RU2303769C1 - Method of determining residual stress in articles made of ferromagnetic materials - Google Patents
Method of determining residual stress in articles made of ferromagnetic materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2303769C1 RU2303769C1 RU2006127734/28A RU2006127734A RU2303769C1 RU 2303769 C1 RU2303769 C1 RU 2303769C1 RU 2006127734/28 A RU2006127734/28 A RU 2006127734/28A RU 2006127734 A RU2006127734 A RU 2006127734A RU 2303769 C1 RU2303769 C1 RU 2303769C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- maximum value
- stresses
- product
- residual stress
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к способам контроля напряженно-деформированного состояния ферромагнитных материалов по остаточной намагниченности металла и может быть использован в строительстве при техническом диагностировании металлоконструкций в процессе изготовления, монтажа, эксплуатации, реконструкции и реновации; при обследовании оборудования и металлоконструкций подъемных сооружений, объектов химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, металлургических и коксохимических производств, объектов газоснабжения, объектов по хранению и переработке зерна, в машиностроении и на железнодорожном транспорте; в любых изделиях из ферромагнитных материалов.The proposed method relates to methods for monitoring the stress-strain state of ferromagnetic materials by the residual magnetization of the metal and can be used in construction for the technical diagnosis of metal structures during manufacturing, installation, operation, reconstruction and renovation; during the inspection of equipment and metal structures of lifting structures, chemical, petrochemical and oil refining industries, metallurgical and coke and chemical industries, gas supply facilities, grain storage and processing facilities, in mechanical engineering and in railway transport; in any products made of ferromagnetic materials.
Известен способ определения зон остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов, включающий измерение скачкообразного изменения магнитного поля изделия в зонах возникновения пластических деформаций под действием приложенных осевых нагрузок, одновременно или последовательно измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля рассеяния в одних и тех же точках контроля на наружной поверхности контролируемого изделия, а зоны остаточных напряжений определяют по равенству значений тангенциальной и нормальной составляющих напряженности магнитного поля (а.с.СССР №1727004, кл. G01L 1/12, 1991).A known method of determining zones of residual stresses in products made of ferromagnetic materials, including measuring the abrupt change in the magnetic field of the product in areas of plastic deformation under the action of applied axial loads, simultaneously or sequentially measure the tangential and normal components of the magnetic field scattering at the same control points on the outer surface of the controlled product, and the zones of residual stresses are determined by the equality of the tangent values noy and normal components of the magnetic field intensity (a.s.SSSR №1727004, Cl. G01L 1/12, 1991).
Недостатком этого способа является невозможность его применения в случае упругого напряженно-деформированного состояния изделия, а в случае пластического напряженно-деформированного состояния изделия позволяет определять зоны остаточных напряжений, образовавшиеся в трубопроводах только под действием изгибных и крутящих нагрузок.The disadvantage of this method is the impossibility of its use in the case of an elastic stress-strain state of the product, and in the case of a plastic stress-strain state of the product, it is possible to determine the zones of residual stresses formed in the pipelines only under the action of bending and torque loads.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов, включающий измерение максимальной величины напряженности магнитного поля, по которой определяют максимальную величину остаточных напряжений, действующих в направлении, совпадающем с направлением измеряемого магнитного поля (а.с.СССР №1779954, Б.И. №45 от 07.12.92 г., G01L 1/12).The closest technical solution to the proposed invention is a method for determining residual stresses in products made of ferromagnetic materials, comprising measuring the maximum value of the magnetic field strength, which determines the maximum value of the residual stresses acting in the direction coinciding with the direction of the measured magnetic field (a.s.SSSR No. 1779954, B.I. No. 45 dated 12/07/92, G01L 1/12).
Недостатком этого способа является то, что он не позволяет определять, упругому или пластическому напряженно-деформированному состоянию изделия соответствует максимальная величина остаточных напряжений, действующих в направлении, совпадающем с направлением измеряемого магнитного поля, определенная по максимальной величине напряженности магнитного поля. Следовательно, этот способ не дает возможности оценить реальную степень опасности выявленных зон концентрации напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов.The disadvantage of this method is that it does not allow to determine whether the elastic or plastic stress-strain state of the product corresponds to the maximum value of the residual stresses acting in the direction coinciding with the direction of the measured magnetic field, determined from the maximum value of the magnetic field strength. Therefore, this method does not make it possible to assess the real degree of danger of the identified zones of stress concentration in products made of ferromagnetic materials.
Дело в том, что измеренные максимальные величины напряженности магнитного поля Нр в разных зонах изделия могут быть равны или близки друг к другу. Однако это не говорит о том, что и максимальные величины остаточных напряжений в этих зонах равны между собой. В реальных условиях одним и тем же максимальным значениям Hp могут соответствовать остаточные внутренние напряжения, характеризующие как упругое (менее опасное) напряженно-деформированное состояние (внутренние напряжения ниже условного предела текучести металла, т.е. σ<σ0,2), так и пластическое (более опасное) напряженно-деформированное состояние (внутренние напряжения выше условного предела текучести, т.е. σ>σ0,2), когда существует возможность развития и возникновения реальных дефектов, а затем и разрушения работающего изделия. Поэтому степень влияния остаточных внутренних напряжений на надежность эксплуатируемого изделия будет различной.The fact is that the measured maximum values of the magnetic field strength H p in different zones of the product can be equal to or close to each other. However, this does not mean that the maximum values of residual stresses in these zones are equal to each other. In real conditions, the same maximum values of H p can correspond to residual internal stresses, which characterize as an elastic (less dangerous) stress-strain state (internal stresses below the conditional yield strength of the metal, i.e., σ <σ 0.2 ), so and a plastic (more dangerous) stress-strain state (internal stresses above the conditional yield strength, i.e., σ> σ 0.2 ), when there is the possibility of the development and occurrence of real defects, and then destruction of the working product. Therefore, the degree of influence of residual internal stresses on the reliability of the operated product will be different.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является определение напряженно-деформированного состояния (упругого или пластического) изделия, которому соответствует максимальная величина остаточных напряжений, действующих в направлении, совпадающем с направлением измеряемого магнитного поля, определенная по максимальной величине напряженности магнитного поля Нр, а также повышение достоверности оценки степени опасности выявленных зон концентрации внутренних напряжений.The problem to which the present invention is directed, is to determine the stress-strain state (elastic or plastic) of the product, which corresponds to the maximum value of the residual stresses acting in the direction coinciding with the direction of the measured magnetic field, determined by the maximum value of the magnetic field strength N p , as well as increasing the reliability of assessing the degree of danger of the identified zones of concentration of internal stresses.
Сущность изобретения заключается в том, что для определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов измеряют напряженность магнитного поля Нр и по максимальной величине Hp определяют максимальную величину остаточных напряжений, действующих в направлении, совпадающем с направлением магнитного поля, затем ступенчато снижают или увеличивают внешние нагрузки на изделие в зависимости от условий его эксплуатации, при этом замеряют значения напряженности магнитного поля в контролируемых зонах и сравнивают их со значениями, полученными до изменения внешних нагрузок, после чего по увеличению или уменьшению величин напряженности магнитного поля судят о соответствии выявленных максимальных остаточных напряжений упругому или пластическому напряженно-деформированному состоянию изделия, что позволяет достоверно оценить степень опасности выявленных зон концентрации внутренних напряжений. Условия эксплуатации конструкции (изделия) определяют способ изменения действующих внешних нагрузок, например снижение (увеличение) внутреннего давления в трубопроводах, подъем (опускание) груза подъемными машинами и механизмами, приложение растягивающих (сжимающих, изгибающих, крутящих) нагрузок к элементам и узлам металлических конструкций и т.п.The invention consists in that for the determination of residual stresses in articles made of ferromagnetic material is measured intensity of the magnetic field H r and the maximum value H p determined maximum value of residual stresses acting in a direction similar to the direction of the magnetic field, then a stepwise decrease or increase the outer load on the product, depending on the conditions of its operation, while measuring the value of the magnetic field in the controlled areas and compare them with the value The results obtained before the change in external loads, after which the increase or decrease in the magnetic field strength are used to judge the correspondence of the revealed maximum residual stresses to the elastic or plastic stress-strain state of the product, which allows one to reliably assess the degree of danger of the identified concentration zones of internal stresses. The operating conditions of the structure (product) determine the method of changing the acting external loads, for example, reducing (increasing) the internal pressure in pipelines, lifting (lowering) the load by lifting machines and mechanisms, applying tensile (compressive, bending, twisting) loads to the elements and units of metal structures and etc.
Предлагаемый способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов опробован при проведении механических испытаний образцов и при испытании двутавровой балки на изгиб и поясняется чертежами и графиками, где на фиг.1 представлена схема образца для механических испытаний, на фиг.2 и 3 - графики изменения напряженности магнитного поля Нр от напряжений при нагружении и разгружении образца для упругого и пластического напряженно-деформированного состояний соответственно, на фиг.4 представлена схема испытаний двутавровой балки на изгиб.The proposed method for determining residual stresses in products made of ferromagnetic materials was tested during mechanical testing of samples and when testing an I-beam for bending and is illustrated by drawings and graphs, where Fig. 1 shows a diagram of a specimen for mechanical tests, Figs. 2 and 3 are graphs of changes the magnetic field strength N p from stresses during loading and unloading of the sample for elastic and plastic stress-strain states, respectively, figure 4 presents the test circuit of two T-beams for bending.
При проведении механических испытаний образцов способ осуществляют следующим образом. Из стали 10ХСНД изготавливают образцы для механических испытаний по ГОСТ 1497-84. Образцы для испытаний на растяжение могут изготавливаться как из материала изделия (конструкции), так и из металла, примененного при изготовлении обследуемого изделия (конструкции).When conducting mechanical testing of samples, the method is as follows. Samples are made from steel 10HSND for mechanical tests in accordance with GOST 1497-84. Samples for tensile tests can be made both from the material of the product (structure), and from the metal used in the manufacture of the test product (structure).
Механические испытания образцов проводят в соответствии с ГОСТ 1497-84. Перед проведением испытаний образец устанавливают в захваты разрывной машины и проводят его растяжение со скоростью деформирования 2 мм/мин. При напряжении растяжения образца 1...10 МПа растяжение прекращают и путем перемещения датчика (двухканального феррозондового преобразователя), подключенного к измерителю концентрации напряжений магнитометрическому (ИКНМ-2ФП) вдоль оси образца замеряют напряженность собственного магнитного поля рассеяния Нр и находят ее максимальное значение (точка А на фиг.1), дальнейшее измерение значений Нр при растяжении образца выполняют в точке А после каждой ступени нагружения вплоть до напряжений, близких к условному пределу текучести σ0,2 для данного материала образца. По достижении σ0,2 растяжение образца прекращают и затем также ступенчато проводят разгружение образца, фиксируя при этом напряженность магнитного поля в точке А. По полученным данным строят график, отражающий зависимость напряженности магнитного поля Hр от действующих внутренних напряжений σ при нагружении и разгружении образца в области упругой деформации (фиг.2).Mechanical testing of samples is carried out in accordance with GOST 1497-84. Before testing, the sample is installed in the grips of a tensile testing machine and is stretched at a strain rate of 2 mm / min. When the tensile stress of the sample 1 ... 10 MPa, the tension is stopped and by moving the sensor (two-channel flux-gate transducer) connected to a magnetometric stress concentration meter (IKNM-2FP) along the axis of the sample measure the intensity of the intrinsic magnetic field of scattering Н p and find its maximum value ( point a in Figure 1), a further measurement value H p tensile specimen at the point a is performed after each step up to the loading stresses close to the yield limit of the conditional σ 0,2 for d nnogo sample material. Upon reaching σ 0.2 , the sample stretching is stopped and then the sample is unloaded stepwise, fixing the magnetic field strength at point A. Based on the data obtained, a graph is plotted that reflects the dependence of the magnetic field strength H p on the acting internal stresses σ during loading and unloading of the sample in the field of elastic deformation (figure 2).
Для проведения испытаний в области пластической деформации разгруженный образец повторно нагружают. По достижении условного предела текучести σ0,2 измерение Hр в точке А выполняют после каждой ступени нагружения вплоть до напряжений, близких к пределу временной прочности σв для данного материала образца, после чего вновь проводят ступенчатое разгружение образца вплоть до напряжений, близких к условному пределу текучести σ0,2, проводя при этом замер напряженности магнитного поля в точке А. По полученным данным строят график, отражающий зависимость напряженности собственного магнитного поля рассеяния Нр от действующих внутренних напряжений при нагружении и разгружении образца в области пластической деформации (фиг.3).To conduct tests in the field of plastic deformation, the unloaded sample is reloaded. Upon reaching the conditional yield strength σ 0.2, the measurement of H p at point A is carried out after each loading stage up to stresses close to the tensile strength σ in for a given sample material, and then again the stepwise unloading of the sample is carried out up to stresses close to conditional yield strength σ 0.2 , while measuring the magnetic field strength at point A. According to the data obtained, a graph is constructed that reflects the dependence of the intrinsic magnetic field of scattering Н p on the effective internal stress expressions during loading and unloading of the sample in the field of plastic deformation (figure 3).
Из анализа фиг.2 и 3 следует, что при нагружении и разгружении образца в областях упругой и пластической деформаций изменение напряженности магнитного поля Hр происходит по-разному. Так, увеличение внутренних напряжений на 100 МПа при нагружении образца в области упругой деформации приводит к уменьшению значения Hp с 30 до 16 А/м (фиг.2, точки 1 и 1'). В области же пластической деформации увеличение внутренних напряжений на 50 МПа повышает значение Нр с 19 до 35 А/м (фиг.3, точки 3 и 3').From the analysis of figure 2 and 3 it follows that when loading and unloading the sample in the areas of elastic and plastic deformation, the change in the magnetic field strength H p occurs in different ways. So, an increase in internal stresses by 100 MPa during loading of the sample in the region of elastic deformation leads to a decrease in the value of H p from 30 to 16 A / m (figure 2, points 1 and 1 '). In the area of plastic deformation, an increase in internal stresses of 50 MPa increases the value of H p from 19 to 35 A / m (Fig. 3,
Разгружение образца приводит к противоположным результатам. Так, уменьшение внутренних напряжений на 100 МПа при разгружении образца в области упругой деформации приводит к увеличению значения Нр с 13 до 23 А/м (фиг.2, точки 2 и 2'). В области же пластической деформации уменьшение внутренних напряжений на 50 МПа снижает значение Нр с 46 до 36 А/м (фиг.3, точки 4 и 4').Unloading the sample leads to opposite results. So, a decrease in internal stresses of 100 MPa during unloading of the sample in the region of elastic deformation leads to an increase in the value of H p from 13 to 23 A / m (Fig. 2, points 2 and 2 '). In the area of plastic deformation, a decrease in internal stresses of 50 MPa reduces the value of N p from 46 to 36 A / m (Fig. 3,
Результаты исследований подтвердили, что повышение внутренних напряжений (при нагружении) в контролируемой зоне приводит к снижению значений напряженности магнитного поля Нр в области упругой деформации и повышению - в области пластической деформации. И наоборот, снижение внутренних напряжений (при разгружении) приводит к повышению значений Нр в области упругой деформации и снижению - в пластической.The research results confirmed that an increase in internal stresses (during loading) in the controlled area leads to a decrease in the magnetic field strength Н р in the field of elastic deformation and an increase in the field of plastic deformation. Conversely, a decrease in internal stresses (during unloading) leads to an increase in H p in the field of elastic deformation and a decrease in plastic.
Таким образом, по изменению значения напряженности собственного магнитного поля рассеяния Нр (уменьшению или увеличению) при нагружении или разгружении образца можно судить о соответствии действующих внутренних напряжений в контролируемых зонах упругому (менее опасному) или пластическому (более опасному) напряженно-деформированному состоянию контролируемой зоны, что позволяет достоверно оценить степень ее опасности.Thus, by changing the value of the intrinsic scattering magnetic field H p (decreasing or increasing) during loading or unloading of the sample, one can judge the correspondence of the acting internal stresses in the controlled zones to the elastic (less dangerous) or plastic (more dangerous) stress-strain state of the controlled zone that allows you to reliably assess the degree of its danger.
Предлагаемый способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов опробован также на двутавровой балке №18 из стали Ст3 в процессе ее изгиба. Схема испытаний приведена на фиг.4. Испытания проводились с применением гидравлического пресса при усилии поршня 1, 2, 3, 4, 5 и 6 тонн.The proposed method for determining the residual stresses in products made of ferromagnetic materials was also tested on an I-beam No. 18 from St3 steel during its bending. The test circuit is shown in figure 4. The tests were carried out using a hydraulic press with a piston force of 1, 2, 3, 4, 5, and 6 tons.
Измерение напряженности магнитного поля Hр при ступенчатом нагружении и разгружении двутавровой балки проводились с использованием прибора ИКНМ-2ФП в точке В вблизи установленных тензодатчиков. Расхождение тензометрических данных с расчетными не превышало 7 процентов. Результаты испытаний приведены в табл.1.The measurement of the magnetic field strength H p during step loading and unloading of the I-beam was carried out using the IKNM-2FP device at point B near the installed load cells. The discrepancy between the tensometric data and the calculated did not exceed 7 percent. The test results are shown in table 1.
Как видно из табл.1, при ступенчатом нагружении двутавровой балки в точке В происходит уменьшение максимальных значений Нр, при ступенчатом снижении нагрузки напряженность магнитного поля возрастает, что свидетельствует о работе балки в упругой области. Расчетные данные внутренних напряжений (табл.1), действующих в точке В, подтверждают результаты эксперимента, так как эти напряжения значительно ниже предела текучести материала балки.As can be seen from Table 1, with stepwise loading of an I-beam at point B, the maximum values of H p decrease, with a stepwise decrease in load, the magnetic field strength increases, which indicates the work of the beam in the elastic region. The calculated data of internal stresses (Table 1) operating at point B confirm the experimental results, since these stresses are significantly lower than the yield strength of the beam material.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить, в каком напряженно-деформированном состоянии: упругом (менее опасном) или пластическом (более опасном), находятся исследуемые зоны концентрации внутренних напряжений и достоверно оценить степень опасности выявленных зон концентрации внутренних напряжений.Thus, the proposed method allows to determine in which stress-strain state: elastic (less dangerous) or plastic (more dangerous), the studied zones of concentration of internal stresses are located and reliably assess the degree of danger of the identified zones of concentration of internal stresses.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006127734/28A RU2303769C1 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Method of determining residual stress in articles made of ferromagnetic materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006127734/28A RU2303769C1 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Method of determining residual stress in articles made of ferromagnetic materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2303769C1 true RU2303769C1 (en) | 2007-07-27 |
Family
ID=38431766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006127734/28A RU2303769C1 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Method of determining residual stress in articles made of ferromagnetic materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2303769C1 (en) |
-
2006
- 2006-07-31 RU RU2006127734/28A patent/RU2303769C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ghaib et al. | Study of FRP bars under tension using acoustic emission detection technique | |
| Banjara et al. | Investigations on acoustic emission parameters during damage progression in shear deficient and GFRP strengthened reinforced concrete components | |
| Bao et al. | A review of the metal magnetic memory technique | |
| CN106018543A (en) | Bolt connecting part damage in-situ monitoring device based on magnetic memory effect | |
| RU2303769C1 (en) | Method of determining residual stress in articles made of ferromagnetic materials | |
| RU2308009C1 (en) | Method of measuring residual stress in articles made of ferromagnetic materials | |
| Mazurek et al. | The use of a magnetic flux leakage in the assessment of the technical state of a steel wire rope subjected to bending | |
| RU2413195C1 (en) | Procedure for determination of remaining life of pipelines | |
| US3714820A (en) | Combined tensile e measurement and proof loading of lumber | |
| RU2298772C1 (en) | Method for determining residual stress state in articles manufactured from ferromagnetic materials | |
| Firdaus et al. | Detection of uniaxial fatigue stress under magnetic flux leakage signals using Morlet wavelet | |
| Muzhitskii et al. | Magnetic measurements of stressed-strained states and remaining service lives of steel structures in hoisting machines and pressurized vessels | |
| RU2435155C2 (en) | Procedure for determination of residual stresses by characteristics of material hardness | |
| Zergoug et al. | Mechanical stress analysis by eddy current method | |
| RU2585796C1 (en) | Method for quality control of articles | |
| RU2292028C1 (en) | Method of determining residual service life of metallic structures | |
| RU2204817C1 (en) | Procedure establishing technical state of materials of structural members | |
| Popov et al. | The method of magnetic coercimetry and its application to assess the residual life of lifting equipment | |
| Emelianov et al. | On the question of predicting the service life of lattice steel structural elements | |
| Ross et al. | Cycle-dependent stress relaxation of A-286 alloy | |
| Fonzo et al. | Industrial Application of SENT and Segment Testing on Deepwater Buckle Arrestor Assembly Installed by S-Lay | |
| RU2792195C1 (en) | Method for determining the effect of preliminary plastic deformation on the fatigue resistance of the material | |
| RU2750683C1 (en) | Method for determining mechanical characteristics of high-energy materials | |
| JPH02298854A (en) | Method for inspecting flaw of fiber reinforced composite material | |
| El Barkany et al. | Nondestructive evaluation methods of broken wire ropes of lifting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090801 |