Апробація та аналіз результатів експериментальних досліджень удосконаленого методу контролю фізико-механічних характеристик сталей

Abstract

Більшість обладнання нафтогазового комплексу в процесі експлуатації зазнає впливу циклічно-змінних, механічних, теплових навантажень і корозійно-активних середовищ. Ці впливи викликають зміну структурного стану металу, що призводить до прискореного розвитку дефектів (особливо в місцях з концентраторами напружень), і подальшого руйнування конструкції. Існуючі в даний час ультразвукові, електромагнітні та вихрострумові методи неруйнівного контролю здебільшого спрямовані на вирішення задач виявлення дефектів, що вже утворилися. Однак важливіше вчасно виявити процес накопичення пошкодженості в металі на початковому етапі шляхом визначення змін структурного стану металу. В статті запропонована методологія досліджень структурних змін сталі в процесі експлуатації та визначення їх впливу на механічні характеристики. Обґрунтовано вибір оптимального показника, що характеризує зображення акустичних структурних шумів матеріалу, отриманих за допомогою ультразвукового дефектоскопу у комплекті з п’єзоперетворювачами з фазованими ґратками. Проведено лабораторні вимірювання комплексу фізико-механічних параметрів досліджуваних зразків та проаналізовано отримані результати. Розглянуто сучасні методи визначення механічних характеристик сталей та запропоновано шляхи їх оптимізації. Здійснено регресійно-кореляційний аналіз результатів експериментальних досліджень та отримано рівняння залежності між сукупністю параметрів неруйнівного контролю та механічними характеристиками сталей. Для перевірки адекватності запропонованої моделі та для встановлення можливості контролю насосно-компресорних труб (НКТ) на виготовлених з них зразках проведено серію експериментальних досліджень, в результаті яких підтверджено достовірність отриманої розрахункової моделі визначення механічних характеристик сталей за допомогою двох інформативних параметрів, а саме, твердості та інтегральної густини зображень акустичних структурних шумів.

Большая часть оборудования нефтегазового комплекса в процессе эксплуатации подвергается воздействию циклично-переменных, механических и тепловых нагрузок, а также влиянию коррозионно-активных сред. Эти воздействия вызывают изменение структурного состояния металла, что способствует ускоренному развитию дефектов (особенно в местах с концентраторами напряжений) с последующим разрушением конструкции. Существующие в настоящее время ультразвуковые, электромагнитные и вихретоковые методы неразрушающего контроля в основном решают задачи поиска уже образовавшихся дефектов. Однако гораздо важнее обнаружить на начальном этапе накопления повреждений в металле путем определения изменений структурного состояния металла. Предлагается методология исследования структурных изменений стали в процессе эксплуатации и определения их влияния на механические характеристики. Обоснован выбор оптимального показателя, характеризующего изображения акустических структурных шумов материала, полученных с помощью ультразвукового дефектоскопа, укомплектованного пьезопреобразователями с фазированными решетками. Проведены лабораторные измерения физико-механических параметров исследуемых образцов и проанализированы полученные результаты. Рассмотрены современные методы определения механических характеристик сталей и предложен путь их оптимизации. По результатам регрессионно-корреляционного анализа данных экспериментальных исследований получено уравнение зависимости между совокупностью параметров неразрушающего контроля и механическими характеристиками сталей. Для проверки адекватности предложенной модели и для установления возможности контроля насосно-компрессорных труб (НКТ) на изготовленных из них образцах проведена серия еспериментальних исследований, в результате которых подтверждена достоверность полученной расчетной модели определения механических характеристик сталей с помощью двух информативных параметров, а именно, твердости и интегральной плотности изображений акустических структурных шумов.

Most of the oil and gas equipment complex is subjected to cyclic-variable, mechanical, thermal loads and corrosive-active environment. These effects causing a change in the structural statr of the metal contribute to the accelerated development of defects, especially in places with stress concentrators, which ultimately lead to the constructions destruction. Available ultrasonic, electromagnetic, and eddy-current non-destructive testing methods are currently aimed at solving defect detection problems. However, it is more important to timely identify the initial stage of the process of damage accumulation in a metal by determining changes in the structural state of the metal. The article proposes a methodology for studies of steel structural changes arising in the process of exploitation and their impact on mechanical characteristics. A reasonable choice of the optimal indicator characterizing the image of the acoustic structural noise of the material obtained by applying ultrasonic flaw detector in a complete set with piezoelectric converters with a phased array is substantiated. The complex of physical and mechanical parameters of the investigated samples are measured and the results obtained were analyzed. The modern methods of determination of mechanical characteristics of steels are considered, their deficiencies are determined and the methods of their optimization are proposed. The regression-correlation analysis of the experimental studies results was carried out, which resulted in the equation of dependence between a set of non-destructive control parameters and mechanical characteristics of steels was obtained. In order to verify the adequacy of the proposed model and to establish the possibility of controlling the casing and tubing on the samples made, series of experimental studies were carried out, which confirmed the reliability of the resulting calculation model for determining the mechanical characteristics of the steels by using two informative parameters, namely hardness and integral density of images of acoustic structural noise.