Badania ultradźwiękowe procesu degradacji stali eksploatowanych w energetyce

• Autorzy: Mackiewicz S. , Szelążek J. , Gutkiewicz P.

Warianty tytułu

EN

Ultrasonic testing of degradation process of steels used in power engineering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Omówiono obecny stan różnych metod ultradźwiękowych służących do oceny stopnia degradacji stali w wyniku pełzania. Opisane są klasyczne badania oparte o korelację zmian prędkości propagacji fal i współczynnika tłumienia fal ze stopniem uszkodzenia materiału. Przedstawione są również nowe metody ultradźwiękowe. Są to badania zjawisk nieliniowych, czyli pomiary współczynnika nieliniowości i stałej elastoakustycznej. Pierwsza technika wykorzystuje pomiar amplitud wyższych harmonicznych generowanych w czasie propagacji fali w ośrodku nieliniowym. Druga to pomiary efektu elastoakustycznego, czyli zależności prędkości fal od naprężenia. Dokładniej opisane są badania zmian dwójłomności akustycznej wywołane powstawaniem ukierunkowanych mikropustek w materiale w końcowym stadium pełzania. Przedstawione są wyniki badań dwójłomności wykonane na próbkach poddanych przyspieszonemu pełzaniu i na wycinku grubościennego kolanka uszkodzonego wskutek pełzania. Na zakończenie opisana jest ultradźwiękowa metoda monitorowania zmian obwodu rury grubościennej pracującej w warunkach pełzania. Omówione są praktyczne aspekty wykorzystania opisanych metod w warunkach przemysłowych. Metoda pomiaru dwójłomności akustycznej i technika monitorowania zmian obwodu rury, w pełni nieniszczące, niewymagające stosowania kosztownej aparatury ani specjalnych przygotowań obiektu przed badaniem, wydają się być kandydatami mogącymi znaleźć praktyczne zastosowania.

EN

Discussed is the current state of various ultrasonic methods serving evaluation of steel degradation due to creep. Described are classical investigations based on correlation of changes in waves propagation velocity and the factor of attenuation of ultrasonic waves with the degree of material degradation. Presented are also new ultrasonic methods like investigations of nonlinear phenomena i.e. measurements of a nonlinear factor and an elasto-acoustic constant. The first one is based on the measurement of high-harmonic amplitudes generated during ultrasonic pulse propagation in a nonlinear solid. The second is based on measurements of elasto-acoustic effect i.e. the relation between ultrasonic pulse velocity and stress applied to the sample. More precisely described are investigations of acoustic birefringence caused by origination of oriented voids in solids during the last creep stage. Presented are results of birefringence investigations carried out on samples subjected to accelerated creep and on a sector of a thick wall pipe elbow damaged due to creep. Described is also an ultrasonic monitoring method of cicumference changes of a thick wall pipe working in creep conditions. Discussed are practical aspects of described methods application in industrial conditions. Acoustic birefringence measurement method and the technology of pipe circumference changes monitoring are completely nondestructive and demanding neither the use of expensive measuring equipment nor special preparations of the tested object and seem to be perfect candidates for practical application.

Słowa kluczowe

PL

stale używane w energetyce; degradacja stali; badania ultradźwiękowe

EN

steels used in power engineering; steel degradation; ultrasonic testing

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 10
• Strony: 736--744
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Mackiewicz S.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

autor

Szelążek J.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

autor

Gutkiewicz P.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

Bibliografia

• [1] Hsu A., Clapham L.C., and Atherton D. L., Magnetic Barkhausen noise measurements on magnetised pipeline steel, Insight Vol. 45, No 5, May 2003.
• [2] Augustyniak B., Wykorzystanie efektów magnetosprężystych dla diagnozowania procesu degradacji stali. Materiały Konferencyjne "Badania mechanicznych własności materiałów i konstrukcji", LAPROMAT & CDSC, Warszawa 2003.
• [3] Deputat J., Postępy nieniszczących badań stopnia degradacji materiałów, Dozór Techniczny 2001, nr 2(194).
• [4] Dobrzański J., Internal damage processes in low alloy chromium-molybdenum steels during high-temperature creep service, Journal of Materials Processing Technology 2004, 157-158, 297-303.
• [5] Dobrzański J., The classification method and the technical condition evaluation of the critical elements material of power boilers in creep service made from the 12Cr-1Mo-V, Journal of Materials Processing Technology 2005, 164-165, 785-794.
• [6] Sposito G., Ward C., Cawley P., Nagy P.B., Scruby C., A review of nondestructive techniques for the detection of creep damage in power plant steels, NDT&E International 2010, doi:10.1016/j.ndteint.2010.05.012.
• [7] Papadakis E.P., Ultrasonic Attenuation and Velocity In Three Transformation Products., Journal of Applied Physics 1964, Vol. 35, No 5.
• [8] Stefanowicz J., Metodyka diagnostyczna WIT, WIT-Biuletyn, Poznań, styczeń 1995, nr 1(3), rok II, ZBM WITEX S.A.
• [9] Hatanaka H., Ido N., Takuya I., Uemichi R., Tagami M., Nakagawa H., Journal of Pressure Vessel Technology 2007, 129, 713-8.
• [10] Dobmann G., Kroning M., Theiner W., Willems H., Fiedler U., Nondestructive characterization of materials (ultrasonic and micromagnetic techniques) for strength and toughness prediction and the detection of early creep damage, Nuclear Engineering and Design 1992, 157, 137-158.
• [11] Dobmann G., Meyendorf N., Shneider E., Nondestructive characterization of materials. A growing demand for describing damage and servise-life-relevant aging processes in plant components., Nuclear Engineering and Design 1997, 171, 95-112.
• [12] AMES-NDT WORKSHOP, Ageing Materials Evaluation and Studies by Nondestructive Techniques, L. Debarberis, B. Acosta, G. Weimann (Eds.), Salzburg, 22-24 September 1999.
• [13] Choi, Y. H., Kim, H. M., Jhang, K. Y and Park, I. K., Application of Nonlinear Acoustic Effect for Evaluation of Degradation of 2.25Cr-1Mo Steel, Journal of KSNT 2002, Vol. 22, No. 2, pp. 170-176.
• [14] Hyghes D.S., Kelly J.L.; Second-Order Elastic Deformation of Solids., Phys. Rev. 1953, 92, p.1145.
• [15] Mackiewicz S., Kowalewski Z.L., Szelążek J., Deputat J., Badania mechaniczne i ultradźwiękowe stanu uszkodzenia materiałów wskutek procesu pełzania, Przegląd Mechaniczny 2005, nr 7-8, s. 15-24.
• [16] Kowalewski Z.L., Szelążek J., Mackiewicz S., Deputat J., Eksperymentalne sposoby oceny uszkodzenia stali energetycznych wskutek pełzania, Materiały VII Sympozjum "Diagnostyka i remonty długo eksploatowanych urządzeń energetycznych", Ustroń 2005.
• [17] Gutkiewicz P., Grzywna P., Szelążek J., Ultradźwiękowa metoda pomiaru zmian średnicy rury grubościennej, Materiały XVII Seminarium. Nieniszczące badania materiałów", Zakopane, 8 - 11 marca 2011, s. 113-124.