RU2173838C1

RU2173838C1 - Method for determination of article stressed-strained state according to magnetic leakage fields

Info

Publication number: RU2173838C1
Application number: RU2000119881A
Authority: RU
Inventors: А.А. Дубов
Original assignee: Дубов Анатолий Александрович
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: methods for monitoring of article stressed- strained state according to residual magnetization of material, applicable in various branches of industry. SUBSTANCE: method consists in measurement of the normal component of the magnetic field strength in the points equidistant from each other in each measuring channel, determination of the respective gradients and computation of the respective magnetic indices according to the weighted average and maximum values of gradients of the normal component of the magnetic field strength in each measuring channel and between the given channels. The obtained magnetic indices are compared with the critical magnetic index determined as the relation between the gradients of the normal component of the magnetic field strength corresponding to the ultimate strength and the yield point of the material under examination respectively. EFFECT: expanded capacities for determination of the stressed-strained state for various materials of articles, in particular, determination of the stressed-strained state both for ferromagnetic and paramagnetic materials, as well as enhanced store of means for determination of the quantitative and qualitative states of the article under examination. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к способам контроля напряженно-деформированного состояния изделия по остаточной намагниченности материала и может быть использовано в различных отраслях промышленности: в энергетике - для контроля технического состояния трубопроводных систем и вращающихся механизмов; в нефтяной и газовой промышленности - для контроля газо- и нефтепродуктов и сосудов; в железнодорожном транспорте, на машиностроительных производствах - для контроля остаточных напряжений в изделиях после их изготовления, в том числе для контроля остаточных сварочных деформаций и напряжений. The invention relates to methods for monitoring the stress-strain state of a product by the residual magnetization of the material and can be used in various industries: in the energy sector, for monitoring the technical condition of pipeline systems and rotating mechanisms; in the oil and gas industry - for the control of gas and oil products and vessels; in railway transport, in machine-building industries - to control residual stresses in products after their manufacture, including to control residual welding strains and stresses.

Известен способ определения напряженно-деформированного состояния изделия из ферромагнитного материала по магнитным полям рассеяния, включающий измерение нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля вдоль поверхности изделия в различных его точках, определение градиента величины напряженности магнитного поля на зафиксированном по длине отрезке линии, определение зоны максимальной деформации по максимальному значению измеренного градиента (1).A known method for determining the stress-strain state of a product made of ferromagnetic material by magnetic scattering fields, including measuring the normal component H _p the magnetic field along the surface of the product at its various points, determining the gradient of the magnitude of the magnetic field on a fixed length of the line segment, determining the zone of maximum deformation by the maximum value of the measured gradient (1).

В этом способе для его осуществления необходимо фиксировать линию с нулевым значением величины напряженности магнитного поля. Вдоль зафиксированных линий на равном заданном расстоянии от каждой линии по обе стороны от них измеряют градиент величины напряженности магнитного поля по длине отрезка, проходящего через линию с нулевым значением напряженности. In this method, for its implementation, it is necessary to fix a line with a zero value of the magnitude of the magnetic field. Along the fixed lines at an equal specified distance from each line, on both sides of them measure the gradient of the magnitude of the magnetic field along the length of the segment passing through the line with a zero value of tension.

Ограничениями технических возможностей этого способа являются: возможность исследования только ферромагнетиков, трудоемкость определения линии с нулевым значением магнитного поля рассеяния и, соответственно, зоны максимальной концентрации напряжений и деформаций, а также большая длительность и погрешность измерений. Limitations of the technical capabilities of this method are: the ability to study only ferromagnets, the complexity of determining a line with a zero value of the magnetic field of scattering and, accordingly, the zone of maximum concentration of stresses and strains, as well as a large duration and measurement error.

Наиболее близким способом является способ определения напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, включающий измерение нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля на поверхности изделия одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка линии, последующее измерение нормальной составляющей H_p одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние l_k от первоначального отрезка, измерение нормальной составляющей H_p в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка на равных расстояниях l_k от каждого предыдущего отрезка измерения, соблюдая компланарность отрезков измерений, определение градиентов величин нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_b и l_k, сравнение упомянутых градиентов и определение по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зоны максимальной деформации (2).The closest method is a method for determining the stress-strain state of a product from scattering magnetic fields, including measuring the normal component H _p of the magnetic field on the product surface at two points at the ends of a line segment fixed along the length l _b , and then measuring the normal component H _p at the same time two points at the ends of a line segment fixed along the length l _b that is coplanarly spaced along the product surface at a distance l _k from the original segment, and measurement of the normal component H _p at two points at the ends of the segment fixed along the length l _b at equal distances l _k from each previous measurement segment, observing the coplanarity of the measurement segments, determining the gradients of the values of the normal component H _p of the magnetic field strength at two points at the ends fixed along the length segments l _b and l _k , comparison of the mentioned gradients and determination by the maximum value of one of the mentioned gradients of the zone of maximum deformation (2).

Этот способ позволяет уменьшить продолжительность проведения измерений за счет исключения фиксирования линии с нулевым значением напряженности магнитного поля, но в то же время позволяет выявить зоны максимальной концентрации напряжений и деформации. This method allows to reduce the duration of measurements by eliminating the fixation of the line with a zero value of the magnetic field strength, but at the same time allows you to identify the zone of maximum concentration of stress and strain.

Ограничениями способа являются: возможность его использования только для изделий из ферромагнитного материала; выявление только зон максимальной концентрации напряжений и деформации изделия при отсутствии определения количественного и качественного состояния материала изделия и самого изделия в целом. Так, за счет использования известного способа нельзя определить, может ли изделие продолжать находиться в эксплуатации или оно находится в состоянии, близком к его разрушению. The limitations of the method are: the possibility of its use only for products of ferromagnetic material; revealing only zones of maximum stress concentration and deformation of the product in the absence of determining the quantitative and qualitative state of the product material and the product as a whole. So, through the use of the known method, it is impossible to determine whether the product can continue to be in operation or whether it is in a state close to its destruction.

Решаемая изобретением задача - расширение функциональных возможностей и увеличение арсенала средств для определения количественного и качественного состояния изделия. The problem solved by the invention is the expansion of functionality and an increase in the arsenal of means for determining the quantitative and qualitative state of a product.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного способа, - обеспечение возможности применения способа как для изделий из ферромагнитного материала, так и для изготовленных из парамагнитного материала; возможность определения состояния материала изделия - т. е. найти изделия, годные к дальнейшей эксплуатации, и выявить изделия, находящиеся в состоянии, предшествующем разрушению. The technical result that can be obtained by implementing the inventive method is the provision of the possibility of applying the method for both products from a ferromagnetic material and those made of paramagnetic material; the ability to determine the state of the material of the product — that is, to find products suitable for further use and to identify products in a state prior to failure.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе определения напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, включающем измерение нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля на поверхности изделия одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка линии, последующее измерение нормальной составляющей H_p одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние l_k от первоначального отрезка, измерение нормальной составляющей H_p в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка на равных расстояниях l_k от каждого предыдущего отрезка измерения, соблюдая компланарность отрезков измерений, определение градиентов величин нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_b и l_k, сравнение упомянутых градиентов и определение по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зоны максимальной деформации, согласно изобретению дополнительно определяют для материала образца изделия магнитный показатель m_пр статического и/или циклического деформационного упрочнения, для чего измеряют градиент

, соответствующий пределу прочности, и градиент

соответствующий пределу текучести нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля на поверхности образца изделия в условиях статического и/или циклического нагружения, а m_пр определяют путем деления K_в на K_т, измерение нормальной составляющей H_p вдоль поверхности изделия проводят по каналам измерений с фиксированием расстояния l_b между соседними каналами измерений, при определении градиентов величин нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_b и l_k определяют средневзвешенные градиенты по каналам измерений

где K_ср ¹, K_ср ², . . . K_ср ⁱ - средневзвешенные значения градиента поля соответственно по первому, второму, ... i-му каналу измерений в точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_k, где количество каналов измерений не менее двух, а K_ср ^b - средневзвешенные значения градиента поля в точках на концах зафиксированного по длине отрезка l_b.To solve the problem with the achievement of the specified technical result in the known method for determining the stress-strain state of the product by magnetic fields of scattering, including the measurement of the normal component H _p the magnetic field on the surface of the product at two points at the ends of the line segment fixed along the length l _b , followed by measurement of the normal component of H _p simultaneously at two points at the ends of the fixed length l _b of the segment line, coplanar spaced along pover NOSTA product by a distance l _k from the initial length, the measurement of the normal component H _p at two points at the ends fixed along the length l _b of the segment at equal distances l _k from each previous measurement interval, following the coplanarity measurement intervals, determining gradient values of the normal component of H _p tension magnetic field at two points at the ends of the segments l _b and l _k fixed along the length, comparing the mentioned gradients and determining the maximum value of one of the mentioned gradients of the maxim zone Flax strain according to the invention further comprises determining for a sample material articles magnetic index m _pr static and / or cyclic deformation hardening, which gradient is measured

corresponding to ultimate strength and gradient

corresponding to the yield strength of the normal component H _p the magnetic field on the surface of the product sample under static and / or cyclic loading, and m _pr is determined by dividing K _in by K _t , the measurement of the normal component H _p along the surface of the product is carried out through measurement channels with fixed distance l _b between adjacent measuring channels in determining the normal component of the gradient values H _p of the magnetic field in two points at the ends by fixed length stretches and l _b l _k opr fissioning weighted average gradients of the measurement channels

where K _cf ¹ , K _cf ² _,. . . K _sr ⁱ are the weighted average values of the field gradient, respectively, for the first, second, ... i-th measurement channel at the points at the ends of the fixed lengths of l _k , where the number of measurement channels is at least two, and K _sr ^b is the weighted average of the field gradient at points at the ends of the fixed length l _b .

- изменение нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_b и l_k,
i = 1, 2 ... n - количество зафиксированных по длине отрезков l_k или l_b,
выделяют по каждому каналу измерений максимальные средневзвешенные значения градиента поля соответственно K_max ¹, K_max ², ... K_max ⁱ, K_max ^b, и вычисляют отношения

сравнивают m₁, m₂, .... m_i, m_b с магнитным показателем m_пр и определяют зону, в которой одно из отношений m₁, m₂, ... m_i, m_b равно или превышает m_пр, являющейся зоной предельного состояния материала изделия, соответствующей состоянию предразрушения.

- change in the normal component H _p the magnetic field at two points at the ends of the fixed along the lengths of the segments l _b and l _k ,
i = 1, 2 ... n is the number of segments fixed along the length of l _k or l _b ,
for each measurement channel select the maximum weighted average values of the field gradient, respectively, K _max ¹ , K _max ² , ... K _max ⁱ , K _max ^b , and calculate the ratio

compare m ₁ , m ₂ , .... m _i , m _b with the magnetic index m _ol and determine the zone in which one of the relations m ₁ , m ₂ , ... m _i , m _b is equal to or greater than m _ol , which is the zone of the limit state of the product material corresponding to the state of prefracture.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры. These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by the best options for its implementation with reference to the accompanying figures.

Фигура 1 изображает результаты контроля аустенитного змеевика N 74 выходной ступени пароперегревателя котла БКЗ-320-ГМ ст.N 5 Дягилевской ТЭЦ, где 1 - зависимость нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля по двум каналам измерения от длины, а КН - концентрация напряжений;
фиг. 2 изображает механизм образования зоны концентрации напряжений КН на фиг. 1, где H_p - линия с нулевым значением напряженности, d_н - наружный диаметр пароперегревателя котла, зоны КН показаны жирной линией;
фиг. 3 - графики изменения градиентов нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля по линии А-А и линии Б-Б при нагружении образца изделия растяжением;
фиг. 4 - графики изменения градиентов поля в области пластической деформации при нагружении образцов изделия растяжением, где график, помеченный x, - обозначает сталь 10; график с o - обозначает сталь 12Х1МФ; а график с ▽ - сталь 15Х1МФ;
фиг. 5 - графики изменения градиента поля при малоцикловой нагрузке растяжением (σ_max = 0,9σ_т; σ_max = 0) , где N - число циклов нагружения; график, помеченный x, - изменение градиента поля K по линии 1-1; график с o, - то же по линии 2-2; график с □, - то же по линии 3-3; график с •, - то же по линии 4-4; а график с ▽ - изменение градиента поля K по линии 5-5.Figure 1 depicts the results of the control of the austenitic coil N 74 of the output stage of the boiler superheater BKZ-320-GM, station N 5 of Diaghilev TPP, where 1 is the dependence of the normal component H _p of the magnetic field strength along the two measurement channels on length, and KN is the stress concentration;
FIG. 2 depicts the mechanism of the formation of the zone of stress concentration of the SC in FIG. 1, where H _p is the line with a zero value of tension, d _n is the outer diameter of the boiler superheater, the zones of the KH are shown by a bold line;
FIG. 3 is a graph of changes in the gradients of the normal component H _p of the magnetic field along line A-A and line B-B when the sample is loaded by tension;
FIG. 4 - graphs of changes in field gradients in the area of plastic deformation during loading of product samples by tension, where the graph marked x, - indicates steel 10; a graph with o - indicates steel 12X1MF; and the graph with ▽ - steel 15X1MF;
FIG. 5 - graphs of changes in the field gradient under low-cycle tensile load (σ _max = 0.9σ _t ; σ _max = 0), where N is the number of loading cycles; the graph marked with x is the change in the gradient of the field K along the line 1-1; graph with o, - the same along line 2-2; graph with □, - the same along line 3-3; graph with •, - the same along line 4-4; and the graph with ▽ is the change in the gradient of the field K along line 5-5.

В предлагаемом способе, так же как и в известном, производят измерение нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля вдоль поверхности изделия в различных его точках, определяют градиент величины напряженности магнитного поля на зафиксированном по длине отрезке линии, определяют зоны максимальной деформации по максимальному значению измеренного градиента. При этом измерение нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля на поверхности изделия производят одновременно, не менее чем в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка линии. Последующее измерение нормальной составляющей H_p производят одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние l_k от первоначального отрезка. Измерение нормальной составляющей H_p в двух точках на концах зафиксированного по длине l_b отрезка на равных расстояниях l_k от каждого предыдущего отрезка измерения производят, соблюдая компланарность отрезков измерений. Осуществляют определение градиентов величин нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_b и l_k. Сравнивают упомянутые градиенты и определяют по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зону и/или зоны максимальной деформации.In the proposed method, as well as in the known one, the normal component H _p is measured for the magnetic field strength along the surface of the product at its various points, the gradient of the magnetic field strength is determined on the line segment fixed along the length, the zones of maximum deformation are determined from the maximum value of the measured gradient . In this case, the measurement of the normal component H _p of the magnetic field on the surface of the product is carried out simultaneously, at least at two points at the ends of the line segment fixed along the length l _b . The subsequent measurement of the normal component H _{p is} carried out simultaneously at two points at the ends of a line segment fixed along the length l _b that is coplanarly spaced along the product surface at a distance l _k from the initial segment. The measurement of the normal component H _p at two points at the ends of a segment fixed along the length l _b at equal distances l _k from each previous measurement segment is performed, observing the coplanarity of the measurement segments. The gradients of the values of the normal component H _p of the magnetic field are determined at two points at the ends of the segments l _b and l _k fixed along the length. The mentioned gradients are compared and the zone and / or zones of maximum deformation is determined by the maximum value of one of the mentioned gradients.

Особенностью настоящего изобретения является дополнительное определение для материала образца изделия магнитного показателя m_пр статического и/или циклического деформационного упрочнения. Для нахождения этого показателя m_пр измеряют градиент

соответствующий пределу текучести нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля на поверхности образца изделия в условиях статического и/или циклического нагружения. Причем точки измерения (т. е. их месторасположение для образа изделия и конкретного изделия) могут и не совпадать, главное, чтобы совпадал используемый материал. (Точность измерения также может быть повышена за счет использования одинаковых по своим размерам изделия и его образца, однако, как показано в дальнейшем в описании к изобретению, выполнение этого условия не является обязательным, что позволяет контролировать изделия различной конфигурации, но выполненные из одного материала). Обычно длина отрезка l_k для образца выбирается меньшей, чем l_k для конкретного изделия, чтобы повысить точность измерения критериальной величины для осуществления заявленного способа - магнитного показателя m_пр. Такие измерения образца могут быть проведены магнитометрами или известным из (2) прибором при задании соответствующих растягивающих или циклических нагрузок на образец изделия. Показатель m_пр статического и/или циклического деформационного упрочнения определяют путем деления K_в на K_т: m_пр = K_в/K_т.A feature of the present invention is an additional definition for the material of the product sample of the magnetic index m _{pr of} static and / or cyclic strain hardening. To find this indicator m _CR measure the gradient

corresponding to ultimate strength and gradient

corresponding to the yield strength of the normal component H _p the magnetic field strength on the surface of the product sample under conditions of static and / or cyclic loading. Moreover, the measurement points (i.e., their location for the image of the product and a specific product) may not coincide, the main thing is that the material used coincides. (The measurement accuracy can also be improved by using the same product and its sample in size, however, as shown later in the description of the invention, the fulfillment of this condition is not mandatory, which allows you to control products of different configurations, but made of the same material) . Typically, the length of the segment l _k for the sample is selected less than l _k for a particular product in order to increase the accuracy of measuring the criterial value for the implementation of the inventive method - magnetic indicator m _pr Such measurements of the sample can be carried out by magnetometers or a device known from (2) by setting the corresponding tensile or cyclic loads on the product sample. The coefficient m _{pr of} static and / or cyclic strain hardening is determined by dividing K _in by K _t : m _pr = K _in / K _t

Далее уже согласно заявленному способу исследуют само изделие. Причем измерение нормальной составляющей H_p вдоль поверхности изделия проводят по каналам измерений с фиксированием расстояния l_b между соседними каналами измерений. Эти каналы измерений образуются при перемещении отрезка l_b компланарно на величину отрезка l_k, так же, как в ближайшем аналоге. В частном случае таких каналов измерений два (точки концов отрезка l_b, перемещаемые вдоль поверхности изделия на отрезки l_k), однако при испытаниях конкретного изделия количество каналов измерений выбирается от двух и более в зависимости от сложности формы изделия.Further, according to the claimed method, the product itself is examined. Moreover, the measurement of the normal component H _p along the surface of the product is carried out along the measurement channels with fixing the distance l _b between adjacent measurement channels. These measurement channels are formed by moving the segment l _b coplanarly by the value of the segment l _k , in the same way as in the closest analogue. In the particular case, there are two such measurement channels (the points of the ends of the segment l _b moving along the surface of the product to the segments l _k ), however, when testing a particular product, the number of measurement channels is selected from two or more, depending on the complexity of the shape of the product.

При определении градиентов величин нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_b и l_k определяют средневзвешенные градиенты по каналам измерений

где K_ср ¹, K_ср ², . . . K_ср ⁱ - средневзвешенные значения градиента поля соответственно по первому, второму, ... i-му каналу измерений в точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_k, где количество каналов измерений не менее двух, а K_ср ^b - средневзвешенные значения градиента поля в точках на концах зафиксированного по длине отрезка l_b,

- изменение нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков l_b и l_k,
i = 1, 2 ... n - количество зафиксированных по длине отрезков l_k или l_b.When determining the gradients of the values of the normal component H _p of the magnetic field at two points at the ends of the segments l _b and l _k fixed along the length, the weighted average gradients are determined from the measurement channels

where K _cf ¹ , K _cf ² _,. . . K _sr ⁱ are the weighted average values of the field gradient, respectively, for the first, second, ... i-th measurement channel at the points at the ends of the fixed lengths of l _k , where the number of measurement channels is at least two, and K _sr ^b is the weighted average of the field gradient at points at the ends of the fixed length l _b ,

- change in the normal component H _p the magnetic field at two points at the ends of the fixed along the lengths of the segments l _b and l _k ,
i = 1, 2 ... n is the number of segments l _k or l _b fixed along the length.

Далее выделяют по каждому каналу измерений максимальные средневзвешенные значения градиента поля соответственно K_max ¹, K_max ², ... K_max ⁱ, K_max ^b и вычисляют отношения

Сравнивают m₁, m₂, ... m_i, m_b с предельным отношением m_пр. Зона максимальной деформации, в которой одно из отношений m₁, m₂, ... m_i, m_b равно или превышает m_пр, является зоной предельного состояния материала изделия, соответствующей состоянию предразрушения.Then, for each measurement channel, the maximum weighted average values of the field gradient are selected, respectively, K _max ¹ , K _max ² , ... K _max ⁱ , K _max ^b and calculate the ratio

Compare m ₁ , m ₂ , ... m _i , m _b with the limiting ratio of m _pr The zone of maximum deformation, in which one of the relations m ₁ , m ₂ , ... m _i , m _b is equal to or greater than m _pr , is the zone of the limiting state of the product material corresponding to the state of prefracture.

Ограничением известных ранее способов является область их применения только на изделиях из ферромагнитного материала. В предложенном способе область применения распространяется на изделия из ферро- и парамагнитного материала. A limitation of previously known methods is the scope of their application only on products made of ferromagnetic material. In the proposed method, the scope applies to products made of ferro- and paramagnetic material.

Под воздействием пластической деформации в парамагнитных материалах (например, никелевых аустенитных сталях) возникают эффекты дислакационно-усиленной релаксации. Очевидно, что при этом на скоплениях дислокаций в магнитном поле Земли возникает собственное магнитное поле рассеяния (СМПР), фиксируемое магнитометрами. Under the influence of plastic deformation in paramagnetic materials (for example, nickel austenitic steels), effects of dislocation-enhanced relaxation occur. Obviously, in this case, on clusters of dislocations in the Earth’s magnetic field, an intrinsic scattering magnetic field (SIR) arises, recorded by magnetometers.

Этот эффект можно использовать для определения зон концентрации напряжений (КН), вызывающих пластическую деформацию, путем измерения СМПР на изделии, выполненном из аустенитных сталей. Точность исследования характеристик изделия из парамагнитного материала улучшается за счет определения средневзвешенных значений градиента. This effect can be used to determine the zones of stress concentration (CS) that cause plastic deformation by measuring the SMR on a product made of austenitic steels. The accuracy of the study of the characteristics of a product made of paramagnetic material is improved by determining the weighted average gradient values.

На фиг. 1, 2 показаны фрагменты, иллюстрирующие проявление эффекта дислокационно-усиленной релаксации. "Всплеск" магнитного поля рассеяния, зафиксированный при контроле, характеризует зону КН, образовавшуюся на трубе пароперегревателя (ст. 1Х18Н12Т) котла под действием рабочих нагрузок. In FIG. Figures 1 and 2 show fragments illustrating the manifestation of the effect of dislocation-enhanced relaxation. The “splash” of the scattering magnetic field recorded during the control characterizes the KH zone formed on the boiler superheater pipe (Article 1X18H12T) of the boiler under the action of working loads.

Возможность определения магнитного показателя m_пр можно проиллюстрировать на примере экспериментальных исследований особенностей изменения локальной остаточной намагниченности при нагружении стальных образцов растяжением (статическим и циклическим).The ability to determine the magnetic exponent m _pr can be illustrated by the example of experimental studies of the changes in local residual magnetization during loading of steel samples by tensile (static and cyclic).

Для испытаний при статическом нагружении растяжением использовались стандартные образцы в виде пластин той марки стали, из которой изготовлено изделие (трубопровод, сосуд, конструкция). Образец (фиг. 3) устанавливается в разрывную машину. Затем на этом образце со стороны, удобной для контроля путем сканирования датчиком магнитометра вдоль линий А-А и Б-Б, расположенным по краям образца, измеряют нормальную составляющую H_p напряженности магнитного поля. При этом образец не должен иметь искусственного намагничивания и должен быть изготовлен из материала изделия в состоянии поставки.For tests under static tensile loading, standard samples were used in the form of plates of the steel grade of which the product is made (pipeline, vessel, structure). The sample (Fig. 3) is installed in a tensile testing machine. Then, on this sample, from the side convenient for monitoring by scanning with a magnetometer sensor along the lines A-A and BB located at the edges of the sample, the normal component H _p of the magnetic field strength is measured. In this case, the sample should not have artificial magnetization and should be made of the material of the product in the delivery state.

При измерении по каналам измерений - по линиям А-А и Б-Б (при перемещении отрезка l_b на фиксированные отрезки l_k - показаны на фиг. 3, как Δl) фиксируют точки 1, 2, в которых происходит изменение знака поля H_p. Затем по этим точкам отмечают мелом или краской линию H_p = 0. В соответствии с предлагаемым способом контроля линия H_p = 0 соответствует максимальной неоднородности структуры металла и максимальному магнитному сопротивлению в магнитном поле Земли данного сечения образца. В этом же сечении образца из-за максимальной неоднородности структуры имеет место зона концентрации внутренних напряжений (линия КН на фиг. 1). После того как определена линия H_p = 0, на равном расстоянии Δl, по обе стороны от нее (5-10 мм) фиксируют точки 3 и 4, 5 и 6, расположенные соответственно по каналам измерений вдоль образца на линиях А-А и Б-Б. Затем путем ступенчатого нагружения образца нагрузкой P фиксируют в точках 3, 4, 5, 6 значение H_p и определяют градиент

Измерение H_p и определение значения градиента K величины нормальной составляющей H_p напряженности магнитного поля выполняется после каждой ступени нагружения образца, например 10 МПа, 20 МПа, 30 МПа и т.д. вплоть до предела текучести для данного образца (σ_т) . После достижения предела текучести измерение значений H_p и определение градиента K выполняется при фиксировании процента остаточной деформации ε с использованием диаграммы нагружения и регистратора деформации на разрывной машине.When measuring along the measurement channels — along the lines A-A and B-B (when moving the segment l _b to fixed segments l _k — shown in Fig. 3, as Δl), fix the

points

1, 2 at which the sign of the field H _p changes . Then, at these points, the line H _p = 0 is marked with chalk or paint. In accordance with the proposed control method, the line H _p = 0 corresponds to the maximum heterogeneity of the metal structure and the maximum magnetic resistance in the Earth's magnetic field of a given section of the sample. In the same section of the sample, due to the maximum heterogeneity of the structure, there is a zone of concentration of internal stresses (KH line in Fig. 1). After the line H _p = 0 is determined, at equal distance Δl, on both sides of it (5-10 mm) fix points 3 and 4, 5 and 6, located respectively along the measurement channels along the sample on lines A-A and B -B. Then, by stepwise loading the sample with a load P, the values of H _p are fixed at

points

3, 4, 5, 6 and the gradient is determined

The measurement of H _p and determination of the gradient value K of the magnitude of the normal component H _p of the magnetic field strength is performed after each stage of loading of the sample, for example 10 MPa, 20 MPa, 30 MPa, etc. up to the yield strength for a given sample (σ _t ). After reaching the yield strength, the measurement of the values of H _p and the determination of the gradient K is performed by fixing the percentage of residual strain ε using the load diagram and the strain register on the tensile testing machine.

Для уменьшения погрешности измерений время фиксирования нормальной составляющей H_p в точках 3, 4, 5 и 6 после каждой ступеньки нагружения образца должно быть примерно одинаковым. Большая разница во времени может дать погрешность в измерениях из-за релаксации напряжений.To reduce the measurement error, the fixation time of the normal component H _p at points 3, 4, 5 and 6 after each step of loading the sample should be approximately the same. A large time difference can give an error in the measurements due to stress relaxation.

На фиг. 3 показано изменение градиентов K₁ и K₂ по результатам измерений нормальной составляющей H_p соответственно в точках 3-1-4 (по линии А-А) и 5-2-6 (по линии Б-Б) в зависимости от напряжений растяжения σ для образца, изготовленного из трубы ⌀ 60х6, сталь 12Х1МФ. Следует отметить, что при достижении нагрузки, равной 0,6σ_т и далее вплоть до предела текучести σ_т, значение нормальной составляющей H_p и ее градиента практически не изменяется. Такая закономерность отмечалась при испытании множества образцов. Очевидно, что это связано с возникновением скольжения слоев металла в зоне КН. Наибольший интерес для определения предельного соотношения магнитного показателя m_пр представляет изменение градиента K в области пластической деформации.In FIG. 3 shows the change in the gradients K ₁ and K ₂ according to the results of measurements of the normal component H _p respectively at points 3-1-4 (along line A-A) and 5-2-6 (along line B-B) depending on tensile stresses σ for a sample made from a pipe ⌀ 60x6, steel 12X1MF. It should be noted that when the load reaches 0.6σ _t and then up to the yield strength σ _t , the value of the normal component H _p and its gradient practically does not change. This pattern was observed when testing many samples. Obviously, this is due to the occurrence of slip of metal layers in the SC zone. Of greatest interest for determining the limiting ratio of the magnetic exponent m _pr is the change in the gradient K in the region of plastic deformation.

На фиг. 4 показано изменение градиента К нормальной составляющей H_p, полученное на образцах из разных марок стали, в том числе и для трубного образца из стали 12Х1МФ, представленного ранее на фиг. 3. В расчет берется максимальное значение K, которое получается, как правило, в месте начала образования шейки. Из фиг. 4 видно, что изменение градиента K для разных марок сталей в пластической области происходит по экспоненциальному закону вплоть до разрушения.In FIG. 4 shows the change in the gradient K of the normal component H _p obtained on samples from different grades of steel, including for a tube sample made of 12X1MF steel, previously shown in FIG. 3. The maximum value of K is taken into account, which is obtained, as a rule, at the place where the neck formation begins. From FIG. Figure 4 shows that the change in the K gradient for different steel grades in the plastic region occurs exponentially up to failure.

Предельное соотношение m_пр для каждого образца определяется путем деления значения K_в, полученное при образовании шейки (т.е. при достижении предела прочности σ_в), на значение K_т, полученного при достижении предела текучести (σ_т)

Полученное таким образом соотношение m_пр на образцах предлагается использовать для изделий, изготовленных из той же марки стали, при их контроле по заявленному способу.The ultimate ratio m _CR for each sample is determined by dividing the value of K _in obtained when the neck is formed (i.e., when the tensile strength σ _{in is} reached) by the value of K _t obtained when the yield strength (σ _t ) is reached

The ratio thus obtained m _pr on the samples is proposed to be used for products made from the same steel grade, when they are controlled by the claimed method.

Значительная часть узлов оборудования работает в условиях циклических нагрузок. В этом случае для получения магнитного показателя m_пр для конкретных изделий необходимо провести испытания образцов на малоцикловую усталость.A significant part of the equipment nodes operates under cyclic loads. In this case, in order to obtain a magnetic index m _pr for specific products, it is necessary to test the samples for low-cycle fatigue.

Испытания на малоцикловую усталость образцов рекомендуется выполнять с использованием специализированного магнитометра, имеющего регистрирующее устройство. Testing for low-cycle fatigue of samples is recommended to be performed using a specialized magnetometer with a recording device.

Образец условно делится на несколько продольных образующих, пересекающих линию КН (линию H_p = 0). По мере роста циклической нагрузки, например, через каждые 500 или 1000 циклов, вдоль этих образующих делается измерение нормальной составляющей поля H_p.The sample is conditionally divided into several longitudinal generators crossing the KH line (line H _p = 0). As the cyclic load increases, for example, every 500 or 1000 cycles, a measurement of the normal field component H _p is made along these generators.

В момент измерения нормальной составляющей H_p приложение нагрузки останавливается. Время остановки не должно быть большим (порядка 5-10 мин) и должно быть примерно одинаковым для каждого последующего измерения через очередные 1000 циклов нагружения. Определение градиента K осуществляется автоматически с помощью процессора специализированного магнитометра.At the moment of measuring the normal component H _p , the load application stops. The stopping time should not be long (about 5-10 minutes) and should be approximately the same for each subsequent measurement after the next 1000 loading cycles. The K gradient is determined automatically using a specialized magnetometer processor.

На фиг. 5 показан пример изменения градиента K на "корсетном" образце из стали 20 в условиях малоцикловой нагрузки растяжения (σ_max= 0,9σ_Т, σ_o= 0) . В данном случае резкий рост градиента K зафиксирован примерно за 500 циклов до образования трещины в точке пересечения линии КН и линии контроля 1-1. Предельное соотношение магнитного показателя m_пр после испытания данного образца на малоцикловую усталость определяется путем деления максимального значения K_в = K_max, зафиксированного по линии 1-1 перед образованием трещины, к значению K_т, которое было зафиксировано в момент начала его роста (в данном примере за 500 циклов до образования трещины). Если момент резкого роста параметра K не был зафиксирован, то для расчета магнитного показателя m_пр можно взять среднее значение K_ср, зафиксированное по линии КН по другим образующим контроля (в точках пересечения линий 2-2, 3-3, 4-4, 5-5 с линией КН, см. фиг. 5).In FIG. Figure 5 shows an example of a change in the gradient of K on a “corset” sample of steel 20 under conditions of a low-cycle tensile load (σ _max = 0.9σ _T , σ _o = 0). In this case, a sharp increase in the K gradient was recorded approximately 500 cycles before a crack was formed at the intersection of the KH line and the control line 1-1. The limiting ratio of the magnetic index m _CR after testing this sample for low-cycle fatigue is determined by dividing the maximum value of K _in = K _max , recorded along the line 1-1 before the formation of the crack, to the value of K _t , which was recorded at the time of its growth (in this 500 cycles before crack formation). If the moment of a sharp increase in the parameter K was not recorded, then to calculate the magnetic index m _CR, we can take the average value of K _cf recorded along the KH line for other control components (at the intersection points of lines 2-2, 3-3, 4-4, 5 -5 with the KH line, see Fig. 5).

В примере, представленном на фиг. 5, значение магнитного показателя m_пр равно:

Характерно, что значение магнитного показателя m_пр, получаемое при таких испытаниях на одних и тех же образцах при статическом и циклическом нагружении оказывается примерно равным. Это соотношение, очевидно, характеризует деформационную способность металла на стадии упрочнения перед разрушением.In the example of FIG. 5, the value of the magnetic indicator m _CR equal to:

It is characteristic that the value of the magnetic exponent m _pr obtained during such tests on the same samples under static and cyclic loading is approximately equal. This ratio, obviously, characterizes the deformation ability of the metal at the stage of hardening before fracture.

Следует отметить, что абсолютное значение K_max и K_ср, фиксируемые при контроле оборудования в промышленных условиях по предложенному способу, как правило, отличаются от значений, полученных на образцах в лабораторных условиях. На указанные абсолютные значения K в промышленных условиях влияют размеры и форма объекта контроля, коррозия, ползучесть, остаточные сварочные напряжения, глубина залегания дефекта и прочие причины. Однако само соотношение m_пр, как правило, остается таким же, как при испытаниях образцов в лабораторных условиях, поэтому оно и выбрано в качестве критериального.It should be noted that the absolute value of K _max and K _cf recorded during the control of equipment in an industrial environment by the proposed method, as a rule, differ from the values obtained on samples in laboratory conditions. The indicated absolute values of K under industrial conditions are affected by the size and shape of the test object, corrosion, creep, residual welding stresses, defect depth and other reasons. However, the ratio m _{pr itself} , as a rule, remains the same as when testing samples in laboratory conditions, and therefore it is selected as a criterion.

При пересечении датчиком сканирующего устройства перпендикулярно линии КН значение градиента нормальной составляющей H_p, как правило, превышает в 2 раза и более значение K, полученное при сканировании датчиком вдоль линии КН.When the sensor crosses the scanning device perpendicular to the KH line, the gradient of the normal component H _p , as a rule, exceeds 2 times or more the K value obtained by scanning with the sensor along the KH line.

Линия КН (линия H_p = 0) интерпретируется как линия главных напряжений, указывающая место расположения площадки скольжения, перпендикулярно которой действуют максимальные растягивающие, а вдоль нее сжимающие напряжения. В лабораторных исследованиях получено соотношение магнитоупругих характеристик для напряжений растяжения и сжатия, как

. Очевидно, что указанное соотношение между значениями градиентов нормальной составляющей H_p на линиях КН при перпендикулярном и продольном сканировании обусловлено указанным соотношением магнитоупругих характеристик.The KH line (line H _p = 0) is interpreted as the line of principal stresses, indicating the location of the sliding platform, the maximum tensile and compressive stresses acting perpendicular to it. In laboratory studies, the ratio of magnetoelastic characteristics for tensile and compression stresses is obtained, as

. It is obvious that the indicated ratio between the gradients of the normal component H _p on the SC lines during perpendicular and longitudinal scanning is due to the indicated ratio of magnetoelastic characteristics.

При оценке ресурса оборудования актуальными задачами являются: взятие представительных проб металла изделия и определение фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) путем измерения уровня напряжений от рабочих нагрузок (или остаточных напряжений после снятия нагрузок). В настоящее время эти задачи решаются неудовлетворительно из-за отсутствия методов и средств определения зон КН - основных источников развития повреждений. Для решения указанных задач после того, как определена зона КН, в этой зоне можно взять пробу металла (например, путем взятия "реплики" для структурного анализа) по линии КН с максимальным значением градиента K_max, превышающим K_ср с соотношением m_пр, а для оценки уровня фактических напряжений (рабочих или остаточных) эффективно выполнить измерение другими приборами неразрушающего контроля (НК), позволяющими измерить их величину (например, с использованием рентгена, ультразвука, эффекта Баркгаузена, коэрцитивной силы и прочее). При этом расположение линии КН на оборудовании будет указывать на расположение датчика прибора НК.When assessing the resource of equipment, the urgent tasks are: taking representative samples of the metal of the product and determining the actual stress-strain state (VAT) by measuring the level of stresses from work loads (or residual stresses after unloading). Currently, these tasks are unsatisfactorily solved due to the lack of methods and means for determining the zones of SC - the main sources of damage. To solve these problems, after the KH zone is determined, a metal sample can be taken in this zone (for example, by taking a "replica" for structural analysis) along the KH line with a maximum gradient value K _max exceeding K _cf with the ratio m _pr , and to assess the level of actual stresses (working or residual), it is effective to measure with other non-destructive testing (ND) instruments, allowing them to be measured (for example, using X-ray, ultrasound, the Barkhausen effect, coercive force, etc.). In this case, the location of the KH line on the equipment will indicate the location of the sensor of the NK device.

Таким же образом можно использовать расположение линии КН для повышения эффективности дефектоскопии, например УЗК. При этом повышается вероятность определения развивающегося дефекта, расположенного в зоне КН. In the same way, you can use the location of the KH line to increase the efficiency of flaw detection, for example ultrasonic testing. This increases the likelihood of determining a developing defect located in the zone of the SC.

Наиболее успешно заявленный способ определения напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния промышленно применим в технике неразрушающих методов контроля различных изделий из ферромагнитного и парамагнитного материала. The most successfully claimed method for determining the stress-strain state of a product by magnetic scattering fields is industrially applicable in the technique of non-destructive testing methods for various products of ferromagnetic and paramagnetic material.

Источники информации:
1. Патент Российской Федерации N 2029263, G 01 L 1/12, опубл. 1995 г.Sources of information:
1. Patent of the Russian Federation N 2029263, G 01 L 1/12, publ. 1995 year

2. Международная заявка PCT N WO 99/02982, G 01 L 1/12, опубл. 1999 г. 2. International application PCT N WO 99/02982, G 01 L 1/12, publ. 1999 year

Claims

1. A method for determining the stress-strain state of a product from magnetic scattering fields, comprising measuring the normal component H _p of the magnetic field on the surface of the product at two points at the ends of a line segment fixed along the length l _b , then measuring the normal component H _p at two points simultaneously at the ends of a line segment fixed along the length l _b that is coplanarly spaced along the product surface at a distance l _k from the initial segment, measurement of the normal component H _p at two points at the ends of a segment fixed along the length l _b at equal distances l _k from each previous measurement segment, observing the coplanarity of the measurement segments, determining the gradients of the normal component H _p of the magnetic field strength at two points at the ends of the segments fixed along the length l _b and l _k , comparing the mentioned gradients and determining by the maximum value of one of the mentioned gradients the zone of maximum deformation, characterized in that it is additionally determined for the material of the sample product I am the magnetic exponent m _{pr of} static and / or cyclic strain hardening, for which the gradient is measured

corresponding to ultimate strength and gradient

corresponding to the yield strength on the surface of the product sample under conditions of static and / or cyclic loading, m _pr is determined by dividing K _in by K _t , and the measurement of the normal component H _p along the surface of the product is carried out using at least two measurement channels with a fixed distance l _b between adjacent measurement channels, when determining the gradients of the values of the normal component H _p the magnetic field at two points at the ends of the segments l _b and l _k fixed along the length, determine the weighted average gradient s on two measurement channels

where K _cf ¹ , K _cf ² - weighted average values of the field gradient, respectively, for the first and second measurement channels at points at the ends of the segments fixed along the length l _k ;
K _cf ^b - weighted average field gradient at points at the ends of the fixed along the length of the segment l _b ;

- a change in the normal component H _p of the magnetic field at two points at the ends of the segments l _b and l _k fixed along the length, respectively;
n is the total number of fixed segments l _k or l _b ,
for each measurement channel select the maximum weighted average values of the field gradient, respectively, K _max ¹ , K _max ² , K _max ^b , and calculate the ratio

compare m ₁ , m ₂ , m _b with the magnetic index m _ol , and determine the zone in which one of the relations m ₁ , m ₂ , m _b is equal to or greater than m _ol , which is the zone of the limiting state of the product material corresponding to the prefracture state.

2. The method according to claim 1, characterized in that the number of measurement channels is selected to be more than two.