|
DOI: 10.14489/td.2026.11.pp.072-078
Могильнер Л. Ю., Сысоев А. А., Жуков А. Д.
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕГРАДАЦИИ МЕТАЛЛА НА СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭХОИМПУЛЬСОВ
(c. 77-78)
Аннотация. Представлены результаты экспериментального исследования возможности оценки деградации стали 15Х1М1Ф при термическом старении по результатам анализа спектрального состава ультразвуковых эхосигналов. Актуальность работы обусловлена необходимостью продления срока эксплуатации энергетического оборудования тепловых и атомных станций до 60 лет и более при отсутствии полноценных данных об изменении свойств металла в таких условиях. Образцы стали подвергались изотермической выдержке при температурах 600, 625, 650 и 700 °C в течение 1000 и 3000 ч. Для каждого режима с использованием прямых совмещенных пьезопреобразователей получены амплитудно-частотные характеристики серии донных импульсов. Установлено, что по мере увеличения температуры и длительности старения возможно прогрессирующее падение амплитуды и снижение частоты максимума. Металлографический анализ подтвердил корреляцию спектральных изменений со структурной деградацией. Определено количество донных сигналов, которые целесообразно использовать для анализа. Показано, что спектральный ультразвуковой метод позволяет надежно выявлять структурные изменения металла при термическом старении и может использоваться для неразрушающего контроля остаточного ресурса энергетического оборудования, работающего при высоких температурах.
Ключевые слова: термическое старение, спектральный ультразвуковой метод, донные сигналы, амплитудно-частотная характеристика, деградация микроструктуры, неразрушающий контроль.
Mogilner L. Yu., Sysoev А. А., Zhukov A. D.
INFLUENCE OF HIGH-TEMPERATURE METAL DEGRADATION ON THE SPECTRAL COMPOSITION OF ULTRASONIC ECHO PULSES
(pp. 77-78)
Abstract. The results of an experimental study on the possibility of assessing degradation of 15Kh1M1F steel during thermal aging by analyzing the spectral composition of ultrasonic echo signals are presented. The relevance of the work is due to the need to extend the service life of power equipment at thermal and nuclear power plants to 60 years or more in the absence of comprehensive data on changes in metal properties under such conditions. Steel samples were subjected to isothermal holding at temperatures of 600, 625, 650 and 700 °C for 1.000 and 3.000 hours. For each regime, using direct combined piezoelectric transducers, the amplitude-frequency characteristics of a series of bottom echoes were obtained. It was found that with increasing temperature and aging duration, a progressive decrease in amplitude and a downward shift of the frequency maximum occur. Metallographic analysis confirmed the correlation between the spectral changes and structural degradation. The number of bottom echoes suitable for analysis was determined. It is shown that the spectral ultrasonic method can reliably detect structural changes in metal during thermal aging and can be used for non-destructive testing of the residual life of power equipment operating at high temperatures.
Keywords: thermal aging, spectral ultrasonic method, bottom echoes, amplitude-frequency characteristic, microstructure degradation, nondestructive testing.
Л. Ю. Могильнер (ФГАОУВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. А. Сысоев, А. Д. Жуков (АО «НПО «ЦНИИТМАШ», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
L. Yu. Mogilner (Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. А. Sysoev, A. D. Zhukov (JSC RPA “СNIITMASH”, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций: учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1982. 271 с.
2. Nykyforchyn H. M., Student O. Z., Markov A. D. Abnormal manifestation of the high-temperature degradation of the weld metal of a low-alloy steel welded joint // Materials Science. 2007. Vol. 43, No. 1. P. 77 − 84.
3. Libing Zhang, Guoqiang Li, Hao Chen, et al. Microstructural evolution and embrittlement mechanisms of service-exposed 20Cr1Mo1VTiB bolt steel under long-term high-temperature conditions // Journal of Materials Science & Technology. 2026. No. 269. P. 211 − 224.
4. Ушаков В. М., Данилов В. Н., Сысоев А. А. Исследование структуры металла при неразрушающих испытаниях ультразвуковым спектральным методом // Тяжелое машиностроение. 2022. № 9. С. 2 − 8.
5. Balakhovskaya M. B., Khusainova N. A., Kaminskaya E.I., et al. Structure and properties of deformed 15Kh1M1F steel after long aging. // Met. Sci. Heat. Treat. 1985. No. 27. P. 855 – 858.
6. Expanded Materials Degradation Assessment: 5 vol. / Uniter States Nuclear Regulatory Commission. N. Y., 2014.
7. Управление старением и разработка программы для продленной эксплуатации атомных электростанций. Специальное руководство по безопасности № SSG-48 / Международное агентство по атомной энергии. Вена, 2023. 98 с. (Нормы безопасности МАГАТЭ для защиты людей и охраны окружающей среды).
8. Сысоев А. А., Жуков А. Д. Современные подходы к прогнозированию и контролю термического старения материалов трубопроводов АЭС // Команда-2025: сб. тезисов, Санкт-Петербург, 3 – 6 сент. 2025 г. М.: ИД «Недра», 2025. С. 113 − 114.
9. Ушаков В. М., Данилов В. Н. Исследование структуры металла неразрушающим ультразвуковым методом // Контроль. Диагностика. 2022. Т. 25, № 7(289). С. 4 − 13.
10. Гребенников В. В., Гурвич А. К., Григорьев М. В. Многочастотный способ ультразвукового контроля аустенитных сварных швов // Дефектоскопия. 1974. № 1. С. 81.
11. Вопилкин А. Х., Ермолов И. Н., Стасеев В. Г. Экспериментальное исследование ультразвукового спектрального метода определения характера дефектов // Дефектоскопия. 1978. № 1. С. 40 − 53.
12. Стасеев В. Г., Ермолов И. Н. Разработка принципов автоматической классификации дефектов ультразвуковым спектральным методом // Дефектоскопия. 1978. № 7. С. 56 − 67.
13. Крауткремер Й., Крауткремер Г. Ультразвуковой контроль материалов: справочник: пер. с нем. М.: Металлургия, 1991. 752 с. URL: https://ieeexplore.ieee.org/author/37269585900. (Дата обращения 01.12.2025)
14. Могильнер Л. Ю., Сысоев А. А. Влияние шероховатости поверхностей изделия на спектральные характеристики донных сигналов // Дефектоскопия. 2025. № 9. С. 16 – 25.
15. СТО 70238424.27.100.005−2008. Основные элементы котлов, турбин и трубопроводов ТЭС. Контроль состояния металла. Нормы и требования. М., 142 с.
1. Nikolaev, G. A., Kurkin, S. A., & Vinokurov, V. A. (1982). Welded structures. Strength of welded joints and deformation of structures: Textbook for universities. Vysshaya shkola. [in Russian language].
2. Nykyforchyn, H. M., Student, O. Z., & Markov, A. D. (2007). Abnormal manifestation of the high-temperature degradation of the weld metal of a low-alloy steel welded joint. Materials Science, 43(1), 77–84.
3. Zhang, L., Li, G., Chen, H., et al. (2026). Microstructural evolution and embrittlement mechanisms of service-exposed 20Cr1Mo1VTiB bolt steel under long-term high-temperature conditions. Journal of Materials Science & Technology, (269), 211–224.
4. Ushakov, V. M., Danilov, V. N., & Sysoev, A. A. (2022). Study of metal structure in non-destructive testing by the ultrasonic spectral method. Tyazheloe mashinostroenie, (9), 2–8. [in Russian language].
5. Balakhovskaya, M. B., Khusainova, N. A., Kaminskaya, E. I., et al. (1985). Structure and properties of deformed 15Kh1M1F steel after long aging. Metal Science and Heat Treatment, (27), 855–858.
6. United States Nuclear Regulatory Commission. (2014). Expanded materials degradation assessment (5 vols.). New York.
7. International Atomic Energy Agency. (2023). Ageing management and development of a programme for long term operation of nuclear power plants (Specific Safety Guide No. SSG-48). IAEA. [in Russian language].
8. Sysoev, A. A., & Zhukov, A. D. (2025, September 3–6). Modern approaches to predicting and monitoring thermal aging of NPP pipeline materials. In Komanda-2025: Collection of abstracts (pp. 113–114). ID “Nedra”. [in Russian language].
9. Ushakov, V. M., & Danilov, V. N. (2022). Study of metal structure by non-destructive ultrasonic method. Kontrol'. Diagnostika, 25(7), 4–13. [in Russian language].
10. Grebennikov, V. V., Gurvich, A. K., & Grigoriev, M. V. (1974). Multi-frequency method for ultrasonic testing of austenitic welds. Defektoskopiya, (1), 81. [in Russian language].
11. Vopilkin, A. Kh., Ermolov, I. N., & Staseev, V. G. (1978). Experimental study of the ultrasonic spectral method for determining the nature of defects. Defektoskopiya, (1), 40–53. [in Russian language].
12. Staseev, V. G., & Ermolov, I. N. (1978). Development of principles of automatic classification of defects by the ultrasonic spectral method. Defektoskopiya, (7), 56–67. [in Russian language].
13. Krautkrämer, J., & Krautkrämer, H. (1991). Ultrasonic testing of materials: Handbook. Metallurgiya. [in Russian language]. https://ieeexplore.ieee.org/author/37269585900
14. Mogilner, L. Yu., & Sysoev, A. A. (2025). Influence of product surface roughness on the spectral characteristics of bottom signals. Defektoskopiya, (9), 16–25. [in Russian language].
15. STO 70238424.27.100.005−2008: Main elements of boilers, turbines and pipelines of thermal power plants. Metal condition monitoring. Norms and requirements. (n.d.). Moscow. [in Russian language].
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»