NO323931B1 - Maling av tilstanden i stalstrukturer ved patrykk av en pulsformet elektrisk strom og analyse av spenningsfallet - Google Patents

Abstract

Framgangsmåte for å måle tilstandsparametre i ferromagnetiske stålstrukturer, for eksempel jernbaneskinner og borerør, for å oppdage mekaniske spenninger, skader og forringelse. På måleområdet blir det ved behov montert innretninger for magnetisering eller demagnetisering, f.eks. en elektromagnet. Det kobles til to eller flere punkter for innmating av en elektrisk strøm, og det påtrykkes en pulsformet elektrisk spenning over disse innmatingspunkter. På et andre par monterte kontaktpunkter måles det elektriske spenningsfallforløpet. Dette spenningsfallforløpet sammenlignes med et annet spenningsforløp målt under kjente målebetingelser eller sammenlignes med kalibreringsdata for objektet. Avvikene mellom disse analyseres så, for å fastlegge avvikenes relative og absolutte størrelser og ut fra dette bestemme tilstanden til strukturen. Anordningen er innrettet for å måle det transiente spenningsfallet med referanse til en eller flere av magnetiseringskurvene, og den omfatter algoritmer som kan analysere spenningsfallforløpet for å bestemme mekanisk spenning og/eller utmattingstilstand og/eller sprekker og/eller materialtap i metallet.

Description

Framgangsmåte for å måle forskjellige tilstandsparametre i elektrisk ledende materiale, særlig i ferromagnetiske stålstrukturer, samt en anordning for å gjennomføre denne framgangsmåten.

Oppfinnelsen omfatter en framgangsmåte som angitt i innledningen til patentkrav 1, for måling av tilstanden i elektrisk ledende materiale, særlig i en stålstruktur. Videre omfatter den en anordning for å gjennomføre en slik måling av tilstanden i en stålstruktur. Framgangsmåten kan tilpasses for å detektere mekaniske spenninger, utmatting, sprekker og materialsvinn f. eks ved korrosjon.

En framgangsmåte for å måle tilstand i stålstrukturer, hvor stålet påtrykkes pulsformet elektrisk strøm gjennom et par kontaktpunkter, er kjennetegnet ved at spenningsfall-tidsforløpene som derved oppstår mellom andre par av kontaktpunkter måles ved gjentatt sampling. Stålet der målingene gjøres kan både magnetiseres og avmagnetiseres ved hjelp av i og for seg kjente anordninger som benyttes for å magnetisere stålet til valgte steder på de initielle, anhysteresiske og hysteresiske magnetiseringskurver. Sammenligning av spenningsfall-tidsforløpene ved forskjellig magnetisering eller ved forskjellige tidspunkt og samme magnetisering gir muligheter for å bestemme tilstanden til stålstrukturen eller forandring i tilstanden. Forandring av noen typer tilstander av interesse kan også måles uten bruk av magnetiseringsanordninger, metoden kan i slike tilfeller også anvendes på alle typer elektrisk ledende materialer.

Bakgrunn

Store stålkonstruksjoner utsettes gjerne for varierende påkjenninger som forårsaker forringelse. Det er av stor sikkerhetsmessig betydning å inspisere og overvåke slike konstruksjoner med sikte på å oppdage tilstander som kan utvikle seg til alvorlige defekter. I dette inngår både mekaniske spenninger og korrosjon eller erosjon.

Mekaniske spenninger kan oppstå utilsiktet, både under bygging f. eks. i, eller i nærheten av, sveisefuger og under drift på grunn av uberegnelige forutsetninger. For å måle relative mekaniske spenninger benyttes ofte strekklapper eller andre anordninger for å registrere små dimensjonsendringer i stålet. Ved anvendelse av slike metoder måles endringer fra det tidspunkt anordningen ble montert. Når det gjelder absolutte mekaniske spenninger er det mer begrensede muligheter. Det er imidlertid kjent at måling og analyse av Barkhausen støy kan gi informasjon om mekaniske spenninger. (Rautioaho, R.H., and Karjalinen, L.P.: " Application of Barkhausen noise measurements to residual stress analysis in structural steels". Proe. Scandinavian Symposium in Materials Science, 20-21 June 1983, Oulu Finland, pp 179-185.)

Videre nevnes at mekaniske spenninger fører til endringer i magnetiske egenskaper og har vært forsøkt som grunnlag for å måle mekaniske spenninger i stål.

(Lugg M. C: " The effect of stress on the ACFM technique". Controller C HMSO, London 1987).

Fra norsk patentskrift nr. 150136 er det kjent en framgangsmåte som baserer seg på måling av det stasjonære spenningsfall potensialfall ved påtrykk av elektrisk strøm. Spenningsfallet måles mellom et antall kontaktpunkter både når konstruksjonen befinner seg i en fortrinnsvis kjent utgangstilstand og under bruk. De målte spenningsfallene sammenlignes med hverandre og danner grunnlag for å detektere endringer i konstruksjonens tilstand, først og fremst sprekker og materialsvinn. Den strømmen som påtrykkes er pulsformet. Etter hvert sprang i strømmen får det målte spenningsfallet et transient forløp, på grunn av skinneffekt, som i det nevnte patent blir betegnet som forstyrrelser, og metoden er basert på å måle den stasjonære spenningen etter at det transiente forløpet har dødd ut. Det foreligger således ifølge dette patentet en fordom mot å betrakte den transiente delen av spenningsfallforløpet som informativ hva angår mulige defekter/endringer i konstruksjonen. Ulempen er at for store rør med stor veggtykkelse er transienttiden så lang at det i praksis og av forskjellige grunner må målingene utføres før det transiente forløpet har dødd ut. Målingene blir således påvirket av endringer i de ferromagnetiske egenskaper forårsaket av endringer i stress i strukturer eller trykk i rør, og som anses som forstyrrelser ved måling av korrosjon eller sprekk.

Fra norsk patentskrift nr. 172868 er det kjent å måle mekaniske spenninger og utmattingstilstand i stål. Dette patentskriftet beskriver i hovedsak en metode som baserer seg på måling av det transiente spenningsforløpet ved påtrykk av elektrisk strøm. To slike transiente spenningsfallforløp måles mellom et antall kontaktpunkter for forskjellige tilstander til konstruksjonen. De målte transiente spenningsfallene sammenlignes med hverandre og danner grunnlag for beregning av den mekaniske spenningen eller utmattingstilstanden. Imidlertid er det ikke fastlagt i dette patentskriftet hvordan utmattingstilstander påvirker slike målinger. Videre tar ikke disse målingene hensyn til informasjon som ligger i det stasjonære spenningsforløpet, som bl.a. inneholder signifikant informasjon om utmattingstilstanden.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape en framgangsmåte for overvåking av stålstrukturer av forskjellig slag, som gjør det mulig å påvise på et tidligere tidspunkt enn ved kjente metoder, tilstander som kan føre til defekter.

En ønsker å kunne detektere forandringer i stålet på grunn av utmatting tidligst mulig og for eksempel detektere mikrosprekker i overflaten, som oppstår ved utmatting for derved å kunne tidligst mulig varsle graden av forringelse på grunn av utmatting.

Deteksjonsfølsomhet og kvantifisering av sprekkdannelser skal forbedres i forhold til kjente metoder, og også påliteligheten og nøyaktigheten for materialtapmålinger ønskes forbedret.

Oppfinnelsen

Framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Ytterligere trekk og detaljer ved oppfinnelsen er angitt i patentkrav 2-10.

Denne målemetoden kan benyttes for å detektere både mekaniske spenninger, utmatting, sprekker og materialsvinn f. eks. korrosjon i stål. I prinsippet kan materialsvinn og sprekker også måles i alle andre elektrisk ledende materialer.

Foreliggende oppfinnelse tar altså utgangspunkt i å hente informasjon også fra det transiente forløpet av spenningsfallet ved måling av korrosjon, erosjon eller sprekk. I løpet av spenningsfallforløpet, etter hvert sprang i den påtykte strømmen eksiteringsstrømmen, måles således spenningsfallet over et sett av kontaktpunkter ved gjentatt sampling slik at det dannes et bilde av hele det transiente forløpet i form av en rekke tallverdier som kan behandles videre i en datamaskin.

Ved å måle i hele spenningsfallforløpet også ved for eksempel sprekk deteksjon, kan en følge en utvikling fra utmattingstilstand som forløper til sprekkdannelse og derved oppdage sprekk på et mye tidligere tidspunkt bl.a. på grunn av at slike sprekker oftest starter som mikrosprekker i overflaten og metoden er på grunn av skinneffekten mest følsom i starten av det transiente spenningsforløpet. Metoden kan også tilpasses for slik måling på innsiden av et rør der det er tilgang til å føre en måleenhet inn i røret.

Det transiente tidsforløpet av spenningsfallet inneholder informasjon om stålets elektriske og magnetiske egenskaper. Når det transiente forløpet etter en tid har dødd helt ut og spenningsfallet er stasjonært er nivået på spenningsfallet gitt av stålets elektriske motstand, som i sin tur påvirkes av sprekker og materialsvinn. Den første delen av det transiente forløpet er, som allerede antydet, i hovedsak knyttet til stålets magnetiske egenskaper, og som i sin tur påvirkes av mekaniske spenninger. Nedenfor antydes i noen punkter hvordan magnetiske egenskaper i stål påvirkes av mekanisk spenning. De bakenforliggende fysiske fenomener, og nærmere redegjørelse, er tilgjengelig i faglitteraturen. (Jiles D.C. and Aderton D.L.: " Theory of the magnetisation process in ferromagnets and its application to the magnetomechanical effect". J. Phys. Appl., 17 1984 pp 1265-1281).

Forløpet av både den initielle, anhysteresiske og den hysteresiske magnetiseringskurven forandres ved påtrykk av mekanisk spenning. Påført mekanisk spenning, ved en gitt konstant magnetisk feltstyrke, vil føre til at den initielle og den anhysteresiske magnetiseringskurven nærmer seg hverandre. Den endrede magnetiseringen, som følge av endret mekanisk spenning, går ikke tilbake når den mekaniske spenningen bringes tilbake til utgangsnivået. Først etter avmagnetisering, ved påtrykk av et magnetfelt med gradvis avtakende amplitude ned til null, får magnetiseringskurvene sin opprinnelige form tilbake.

Det er også vist at stålets magnetiske og elektriske egenskaper kan bli påvirket underveis i en utmattingsprosess (Bose M. S. C. : " A study of fatique in ferromagnetic materials using a magnetic hysteresis technique" NOT International Vol. 19 No. 2, April 1986). Magnetiserings-kurvene forandrer sitt forløp under et utmattingsforløp. Slike forandringer kan ikke tilbakestilles helt ved avmagnetisering.

Måling av relative mekaniske spenninger i stål, kan baseres på at magnetiseringen, og derved forløpet av magnetiseringskurvene under gitte betingelser, f. eks. med referanse til den anhysteresiske magnetiseringskurven ved en gitt feltstyrke, måles og sammenlignes med tidligere målinger. Framgangsmåten beskrevet i norsk patentskrift nr. 150136 kan da benyttes. Målinger gjøres da også på et sted som ikke utsettes for påkjenninger betegnet som referansemåling i det nevnte patentet. I tillegg innføres muligheter for avmagnetisering.

En lignende framgangsmåte kan benyttes for måling av den maksimale spenningen som stålet har vært utsatt for siden forrige måling. Da utnyttes den nevnte egenskap at endret magnetisering ikke går tilbake før etter avmagnetisering.

Måling av absolutte mekaniske spenninger i stål kan baseres på at den initielle magnetiseringskurven og den anhysteresiske magnetiseringskurven forandrer sitt forløp ved påtrykk av mekanisk spenning. De transiente spenningsfall, som påvirkes av forløpet av magnetiseringskurvene, måles med referanse til både den initielle og den anhysteresiske magnetiseringskurven og sammenlignes med hverandre. Alternativt kan de to målingene refereres til den hysteresiske og den anhysteresiske magnetiseringskurven. Når det ikke er mekanisk spenning i stålet, kan utmattingstilstanden måles på lignende måte som absolutte mekaniske spenninger.

For å få god nøyaktighet, kan den gjentatte samplingen gjøres over flere perioder av eksiteringsstrømmen, slik at det på grunnlag av større datamengder kan beregnes nøyaktige middelverdier. Det kan benyttes mer eller mindre avanserte algoritmer for beregning av nøyaktige middelverdier.

Ved å utnytte informasjonen i hele forløpet av målesignalet for alle tilstander en ønsker å overvåke, oppnås det forbedret deteksjons følsomhet i forhold til kjent teknikk og i de fleste tilfeller også større nøyaktighet.

Forbedret måling av sprekk er basert på også å observere det transiente spenningsforløpet og derved økt følsomhet for mikrosprekker i overflaten og forbedret nøyaktighet for dybdebestemmelse.

Forbedret måling av materialsvinn oppnås ved å observere hele spenningsforløpet og derved unngå eventuelle uønskede effekter av forandrede mekaniske spennings-tilstander som påvirker slike målinger. Videre kan observasjon av hele forløpet forbedre metodens mulighet for direkte å beregne veggtykkelsen.

Videre kan en oppnå betydelig forbedret deteksjonen av mikrosprekker i overflaten av innvendig rørvegg ved å koble ene strømeksiterings ledningen og måle pinnene på innvendig rørvegg.

Framgangsmåten kan også benyttes i sensorer. Strøminnmatning og måling av transiente og/eller stasjonære potensialfall gjøres da på f. eks. en bjelke som festes til strukturen eller plasseres i et korrosivt miljø slik at den utsettes for den aktuelle påkjenningen som både kan være stress og korrosjon.

Et hovedtrekk foreliggende oppfinnelse utnytter, som allerede forklart, er at hele det elektriske spenningsfallforløp både transiente og stasjonære forløp som oppstår mellom et par av kontaktpunkter som følge av påtrykte strømpulser, observeres for å detektere tilstanden eller forandring av tilstanden i en stålstruktur som overvåkes. Spenningsfall-forløpene er for den transiente delen knyttet til skinneffekten, som først og fremst har sammenheng med stålets permeabilitet, og i den stasjonære delen knyttet til resistansen som i sin tur påvirkes av objektets geometri og også forandring av materialstruktur. Relativ permeabilitet er som kjent en parameter som angir evnen til magnetisering ved påtykk av et magnetfelt.

Ved påtrykk av et strømsprang i f. eks. ei stålplate, blir strømtettheten i overflaten høy like etter strømspranget, og avtar etter hvert til en stasjonær verdi. Spenningsfallet som måles mellom to punkter vil således reflektere strømtettheten i overflaten - en tidsfunksjon med høye verdier til å begynne med, og avtakende til en stasjonær verdi som reflekterer den elektriske motstanden mellom målepunktene. Det transiente spenningsfallet gir informasjon om både permeabilitet og konduktivitet i materialet som blir påvirket av mekanisk spenning og utmattingstilstand. Den elektriske motstanden er påvirket av konduktivitet og geometri som igjen er påvirket av materialsvinn korrosjon og erosjon eller sprekker. De forskjellige tilstandene har forskjellig innvirkning på forskjellige deler av spenningsfallsforløpet og ved å betrakte hele forløpet vil en kunne oppnå bedre deteksjons følsomhet og nøyaktighet sammenlignet med de to nevnte patentene.

Ved sprekkovervåkning får en ved å betrakte hele spenningsforløpet betydelig forbedret deteksjonsevne for mikrosprekker i overflaten pga av at det er meget større strømtetthet i begynnelsen av forløpet, og senere forandringer i det transiente forløpet vil gi grunnlag for forbedret beregning av en sprekks posisjon inni rør veggen og/eller dybde i tillegg til informasjonen den stasjonære spenningen gir om tverrsnittsarealet i motsetning til norsk patent nr. 150136 som i hovedsak kun gir informasjon om tverrsnittsareal. Dette er en vesentlig forbedring da sprekk dybde er den mest vitale informasjon ved sprekkmåling.

Ved måling av utmattingsforløp vil det stasjonære spenningsfallet gi viktig tilleggsinformasjon om forandring i stålstrukturen som forårsaker forandring i lednings-evnen. Ved å sammenholde dette med informasjon fra forandringer av det transiente forløpet, oppnås en sikrere estimat av graden av utmatting.

Eksempel

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor

Figur 1 viser en anordning for å måle tilstanden i en stålbjelke.

Figur 2 viser et strømsprang og spenningsfall forløp.

Figur 3 viser forløpet av to spenningsfall i(t) og a(t) som funksjon av tiden. Spenningsfallene er målt ved to forskjellige tidspunkt og hvor det er veggtykkelses-reduksjon på grunn av materialtap og samme magnetiseringstilstand Figur 4 viser forløpet av to spenningsfall i(t) og a(t) som funksjon av tiden for måling av absolutt mekanisk spenning, hvor spenningsfallene er målt ved to forskjellige magnetiseringstilstander.

Figur 5 viser beregnet avvikskurve for spenningsfallsforløpene i Figur 4.

Figur 6 viser beregnet avvikskurve for spenningsfallsforløpene i Figur 3 og er typisk for korrosjon eller erosjon.

Figur 7 viser beregnet avvikskurve som vil være typisk for en type utmattingstilstand.

Ei stålplate 1 i figur 1 påtrykkes strømpulser som eksiteringsstrøm ved hjelp av en strømkilde i et instrument 8 gjennom to kontaktpunkter 2,3. Ved behov kan eksiterings-strømkilden i instrumentet 8 også benyttes for avmagnetisering. Slike alternativ velges i et menysystem i instrumentet 8. Med denne strømkilden påtrykkes vekselstrøm med avtakende amplityde ned til null når den brukes til avmagnetisering. Spenningsfallet, a(t), som måles mellom målepunktene 4, 5 føres til en målekrets 6 som forsterker og digitaliserer spenningsverdiene og til mellomlagring for senere overføring til instrumentet 8 for foreløpig behandling og senere overføring og viderebehandling i en datamaskin 9. Programmet til datamaskinen 9 inneholder en algoritme som kan analysere spenningsfallforløpet for å bestemme mekanisk spenning og/eller utmattingstilstand og/eller sprekk og/eller materialtap i metallet.

Ved hjelp av en elektromagnet 11 kan stålet magnetiseres på det stedet spenningsfallet måles. Styrken på det påtrykte magnetfeltet kan velges til ønsket verdi i menysystemet i instrumentet 8. All direkte kontroll med elektromagnet 11 utføres av en styreenhet 7 som igjen får sine kommando fra instrumentet 8. Styrefunksjonen som menysystemet i instrumentet 8 representer er ikke vist i figur 1, kan alternativt være i en portabel PC som er koblet til instrumentet 8 og anvendes i stedet ved setting av slike målefunksjoner. Forbindelsen mellom måleinstrument og komponenter som kobles til objektet er en målekabel 10 som består av en kommunikasjonsbuss og strømforsyning og mange enheter kan således kobles til instrumentet 8 ved hjelp av en konnektor på en målekabel 10.

Avmagnetisering av stålplata 1 kan altså alternativt gjøres med elektromagneten 11 i stedet for med eksiteringsstrømmen fra instrumentet 8. Strømmen fra avmagnetiserings-kilden i instrumentet 8 kan som et tredje alternativ sendes inn i stålplata over kontaktpunkter som bare benyttes til dette. Innmatningspunktene 2, 3, målepunktene 4, 5, elektromagneten 11 og kretsmodulene 6 og 7 kan bygges sammen til en flyttbar enhet.

Instrumentet 8 kan være montert permanent for å ta målinger ved intervall som defineres i menysystemet, mellomlagre data lokalt eller sende data via online forbindelse til en bruker, eller det kan være et portabelt for å bæres rundt av brukeren og ved å koble det til fast montert utstyr tar målinger på mange slike steder etter tur, eller alt kan være portabelt og operatøren monterer enheten med strøminnmating og målepinner på steder det skal måles, og koble til instrumentet og ta måling og til slutt overfører målingene til PC for viderebehandling.

I figur 2 er typiske forløp av strømsprang og spenningsfallforløp vist med idealisert kurveform. I praksis vil strømspranget ha en viss stigetid. Det er også mulig å la strømspranget starte fra en negativ verdi. Spenningsfallets forløp i(t) er idealisert spenningsforløp idet signalet spenningsfallet vil få en tilleggskomponent som skyldes elektrisk induksjon mellom måleledninger og ledningssløyfen som utgjør innmatningskretsen. Spenningsfallets tidsforløp er i sin natur en Besselfunksjon. Den starter fra teoretisk uendelig, og har en dominerende tidskonstant som innebærer at forløpet etter hvert nærmer seg en eksponentialfunksjon. Den stasjonære verdi som i(t) og a(t) nærmer seg mot, er utelukkende bestemt av den resistive motstanden mellom målepunktene. Tidskonstanten til den nevnte eksponentsialfunksjonen er bestemt av geometriske forhold, samt konduktivitet og permeabilitet.

Dersom spenningsfallet måles på motsatt side av en stålplate i forhold til den side hvor strømspranget påtrykkes, vil i(t) starte fra null, og øke inntil den når den stasjonære verdi. Målingene vil normalt basere seg på å sammenligne minst to tidsforløp.

I figur 3 er vist to spenningsfall-forløp i(t) og a(t). Også disse er idealiserte spenningsforløp.

Figur 4 illustrerer hvordan det ut fra to tidsforløp, i(t) og a(t), er beregnet en avvikskurve, d(t), ut fra ulikhetene mellom de to kurvene. Avvikskurven er her beregnet som

D(t)= (a(t) / i(t) - 1) 1000

men det kan benyttes andre algoritmer for å karakterisere ulikheten mellom forskjellige tidsforløp.

Som en ytterligere forklaring til figur 1 beskrives nedenfor en sekvens som forklarer hvordan den viste anordningen benyttes for å måle spenningsfallets forløp med referanse til den initielle og den anhysteresiske magnetiseringskurven:

1 Instrumentet 8 slåes på og initieres slik at alle utgangssignal er satt til null.

2 Eksiteringsstrømkilden i instrumentet 8 aktiveres for avmagnetisering.

3 Strømmen fra strømkilden i instrumentet 8 til strømkontrollenheten 7 for magnetiseringsstrømmen til elektromagneten 11 økes kontinuerlig til ønsket verdi. Stålet er nå magnetisert med referanse til den initielle magnetiseringskurven. 4 Eksiteringsstrømkilden i instrumentet 8 påtrykker strøminnmatningspunktene 2, 3 pulsformet strøm i stålet 1. 5 Det transiente og stasjonære spenningsfallforløpet mellom målepunktene 4,5, i(t), måles og lagres i instrumentet 8. 6 Ovenstående punkt 2 repeteres. Etter dette er stålet magnetisert med referanse til den anhysteresiske magnetiseringskurven.

7 Ovenstående punkt 4 repeteres.

8 Det transiente og stasjonære spenningsfallet mellom målepunktene 4,5, a(t), måles og lagres i instrumentet 8.

9 I figur 4 er vist typiske spenningsfallforløp for i(t) og a(t).

10 Foreløpig beregning av d(t) kan gjøres i instrumentet 8.

11 Alle målinger overføres til datamaskinen 9 for beregning av d(t) og annen viderebehandling. 12 I figur 5 er vist en typisk avvikskurve d(t) for måling av en spenningstilstand i stål. 13 Fra avvikskurven d(t) finnes maksimalverdien som representerer spenningstilstanden i stålet.

Avvikskurven hvor det kun er mekanisk spenning tilstedet, er karakterisert ved av avviket etter et tidsforløp får en maksimalverdi og deretter avtar til dt = 0 der spenningsforløpet er stasjonært.

Om ønskelig er det også mulig å beregne avvikskurver med referanse til den initielle og den hysteresiske magnetiseringskurven. Ut fra erfaringsmateriale, om hvordan avvikskurvene forløper ved forskjellig mekanisk spenning, vil det være mulig å bestemme den ukjente spenningstilstanden.

Måling av relative mekaniske spenninger i stål, kan baseres på at magnetiseringen, og derved forløpet av magnetiseringskurvene under gitte betingelser, f. eks. med referanse til den anhysteresiske magnetiseringskurven ved en gitt feltstyrke, måles og sammenlignes med tidligere målinger. Framgangsmåten beskrevet i norsk patentskrift nr. 150136 kan da benyttes. Slike målinger gjøres vanligvis ved også å måle på et sted som ikke utsettes for påkjenninger betegnet som referansemåling i det nevnte patentskriftet. I tillegg innføres muligheter for avmagnetisering.

En lignende framgangsmåte kan benyttes for måling av den maksimale spenningen som stålet har vært utsatt for siden forrige måling. Da utnyttes den nevnte egenskap at endret magnetisering ikke går tilbake før etter avmagnetisering.

Måling av absolutte mekaniske spenninger i stål kan baseres på at den initielle magnetiseringskurven og den anhysteresiske magnetiseringskurven forandrer sitt forløp ved påtrykk av mekanisk spenning. De transiente spenningsfall, som påvirkes av forløpet av magnetiseringskurvene, måles med referanse til både den initielle og den anhysteresiske magnetiseringskurven og sammenlignes med hverandre. Alternativt kan de to målingene refereres til den initielle og den hysteresiske magnetiseringskurven.

På lignende måte kan avvikskurver gi informasjon om uttmattingstilstanden i stålet og således gi grunnlag for å beregne gjenstående levetid før brudd i en utmattingsprosess. Når det ikke er mekanisk spenning i stålet kan for eksempel utmattingstilstanden måles på lignende måte som absolutte mekaniske spenninger. Den kan også måles på samme måte som anvendes ved måling av relative mekaniske spenninger. Ved å observere avvikskurven i figur 7 for hele spenningsfall-forløpet fås tilleggsinformasjon om graden av utmatting. Ett eksempel på avvikskurve for relativ måling av utmatting er vist i figur 7. Nivået ved ti representerer graden av mikrosprekker i overflaten, nivået ved t2 representerer graden av forandring av ferromagnetiske egenskaper først og fremst permeabilitet, mens t3 viser relativ forandring av resistansen som ved utmatting skyldes strukturelle forandringer i stålet. Et annet karakteristisk symptom ved utmatting er de relative nivå av avviket ved t2 i forhold til avviket ved k når avviket beregnes for målinger tatt før og etter avmagnetisering. Jo mindre relativ forskjell, desto lengre er utmattingen utviklet.

Måling av materialtap, korrosjon eller erosjon, gjøres uten magnetisering og kan også gjøres uten avmagnetisering dersom en er sikker på at målingen skjer i det stasjonære spenningsområdet eller at det ikke har vært forandringer i mekaniske spenninger i objektet som overvåkes siden forrige måling. I figur 6 er vist et karakteristisk forløp for avviket for relativ måling av materialtap. Verdien av avviket ved ti representerer eventuell forandring av mekaniske spenninger. Tidspunktet for t2 der avvikskurven får en markert knekk kan brukes for bestemmelse av veggtykkelsen. Avvikets stasjonære nivå ved t3 representerer materialtap i forhold til den målingen det beregnes avvik til.

Claims (10)

1. Framgangsmåte for å måle forskjellige tilstandsparametre i elektrisk ledende materiale, særlig tilstanden i ferromagnetiske stålstrukturer, som for eksempel jernbaneskinner, broer, offshore plattformer, borerør og risere, over en tid eller absolutte øyeblikksmålinger, for å oppdage mekaniske spenninger, skader og forringelse, slik som utmatting og materialsvinn, og hvor det på måleområdet ved behov blir montert innretninger for magnetisering eller avmagnetisering, for eksempel en elektromagnet, og hvor det kobles to eller flere punkter for innmating av en elektrisk strøm, og hvor det påtrykkes en pulsformet elektrisk strøm på innmatingspunktene og hvor det på andre par av kontaktpunkter måles det elektriske spenningsfallforløpet, med transiente deler og stasjonære deler, hvor transientene har dødd i det vesentlige eller helt ut, karakterisert ved at så vel en transient som en slik stasjonær del av spenningsfallforløpet sammenlignes med spenningsforløp målt under kjente målebetingelser eller med kalibreringsdata for objektet og at avvikene mellom disse analyseres for å bestemme tilstanden til strukturen.

2. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at en både tar initielle og senere målinger på både et sted som er utsatt for mekanisk belastning eller forringelse og et sted som ikke belastes eller forringes, og at resultatene av disse målingene benyttes for å bestemme endringen i den mekaniske spenningen og/eller utmattingstilstanden og/eller sprekk og/eller materialtap i objektet i forhold til hva den var ved tidspunktet for den initielle målingen.

3. Framgangsmåte i samsvar med patentkravene 1, karakterisert ved at en tar initielle og senere målinger på både et sted som er utsatt for mekanisk belastning eller forringelse og på et referansemateriale som ikke er belastet eller forringet og at resultatene av disse målingene benyttes for å bestemme endringen i den mekaniske spenningen og/eller utmattingstilstanden og/eller sprekk og/eller materialtap i objektet i forhold til hva den var ved tidspunktet for den initielle målingen

4. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at det utføres en måling på et objekt som har vært utsatt for mekanisk spenning, og at en samholder denne målingen med en tidligere slik måling tatt på samme sted, eller en måling tatt etter at en har demagnetisert måleområdet eller en måling tatt etter at en eller flere spenningspulser ble påtrykt, og at forskjellen mellom disse målingene analyseres for å bestemme den mekaniske belastningen stålet har vært utsatt for siden forrige slik måling.

5. Framgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1- 4, karakterisert ved at det installeres flere enheter med bestemte avstander langs en struktur, for eksempel en jernbaneskinne, for å overvåke forandringer i tilstanden i strukturen både langs strukturen og overtid.

6. Framgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-5, karakterisert ved at en med vekselstrøm avmagnetiserer stålet før annen måling gjøres, for å bestemme tilstanden i strukturen.

7. Anordning for gjennomføring av framgangsmåten som er angitt i patentkrav 1, hvilken omfatter et sett målesonder som kobles til et område av et måleobjekt for å måle spenningsforløpet på dette området, samt måleutstyr for registrering og analyse av måleresultat, karakterisert ved at den er innrettet for å måle både transiente og stasjonære spenningsfall og at den omfatter algoritmer som kan analysere spenningsfallforløpet for å bestemme mekanisk spenning og/eller utmattingstilstand og/eller sprekk og/eller materialtap i metallet.

8. Anordning i samsvar med patentkrav 7 og som ved behov kan magnetisere eller demagnetisere stålet, karakterisert ved at den ved behov kan magnetisere stålet på valgte steder på den initielle, anhysteresiske eller hysteresiske magnetiseringskurven på det stedet målingene gjøres, og at spenningsfallforløpet måles med referanse til en eller flere av de nevnte magnetiseringskurver og at resultatet av dette benyttes for å bestemme tilstanden i stålet.

9. Anordning i samsvar med patentkrav 7 eller 8, som omfatter midler for påtrykking av spenningspulser, karakterisert ved at den er innrettet for å påtrykke spenningspulser, eventuelt vekselspenning, over et par kontaktpunkter, for å avmagnetisere stålet med gradvis avtakende amplityde ned mot null.

10. Anordning i samsvar med et av patentkravene 7 - 9, karakterisert ved at den er innrettet for å innføres i et rør fra dets ene ende og derved koble den ene strøminnmatingen på innsiden av røret, idet den omfatter et sett målepinner som kobles til innsiden og måler spenningsforløpet på innsiden, som gir større følsomhet for mikrosprekker i overflata på innsiden.