напряженного состояния многосекционных конструкций, трубопроводных систем при монтажных и сварочных работах;
  4. измерение двухосных напряжений, действующих в ответственных узлах и элементах конструкций, для их своевременного ремонта или замены;
  5. определение величин опасных остаточных напряжений в конструкциях, длительно эксплуатируемых в условиях высоких нагрузок и неблагоприятных внутренних и внешних воздействий;
  6. выявление мест возможного разрушения напряженных элементов конструкций из-за превышения действующими напряжениями допустимых величин;
  7. измерение остаточных технологических напряжений.
  8. Измерение величин двухосных напряжений в контрольных точках крупногабаритных конструкций для экспериментальной проверки расчетов НДС методом конечных элементов:
  9. количественная оценка изменения напряженного состояния длительно эксплуатируемых объектов при проведении плановых обследований для оценки их остаточного ресурса;
  10. определение величин эквивалентных напряжений в точках контроля для проверки прочностных расчетов многосекционных конструкций;
  11. измерение двухосных напряжений, возникающих в деталях и узлах новых конструкций при их монтаже и строительстве, для проверки соответствия НДС объекта проектному.
  12. Дополнительные задачи, решаемые прибором при его использовании:
  13. прецизионная толщинометрия элементов конструкций с помощью продольных и сдвиговых волн;
  14. проверка работоспособности ультразвуковых толщиномеров и дефектоскопов (указанная возможность основана на высокой точности измерения временных интервалов прибором ИН-5101А);
  15. определение величины собственной акустической анизотропии материала, связанной с технологией его изготовления и влияющей на анизотропию его механических и прочностных характеристик;
  16. контроль качества листового проката и труб (неоднородность структуры и механических свойств материала, наличие внутренних дефектов);
  17. выявление несплошности, трещиноватости, расслоения материала в области контроля;
  18. обнаружение структурных изменений и пластической деформации материала за время между ультразвуковыми измерениями.

Отличительные особенности ИН-5101А

  • Определение по знаку и величине двухосных напряжений в конструкционных материалах.
  • Методики выполнения измерений на трубопроводах; в конструкционных элементах магистральных трубопроводов; элементах оборудования АЭС, патрубках механотехнологического нефтяного оборудования, внесены в Федеральный реестр МВИ.
  • Возможность "привязки" к определенной точке профиля импульса при измерении временных интервалов.
  • Высокая точность измерения временных интервалов (погрешность прибора не более 0,2 нс на временной базе до 300 мкс, погрешность с учетом установки датчиков- не более 5 нс).
  • Возможность установки коэффициента усиления для каждого канала и для каждого эхо-импульса.
  • Безопасность в эксплуатации по сравнению с приборами, основанными на других физических принципах (например, рентгеновскими).
  • Оригинальная конструкция трехкомпонентного пьзопреобразователя (ПЭП) (3 совмещенных ПЭП в одном корпусе: один - продольных волн, два - сдвиговых волн взаимно перпендикулярной поляризации).
  • Взрывозащищенное исполнение

Контролируемые объекты:

Тонкостенные полые металлоконструкции (сосуды под давлением, трубопроводы и резервуары и т.п.) при растяжении, сжатии и изгибе;
Металлоконструкции в условиях растяжения-сжатия;
Листовой прокат (контроль остаточных напряжений и структуры).

Прибор выпускается в трех исполнениях:

  • 00 – стандартное исполнение;
  • 01 – исполнение с расширенным диапазоном установки длительности зондирующего импульса;
  • 02 – взрывозащищенное исполнение с расширенным диапазоном установки длительности зондирующего импульса.

Прибор ИН-5101А (исполнение 02) имеет маркировку взрывозащиты 2ExnАIIT4 Х в соответствии с ГОСТ Р 52350.0, ГОСТ Р 52350.15 и может устанавливаться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок.

Технические характеристики измерителя механических напряжений ИН-5101А

Диапазон измерения механических напряжений для конструкционных сталей со значением от 300 до 600 МПа от -0,8 до +0,8 ( - предел текучести материала)
Допускаемая приведенная погрешность прибора при измерении механических напряжений, % ±10
Контролируемое оборудование магистральные трубопроводы, агрегаты АЭС, сосуды под давлением, несущие строительные конструкции и т.п.
Диаметр, мм от 300
Толщина контролируемого материала*, мм 5 – 150
Материалы ** -стали 09Г1ФБ, Х70, 09Г2С, 17Г1С/17ГС, 22К, Ст3, нержавеющая сталь (оценка);
-дюралюминий Д16, Д16Т, Д16ATV (или аналогичные);
-алюминиевые сплавы АМг, В95, 1420 (или аналогичные);
-титановые сплавы ВТ9, ВТ23 (или аналогичные).
Режимы измерения 1. "Акустическая тензометрия" - контроль динамики изменения механических напряжений относительно начального состояния. Режим обеспечивает контроль и регистрацию динамики изменений механических напряжений в процессе эксплуатации или при испытании объектов. Датчики на объекте могут быть установлены как постоянно в течение всего периода контроля, так и временно - только на момент измерения.
2. "Разностная акустическая тензометрия" - измерение механических напряжений, возникающих в точке контроля в результате технологических воздействий, с использованием "условно-нулевой" точки. Измеряемые механические напряжения соответствуют разности напряжений, действующих в точке контроля и "условно-нулевой точке".
3. "Безнулевая акустическая тензометрия" - определение абсолютных значений напряжений. Режим реализуется с использованием акустических характеристик материалов, хранящихся в базе данных прибора ИН-5101А или получаемых пользователем на образцах.
Датчик пьезоэлектрический совмещенный преобразователь 3 компонентный для возбуждения двух сдвиговых и продольной волн
Диапазон измерения временных интервалов (задержек отраженного сигнала между первым и вторым отраженными импульсами) прибора, мкс от 1,6 до 16
Диапазон установки длительности зондирующего импульса, нс
для исполнения 00
для исполнения 01
80 – 320
90 – 650
Абсолютное значение задаваемой амплитуды зондирующего импульса, В, не менее 12
Питание прибора осуществляется от внутренних аккумуляторных батарей (5 шт. типа АА по 1,2 В), напряжением, В от 5,5 до 7,0
Время непрерывной работы прибора при питании от аккумуляторных батарей, часов, не менее 3,0
Диапазон рабочих температур первичных преобразователей, оС -10... + 55
Взрывозащита маркировка 2ExnАIIT4Х
Габаритные размеры, мм, не более 410х390х200
Масса, кг 6,5

* - применение на материалах большей толщины требует экспериментальной проверки.

** - по мере накопления базы данных номенклатура обследуемых объектов будет расширяться/