RU2326356C1 - Magnetic method of determining axial mechanical stresses in complexly stressed magnetic material - Google Patents
Magnetic method of determining axial mechanical stresses in complexly stressed magnetic material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326356C1 RU2326356C1 RU2006142118/28A RU2006142118A RU2326356C1 RU 2326356 C1 RU2326356 C1 RU 2326356C1 RU 2006142118/28 A RU2006142118/28 A RU 2006142118/28A RU 2006142118 A RU2006142118 A RU 2006142118A RU 2326356 C1 RU2326356 C1 RU 2326356C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- change
- magnetic
- stresses
- mechanical stresses
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения механических напряжений в элементах металлоконструкций и может быть использовано для измерения осевых напряжений, возникающих в процессе эксплуатации газонефтепроводов, водопроводных систем, теплотрасс и других металлоконструкций, в которых создано внутреннее давление.The invention relates to the field of measuring mechanical stresses in elements of metal structures and can be used to measure axial stresses arising during the operation of gas and oil pipelines, water systems, heating mains and other metal structures in which internal pressure is created.
Известен способ измерения напряжений в элементах стальных конструкций (А.С. SU 731324, МКИ 2 G01L 1/12, опубл. 1980).A known method of measuring stresses in the elements of steel structures (A. S. SU 731324, MKI 2 G01L 1/12, publ. 1980).
Способ заключается в том, что исследуемый участок металлоконструкции с помощью дополнительного приспособления нагружают (или разгружают) на величину Δσ поэтапно, вначале на Δσ1 (первая ступень), затем на Δσ2 (вторая ступень). Для каждой ступени фиксируют соответствующее изменение сигнала ΔU1 и ΔU2 на выходе электромагнитного датчика. Соответственно для каждой ступени измеряют значения первой производной зависимости выходного сигнала датчика от приложенных напряжений. Берут среднее арифметическое значение первых производных, полученных на каждой ступени нагружения. Численное значение второй производной получают по изменению первых производных.The method consists in the fact that the studied metal section using an additional device is loaded (or unloaded) by Δσ in stages, first by Δσ 1 (first stage), then by Δσ 2 (second stage). For each stage, a corresponding change in the signal ΔU 1 and ΔU 2 is recorded at the output of the electromagnetic sensor. Accordingly, for each stage, the values of the first derivative of the dependence of the sensor output signal on the applied voltages are measured. Take the arithmetic mean of the first derivatives obtained at each stage of loading. The numerical value of the second derivative is obtained by changing the first derivatives.
Величину и знак искомых напряжений определяют, решая систему уравнений.The magnitude and sign of the desired stresses are determined by solving a system of equations.
Недостатком метода является низкая точность измерения, отсутствие строгой корреляции между используемыми формулами и результатами эксперимента.The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement, the absence of a strict correlation between the formulas used and the experimental results.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения полей напряжений в деталях из ферромагнитных материалов, который основан на зависимости относительного изменения амплитуды магнитного поля остаточно намагниченного участка металлоконструкции от величины приложенных напряжений (Патент RU 2154262, МПК 7 G01L 1/12, опубл. 2000).The closest in technical essence is the method for determining the stress fields in parts made of ferromagnetic materials, which is based on the dependence of the relative change in the amplitude of the magnetic field of the remanently magnetized section of the metal structure on the magnitude of the applied stresses (Patent RU 2154262, IPC 7 G01L 1/12, publ. 2000).
Способ основан на эффекте магнитоупругой памяти и заключается в следующем. Деталь или элемент металлоконструкции, в которой определяют напряжения, предварительно размагничивается. Затем в ненагруженном элементе производится с помощью электромагнита и импульсного генератора тока или постоянного магнита локальное намагничивание выбранных участков (наносится матрица магнитных меток) на интересующий участок поверхности или на всю деталь. Производится сканирование поверхности детали датчиком магнитного поля, соединенного с магнитометром, с записью магнитограмм самописцем. Затем производится нагружение, повторное сканирование поверхности детали и запись магнитограмм матрицы меток после нагружения. Далее определяется величина относительного изменения амплитуды магнитных меток (Нr0-Нri)/Hr0 до и после нагружения.The method is based on the effect of magnetoelastic memory and consists in the following. A part or element of a metal structure in which stresses are determined is demagnetized beforehand. Then, in an unloaded element, an electromagnet and a pulsed current generator or a permanent magnet are used to magnetize selectively local areas (a matrix of magnetic marks is applied) to the surface area of interest or to the entire part. The surface of the part is scanned by a magnetic field sensor connected to a magnetometer, with a recorder recording magnetograms. Then, loading, re-scanning the surface of the part and recording magnetograms of the label matrix after loading is performed. Next, the magnitude of the relative change in the amplitude of the magnetic marks (H r0 — H ri ) / H r0 is determined before and after loading.
Распределение полей действовавших напряжений строится в соответствии с матрицей магнитных меток по величине относительного изменения амплитуд напряженности магнитного поля магнитных меток и градуировочной кривой.The distribution of the fields of the acting stresses is constructed in accordance with the matrix of magnetic marks according to the magnitude of the relative change in the amplitudes of the magnetic field strength of the magnetic marks and the calibration curve.
Недостатком такого способа является необходимость определения величины напряженности магнитного поля Нr0 для ненагруженной металлоконструкции, что для находящихся в эксплуатации металлоконструкций сделать физически не возможно.The disadvantage of this method is the need to determine the magnitude of the magnetic field H r0 for unloaded metal structures, which is not physically possible for metal structures in operation.
Предлагаемое изобретение предназначено для решения задач оперативной оценки величины механических осевых напряжений в эксплуатируемых металлических трубопроводных системах.The present invention is intended to solve the problems of rapid assessment of the magnitude of the mechanical axial stresses in operated metal piping systems.
Техническим результатом изобретения являются повышение точности измерения, простота реализации способа, быстрота обработки полученных результатов.The technical result of the invention is to increase the measurement accuracy, ease of implementation of the method, the speed of processing of the results.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения осевых механических напряжений в металлических конструкциях путем намагничивания их участков в форме матрицы магнитных меток и измерения напряженности магнитного поля рассеяния остаточно намагниченных участков до и после нагружения, особенностью является то, что металлическую конструкцию, одновременно испытывающую несколько видов напряжений (сложно нагруженное состояние), например металлический трубопровод, имеющий исходное внутреннее давление и осевые механические напряжения намагничивают на выбранном участке в виде матрицы магнитных меток, измеряют напряженность магнитного поля рассеяния, уменьшают и снова восстанавливают внутреннее давление до исходного значения и по изменению напряженности магнитного поля рассеяния и ранее полученному градуировочному графику на моделях для тех же марок сталей определяют действующие в области магнитных меток осевые механические напряжения.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for determining axial mechanical stresses in metal structures by magnetizing their sections in the form of a matrix of magnetic marks and measuring the magnetic field strength of the scattering of the remanently magnetized sections before and after loading, the peculiarity is that the metal structure simultaneously experiences several types of stresses (difficult loaded state), for example, a metal pipeline having an initial internal pressure and axial The mechanical stresses are magnetized in the selected area in the form of a matrix of magnetic marks, the scattered magnetic field strength is measured, the internal pressure is reduced and restored to the original value, and the existing in the region are determined by changing the scattering magnetic field strength and the previously obtained calibration graph on models for the same steel grades magnetic marks axial mechanical stress.
Повышение точности измерений предлагаемым способом обусловлено учетом величины имеющихся в металлоконструкции механических напряжений. Быстрая обработка полученных результатов и определение величины действующих в металлоконструкции механических напряжений обусловлено тем, что до начала обследований получают градуировочный график зависимости изменения сигнала магнитометра от величины механической нагрузки при фиксированной величине изменения одной из составляющих напряжений и вносят эти результаты в ЭВМ. И уже, используя оперативные возможности компьютера, можно получить конечный результат измерений - величину одной из составляющих механических напряжений, действующих в сложно нагруженной металлоконструкции.Improving the measurement accuracy of the proposed method is due to taking into account the magnitude of the mechanical stresses present in the metal structure. Quick processing of the results and determination of the magnitude of the mechanical stresses acting in the metal structure is due to the fact that prior to the start of the surveys, a calibration graph is obtained showing the change in the magnetometer signal versus the value of the mechanical load for a fixed change in one of the component stresses and these results are entered into the computer. And already, using the operational capabilities of the computer, you can get the final measurement result - the value of one of the components of mechanical stresses acting in a complex metal structure.
Физическая сущность метода заключается в монотонном необратимом уменьшении эффекта магнитоупругого размагничивания сложно нагруженного магнетика (необратимого изменения напряженности магнитного поля рассеяния ΔН после уменьшения-увеличения одной из составляющих нагрузки) при уменьшении величины его осевой механической нагрузки.The physical essence of the method consists in a monotonous irreversible decrease in the effect of magnetoelastic demagnetization of a complexly loaded magnet (irreversible change in the scattering magnetic field ΔН after a decrease or increase in one of the load components) with a decrease in its axial mechanical load.
На фиг.1 представлен график зависимости необратимого изменения напряженности магнитного поля ΔН рассеяния магнитной метки на модели магистрального трубопровода из стали 09Г2С от величины механической нагрузки (осевое растяжение) за цикл уменьшения-увеличения варьируемой нагрузки, создаваемой изменением внутреннего давления, где кривая 1 соответствует изменению давления ΔР=7,5 МПа, кривая 2 - 12,5 МПа, кривая 3 - 25 МПа.Figure 1 shows a graph of the irreversible change in the magnetic field ΔН scattering of the magnetic mark on the model of the 09G2S steel pipeline from the value of the mechanical load (axial tension) for a cycle of reduction-increase of the varied load created by a change in internal pressure, where curve 1 corresponds to a change in pressure ΔР = 7.5 MPa, curve 2 - 12.5 MPa, curve 3 - 25 MPa.
На фиг.2 представлена матрица полюсов локально намагниченных участков (магнитных меток) исследуемого участка металлического трубопровода, позволяющая уменьшать влияние внешнего поля Земли или поля лаборатории, краевого эффекта на результаты измерения.Figure 2 presents the matrix of poles of locally magnetized sections (magnetic marks) of the studied section of the metal pipeline, which allows to reduce the influence of the external field of the Earth or the laboratory field, the edge effect on the measurement results.
При использовании матрицы магнитных меток создается участок одного направления намагниченности, чередующийся с участком противоположного направления намагниченности, расположенный между метками. Поэтому в результате действия внешнего магнитного поля на магнитную метку уменьшается остаточная намагниченность одного полюса (например, N), но увеличивается остаточная намагниченность другого полюса (S). В целом амплитуда магнитной метки не изменяется.When using a matrix of magnetic marks, a section of one direction of magnetization is created, alternating with a section of the opposite direction of magnetization, located between the marks. Therefore, as a result of the action of an external magnetic field on the magnetic label, the residual magnetization of one pole (for example, N) decreases, but the residual magnetization of the other pole (S) increases. In general, the amplitude of the magnetic mark does not change.
Из фиг.1 видно, что изменение напряженности магнитного поля рассеяния ΔН намагниченного участка после уменьшения - увеличения давления зависит от величины существующих осевых механических напряжений σ. Абсолютное изменение напряженности магнитного поля рассеяния ΔН тем больше, чем больше амплитуда изменения давления.Figure 1 shows that the change in the intensity of the scattering magnetic field ΔH of the magnetized section after decreasing - increasing pressure depends on the magnitude of the existing axial mechanical stresses σ. The absolute change in the intensity of the scattering magnetic field ΔН is greater, the greater the amplitude of the pressure change.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Участок металлической конструкции, одновременно испытывающей несколько видов напряжений (сложнонагруженное состояние), например металлический трубопровод (газо-, нефтепровод и др.), имеющий исходное внутреннее давление (кольцевые напряжения) и осевые механические напряжения, намагничивается. Для исключения внешнего магнитного поля наносится матрица магнитных меток (матрица локальных намагниченностей), например в виде, представленном на фиг.2.A section of a metal structure that is simultaneously experiencing several types of stresses (difficult state), for example, a metal pipeline (gas, oil pipeline, etc.), which has initial internal pressure (ring stresses) and axial mechanical stresses, is magnetized. To exclude the external magnetic field, a matrix of magnetic labels (a matrix of local magnetizations) is applied, for example, in the form shown in Fig. 2.
Намагничивание в форме матрицы магнитных меток осуществляется либо постоянными магнитами или электроимпульсным намагничивающим устройством при их контакте с поверхностью участка трубопровода, а величина максимумов напряженности магнитного поля рассеяния в соседних полюсах намагниченности измеряется магнитометром, например, в точке 1-H1max и в точке 2-Н2mах. Определяют разность ΔH=H1max-H2max экстремальных значений напряженности магнитного поля рассеяния в этих точках, которая является двойной амплитудой изменения напряженности магнитного поля рассеяния при переходе от одной метки к другой. Затем величину одной из составляющих нагрузки уменьшают и снова возвращают ее в исходное значение, с последующим повторным измерением напряженностей магнитного поля рассеяния Н'1max и H'2max в тех же точках соответственно. На примере трубопровода, который в процессе эксплуатации одновременно испытывает осевые и кольцевые напряжения, можно изменять кольцевые напряжения путем изменения внутреннего давления в трубопроводе этапными перекачивающими станциями. По изменению двойной амплитуды напряженности магнитного поля рассеяния ΔН-ΔН', которое происходит в результате снятия и возвращения в исходное состояние величины внутреннего давления, и ранее полученному градуировочному графику на моделях для тех же марок сталей, определяют действующие в области магнитных меток осевые механические напряжения.Magnetization in the form of a matrix of magnetic marks is carried out either by permanent magnets or by an electropulse magnetizing device in contact with the surface of the pipeline section, and the magnitudes of the maxima of the scattering magnetic field strength at adjacent magnetization poles are measured by a magnetometer, for example, at the point 1-H 1max and at the point 2-Н 2max . The difference ΔH = H 1max -H 2max of the extreme values of the scattering magnetic field strength at these points is determined, which is the double amplitude of the change in the scattering magnetic field strength when moving from one label to another. Then, the value of one of the components of the load is reduced and again returned to its original value, followed by repeated measurement of the scattering magnetic field strengths H ′ 1max and H ′ 2max at the same points, respectively. Using the example of a pipeline, which simultaneously experiences axial and ring stresses during operation, it is possible to change ring stresses by changing the internal pressure in the pipeline by stepwise pumping stations. From the change in the double amplitude of the scattering magnetic field ΔН-ΔН ', which occurs as a result of the removal and returning to the initial state of the internal pressure, and the previously obtained calibration graph on models for the same steel grades, the axial mechanical stresses acting in the field of magnetic marks are determined.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006142118/28A RU2326356C1 (en) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | Magnetic method of determining axial mechanical stresses in complexly stressed magnetic material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006142118/28A RU2326356C1 (en) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | Magnetic method of determining axial mechanical stresses in complexly stressed magnetic material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2326356C1 true RU2326356C1 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=39581447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006142118/28A RU2326356C1 (en) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | Magnetic method of determining axial mechanical stresses in complexly stressed magnetic material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2326356C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764001C1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" | Method for controlling mechanical stresses in steel structures by the magnetoelastic method |
-
2006
- 2006-11-28 RU RU2006142118/28A patent/RU2326356C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2764001C1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" | Method for controlling mechanical stresses in steel structures by the magnetoelastic method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qiu et al. | Characterization of applied tensile stress using domain wall dynamic behavior of grain-oriented electrical steel | |
| Kim et al. | A new sensitive excitation technique in nondestructive inspection for underground pipelines by using differential coils | |
| US20040183528A1 (en) | System and Method for In-Line Stress Measurement by Continuous Barkhausen Method | |
| Wu et al. | Influence of inhomogeneous stress on biaxial 3D magnetic flux leakage signals | |
| Augustyniak et al. | Discussion of derivability of local residual stress level from magnetic stray field measurement | |
| Zhou et al. | Stress detection and measurement in ferromagnetic metals using pulse electromagnetic method with U-shaped sensor | |
| Stupakov et al. | Alternative magnetic parameters for characterization of plastic tension | |
| He et al. | A numerical simulation method of nonlinear magnetic flux leakage testing signals for nondestructive evaluation of plastic deformation in a ferromagnetic material | |
| Martínez-Ortiz et al. | Influence of the maximum applied magnetic field on the angular dependence of Magnetic Barkhausen Noise in API5L steels | |
| Cheng | Nondestructive testing of back-side local wall-thinning by means of low strength magnetization and highly sensitive magneto-impedance sensors | |
| RU2326356C1 (en) | Magnetic method of determining axial mechanical stresses in complexly stressed magnetic material | |
| CN102175131B (en) | Method for measuring steel plate thickness by leakage magnetic field | |
| Hristoforou | Amorphous magnetostrictive wires used in delay lines for sensing applications | |
| RU2424509C1 (en) | Method of monitoring mechanical properties of steel structures and elastic stress therein and device for realising said method | |
| Song et al. | Optimization of the magnetic circuit in the MFL inspection system for storage-tank floors | |
| Kim et al. | Quantification of the Barkhausen noise method for the evaluation of time-dependent degradation | |
| Vasilenko et al. | The topography of the field and flux inside and above the surfaces of ferromagnetic plates during their contact and contactless magnetization | |
| Li et al. | A Nondestructive Testing Method of Incremental Permeability Based on Permanent Magnet Movement Magnetization | |
| RU2274840C1 (en) | Method for determining mechanical forces in structures made of ferromagnetic materials | |
| Shu et al. | The effect of stress and incentive magnetic field on the average volume of magnetic Barkhausen jump in iron | |
| Yan et al. | Increasing detection resolution of wire rope metallic cross-sectional area damage based on magnetic aggregation structure | |
| RU108626U1 (en) | DEVICE FOR LOCAL MEASUREMENT OF FERROMAGNETIC PHASE OF MATERIALS | |
| RU2483301C1 (en) | Method for local measurement of coercitive force of ferromagnetic objects | |
| WO2005095943A1 (en) | System and method for in-line stress measurement by continuous barkhausen technique | |
| Gobov et al. | Measuring coercive force in local domains of a sample |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091129 |