RU2585796C1 - Способ контроля качества изделий - Google Patents

Способ контроля качества изделий Download PDF

Info

Publication number
RU2585796C1
RU2585796C1 RU2014150298/28A RU2014150298A RU2585796C1 RU 2585796 C1 RU2585796 C1 RU 2585796C1 RU 2014150298/28 A RU2014150298/28 A RU 2014150298/28A RU 2014150298 A RU2014150298 A RU 2014150298A RU 2585796 C1 RU2585796 C1 RU 2585796C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
product
magnetic field
control points
sample
values
Prior art date
Application number
RU2014150298/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Александрович Дубов
Александр Анатольевич Дубов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Энергодиагностика" (ООО "Энергодиагностика")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Энергодиагностика" (ООО "Энергодиагностика") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Энергодиагностика" (ООО "Энергодиагностика")
Priority to RU2014150298/28A priority Critical patent/RU2585796C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2585796C1 publication Critical patent/RU2585796C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля остаточных напряжений в сварных соединениях и изделиях из ферромагнитных и парамагнитных материалов. Способ позволяет повысить точность контроля действующих и остаточных напряжений в изделии, определить предельное состояние изделия перед его разрушением и ресурс его эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата в точках поверхности контролируемого изделия, отстоящих друг от друга на равные расстояния, измеряют величину по меньшей мере одной составляющей напряженности магнитного поля. Далее определяют значение градиента магнитного поля для каждой пары соседних точек контроля и по полученным значениям градиентов находят зону концентрации напряжений (ЗКН). Для ЗКН рассчитывают значение магнитного показателя mпр, характеризующего предельное напряженное состояние изделия перед разрушением, и значение магнитного показателя mф, характеризующего фактическое напряженное состояние изделия. Используя полученные значения mпр и mф, оценивают предельное время эксплуатации изделия: Тпр=(mпр/mф)·Тф, где Tф - фактическое время эксплуатации изделия. Остаточный ресурс Tост эксплуатации изделия определяют по формуле: Тостпрф. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Изобретение относится к способам контроля остаточных напряжений в сварных соединениях и изделиях из ферромагнитных и парамагнитных материалов с осуществленными над ними различными технологическими операциями по распределению остаточной намагниченности, сформировавшейся естественным образом в процессе их изготовления, и может быть использовано в различных отраслях техники в качестве метода неразрушающего контроля.
Для отдельных деталей и изделий, а также для сварных соединений способ основан на регистрации собственных магнитных полей рассеяния (СМПР), возникающих в зонах концентрации остаточных напряжений, после их изготовления и охлаждения в магнитном поле Земли. При этом СМПР, характеризующие распределение остаточной намагниченности, отображают структурную и технологическую наследственность металла изделий и сварных соединений.
В условиях эксплуатации изделий остаточная намагниченность, сформировавшаяся при изготовлении, изменяется под действием напряжений и деформаций от рабочих нагрузок. В исследованиях установлено, что изменение намагниченности изделий и, соответственно, измеряемого СМПР при растяжении, сжатии, кручении и циклическом нагружении однозначно связано с максимальными рабочими напряжениями, что позволяет использовать параметр, как элемент магнитной памяти металла.
Таким образом, в способе используется магнитная память металла к зонам концентрации напряжений, обусловленным технологией изготовления изделий и действием рабочих нагрузок.
Физические основы «эффекта магнитной памяти металла» и практический опыт его использования для диагностики оборудования и конструкций изложен в ряде работ (Дубов А.А., Диагностика котельных труб с использованием магнитной памяти металла. Энергоатомиздат, 1995 г., 110 с.), (Власов В.Т., Дубов А.А. Физические основы метода магнитной памяти металла. М.: ЗАО «Тиссо», 2004 г., 424 с.), (Энергодиагностика - физическая основа метода магнитной памяти металла. Территория NTD, №2, 2014 г., с. 46-49).
Известны способы определения остаточных напряжений, основанные на использовании естественной намагниченности металла изделий (Патент РФ 2029262, G01/L 1/12, опубл. 1995 г.), (Патент РФ 2029263, G01/L 1/12, опубл. 1995 г.), (Патент СССР 1779954, G01/L 1/12, опубл. 1992 г.). Их ограничениями являются: распространение только для анализа ферромагнитных материалов, возможность определения только качественных характеристик изделия без осуществления выявления годных и негодных для эксплуатации изделий, невозможность контроля после осуществления над изделиями или деталями различных технологических операций.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является способ контроля качества изделий, использующий измерение напряженности Н магнитного поля на поверхности изделия и контроль остаточных напряжений в сварных соединениях и изделиях из ферромагнитных и парамагнитных материалов с осуществленными над ними различными техническими операциями. (Патент РФ 2214589, G01N 27/72, G01/L 1/12, опубл. 20.10.2003 г.).
В этом способе измеряют величину напряженности Н магнитного поля на поверхности изделия в точках контроля с одинаковой длиной Δх расстояния между двумя соседними точками контроля Δх=xi+1-xi, где i - номер точки, определяют величины модулей разности значений напряженности магнитного поля в точках контроля, определяют среднее значение коэффициента K и н max
Figure 00000001
, характеризующего средний уровень остаточных напряжений, путем суммирования величин упомянутых модулей и деления полученной суммы на количество модулей и длину расстояния между двумя соседними точками контроля, определяют минимальный коэффициент K и н min
Figure 00000002
путем деления минимальной величины модуля на расстояние между двумя точками контроля и определяют максимальный коэффициент K и н max
Figure 00000003
путем деления максимальной величины модуля на расстояние между двумя точками контроля, определяют коэффициент m = K и н min K и н max
Figure 00000004
или m = K и н m a n K и н min
Figure 00000005
, сравнивают коэффициенты, K и н c p
Figure 00000006
, m или p с соответствующими коэффициентами K и н c p *
Figure 00000007
, m* или р*, полученными аналогично для образца годного изделия, выполненного из того же материала, что и само изделие и с осуществленной над ним той же технологической операцией, что и над изделием, и при отклонении этих коэффициентов изделия K и н c p
Figure 00000008
, m или р от соответствующих коэффициентов K и н c p *
Figure 00000009
, m* или р* образца годного изделия это изделие бракуют.
Однако в известном способе не учитывается напряженное состояние изделия в момент приложения нагрузки и его относительное изменение по отношению к исходному состоянию, а также не производятся измерения максимальной величины напряженности магнитного поля, соответствующей максимальной величине напряжений, действующих в направлении, совпадающем с направлением измеряемого магнитного поля.
Кроме того, в известном способе не учитываются геометрические параметры магнитных аномалий, возникающие в локальных зонах максимальных напряжений и способ определения предельного значения магнитного показателя mпр, характеризующего предельное напряженное состояние металла изделия перед его разрушением. Во многих практических задачах очень важно определить изменение напряженного состояния изделия до и после приложения нагрузки или до и после какой-либо технологической операции в сравнении с исходным состоянием изделия. В известном способе при оценке качества изделия (или множества однотипных изделий) по сути сравниваются измеренные значения магнитного поля и его градиента с измеренными значениями этих параметров образца годного изделия. При этом не учитывается различие всех однотипных изделий, в том числе и образцовых, по структурной неоднородности и по внутренним напряжениям.
Таким образом, известный способ имеет недостаточную эффективность и точность контроля действующих и остаточных напряжений в изделиях, не позволяет определить предельное состояние изделия до его разрушения и ресурс эксплуатации.
Решаемая изобретением задача - расширение функциональных возможностей.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа, - повышение эффективности и точности контроля действующих и остаточных напряжений в изделиях, определение предельного состояния изделия перед его разрушением и ресурса его эксплуатации за счет более точного определения зон концентрации напряжений.
Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном способе контроля качества изделий, в котором измеряют величину напряженности Н магнитного поля на поверхности изделия в точках контроля с одинаковой длиной Δх расстояния между двумя соседними точками контроля Δх=xi+1-xi, где i - номер точки, определяют величины модулей разности значений напряженности магнитного поля в точках контроля, определяют среднее значение коэффициента K и н c p
Figure 00000010
, характеризующего средний уровень остаточных напряжений, путем суммирования величин упомянутых модулей и деления полученной суммы на количество модулей и длину расстояния между двумя соседними точками контроля, определяют минимальный коэффициент K и н min
Figure 00000011
путем деления минимальной величины модуля на расстояние между двумя точками контроля и определяют максимальный коэффициент K и н max
Figure 00000012
путем деления максимальной величины модуля на расстояние между двумя точками контроля, определяют коэффициент m = K и н min K и н max
Figure 00000013
или m = K и н max K и н min
Figure 00000014
, сравнивают коэффициенты K и н c p
Figure 00000015
, m или р с соответствующими коэффициентами K и н c p *
Figure 00000009
, m* или р*, полученными аналогично для образца годного изделия, выполненного из того же материала, что и само изделие и с осуществленной над ним той же технологической операцией, что и над изделием, и при отклонении этих коэффициентов изделия K и н c p
Figure 00000016
, m или р от соответствующих коэффициентов K и н c p *
Figure 00000009
, m* или р* образца годного изделия это изделие бракуют, согласно изобретению при измерении величины Н магнитного поля измеряют в каждой точке контроля по меньше мере одну составляющую магнитного поля, затем определяют в каждой точке контроля модульное значение результирующего поля | Δ H |
Figure 00000017
, определяют разность значений | Δ H |
Figure 00000018
между двумя соседними точками контроля, полученное значение | Δ H |
Figure 00000018
делят на длину расстояния Δх между двумя соседними точками контроля, и определяют значение градиентов результирующего магнитного поля К и н = | Δ H | / Δ x
Figure 00000019
, по зависимости К и н = | Δ H | / Δ x
Figure 00000020
определяют среднее значение коэффициента K и н c p
Figure 00000021
, минимальный коэффициент K и н min
Figure 00000022
, максимальный коэффициент K и н max
Figure 00000023
, m или р, по которым находят зону концентрации напряжений (ЗКН), при этом в зоне концентрации напряжений по известным | Δ H |
Figure 00000017
определяют магнитный показатель mпр, характеризующий предельное напряженное состояние изделия перед разрушением, согласно математическим выражениям:
Figure 00000024
и/или
Figure 00000025
и/или
Figure 00000026
где
| Δ H | T
Figure 00000027
- разность значений | Δ H |
Figure 00000017
между двумя соседними точками контроля, соответствующая пределу текучести,
| Δ H | B
Figure 00000028
- разность значений | Δ H |
Figure 00000017
между двумя соседними точками контроля, соответствующая пределу прочности,
| Δ H | п р
Figure 00000029
- разность значений | Δ H |
Figure 00000017
между двумя соседними точками контроля, соответствующая предельному значению напряжений в изделии,
| Δ H | с р
Figure 00000030
- разность значений | Δ H |
Figure 00000017
между двумя соседними точками контроля, соответствующая среднему значению напряжений в изделии,
σт - напряжение текучести,
σв - напряжение прочности,
σпр - предельное значение напряжений в зоне концентрации напряжений, определяют магнитный показатель тиф, характеризующий фактическое напряженное состояние изделия в зоне концентрации напряжений,
Figure 00000031
,
оценивают предельное время эксплуатации изделия
Figure 00000032
, где
Тф - фактическое время эксплуатации изделия,
и определяют остаточный ресурс Тост эксплуатации изделия Тостпрф.
Возможны дополнительные варианты осуществления способа, в которых целесообразно чтобы:
- при измерении величины Н магнитного поля измеряли в каждой точке контроля три составляющие магнитного поля - нормальную Ну и две взаимно-перпендикулярные тангенциальные составляющие Нх и Hz, затем определяют в каждой точке контроля модульное значение результирующего поля | H | = H x 2 + H y 2 + H z 2
Figure 00000033
.
- для определения предельного значения магнитного параметра mпр, характеризующего предельное напряженное состояние металла, из которого изготовлено изделие, производили испытания образца, изготовленного из того же металла, что и само изделие, на растяжение при приложении статической и/или циклической нагрузки до стадии разрушения образца, и, используя полученные в результате испытаний образца соответствующие параметрам σт, σв, σпр в зоне разрушения образца, определяют магнитный показатель mпр по соотношению
Figure 00000034
или
Figure 00000035
для статических испытаний образца или m п р = | Δ H | п р | Δ H | с р
Figure 00000036
для испытании на циклическую нагрузку, где | Δ H |
Figure 00000017
- модульная разность значений магнитного поля между двумя соседними точками контроля, а магнитный показатель mпр образца полагают равным магнитному показателю mпр изделия;
- определение Кин, K и н c p
Figure 00000037
, K и н min
Figure 00000038
, K и н max
Figure 00000039
, m или р выполняли бы в зонах концентрации напряжений изделия, характеризующиеся расстоянием между экстремальными значениями измеряемого магнитного поля | Δ H |
Figure 00000017
, равными или кратными геометрическим размерам изделия, например, его толщине, ширине, длине, диаметру.
Кроме того, возможны дополнительные варианты осуществления способа, указанные в ближайшем аналоге.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.
Фигура 1 изображает стандартный образец для его статического нагружения на разрывной машине;
Фиг. 2 - диаграмму напряжение-деформация «σ-ε», построенную по результатам испытания образца из стали 20 на растяжение, а также график изменения результирующего магнитного поля | Δ H |
Figure 00000017
в зависимости от деформации ε;
Фиг. 3 - то же, что фиг. 1, для циклического нагружения растяжением стандартного образца;
Фиг. 4 - диаграмму циклического деформирования «σ-ε», зафиксированную на образце из стали 20;
Фиг. 5 - временную зависимость тангенциальной составляющей магнитного поля Нх от циклической нагрузки растяжения с частотой 1 Гц для образца из стали 20;
Фиг. 6 - изменение амплитудного значения тангенциальной составляющей магнитного поля в ЗКН (в сечении А-А на фиг. 3) для образца из стали 20 в зависимости от числа циклов нагружения растягивающей нагрузкой (0,2÷0,95)σт с частотой 1 Гц;
Фиг. 7 - схему контроля узла А стыковки трубопроводов (⌀273 мм и ⌀600 мм) тепловой электростанции;
Фиг. 8 - результаты контроля трубы №51, диаметром 60 мм промежуточного экрана котла КВГМ-50 в зоне КН, где а) и б) типичные фрагменты распределения нормальной составляющей магнитного поля Ну в ЗКН; в) линии концентрации напряжении КН (Ну=0), зафиксированные в двухканальном режиме контроля (Hy1 и Ну2).
Фиг. 9 - зависимость распределения нормальной составляющей магнитного поля Ну в одном из участков газопровода с ЗКН;
Фиг. 10 - схему измерения напряженности магнитного поля, сформировавшегося при сварке (⌀108×6), с применением сканирующего устройства с трехкомпонентными феррозондовыми преобразователями;
Фиг.11 - распределение средней результирующей напряженности поля |Н| вдоль стыкового сварного шва образца (⌀159×6), где 1 - после сварки; 2 - после термической обработки; 3 - график снижения уровня остаточных напряжений в %;
Пример определения mпр при статическом нагружении растяжением стандартного образца в виде пластины на разрывной машине (фиг. 1).
Образец изготавливается из той же марки стали, что и самое изделие (трубопровод, сосуд, узел конструкции).
Испытание образца на растяжение выполняется одновременно с измерением собственного магнитного поля образца путем установки нескольких трехкомпонентных датчиков вдоль рабочей части образца вблизи его поверхности с равным расстоянием между центрами датчиков (фиг. 1). На этой фигуре обозначено В - верхний зажим; Н - нижний зажим; I, II, III, IV - номера трехкомпонентных датчиков (Hx„ Hy„ Hz); + - места установки датчиков. Датчики подключаются через преобразователь на ноутбук или к магнитометру с регистрирующим устройством и блоком памяти. С заранее заданной скоростью деформации к образцу прикладывается нагрузка растяжения вплоть до его разрушения. На регистраторе разрывной машины строится диаграмма нагрузка-удлинение «Р-Δl» с дальнейшим ее переводом по известным правилам в диаграмму напряжение-деформация «σ-ε».
На фиг. 2 показана диаграмма «σ-ε», построенная по результатам испытания образца из стали 20 на растяжение. Здесь же на фиг. 2 представлен график изменения результирующего магнитного поля | Δ H |
Figure 00000017
в зависимости от деформации ε. При этом изменение результирующего магнитного поля | Δ H |
Figure 00000017
учитывает относительное изменение состояния образца по отношению к исходному и рассчитывается по результатам измерения трехкомпонентным датчиком в ближайшей точке к месту разрыва образца, далее по графику, представленному на фиг. 2, делается их сопоставление и определяются значения | Δ H |
Figure 00000017
, соответствующие пределу текучести | Δ H | т
Figure 00000040
, пределу прочности | Δ H | в
Figure 00000041
и предельному значению напряжений в шейке образца в момент его разрушения | Δ H | п р
Figure 00000042
.
Используя полученные в результате испытаний образца значения | Δ H |
Figure 00000017
, соответствующие механическим параметрам σт, σв, σпр, определяется предельное значение магнитного показателя mпр:
Figure 00000043
или
Figure 00000044
где σпр - предельное (истинное) значение напряжений в зоне максимального сужения образца (в «шейке»).
Подставляя численные значения магнитных и механических параметров из результатов испытаний образца (см. фиг. 2) в соотношения (1) и (2), получаем:
Figure 00000045
Figure 00000046
Численные значения соотношений (1) и (2), полученные при разных уровнях напряжений и деформаций оказались примерно равными с незначительной погрешностью:
Figure 00000047
Энергетические соотношения (1) и (2), полученные при испытании образца, используются при определении предельного значения mпр непосредственно для изделия, изготовленного из того же материала, что и образец.
Пример определения mпр при циклическом нагружении растяжением стандартного образца из стали 20 в виде пластины на разрывной машине (фиг. 3). На фигуре 3 показана форма и размеры образцов для испытаний на циклическую нагрузку растяжения, где ЗКН - зона концентрации напряжений - зона контроля, а О - отверстия для установки в зажимы испытательной машины.
В середине образца выполняется сужение сечения с целью определения места предполагаемого разрушения и максимального деформирования и, соответственно, с целью определения места установки трехкомпонентного датчика регистрирующего прибора, фиксирующего изменение | Δ H |
Figure 00000017
или | Δ H x |
Figure 00000048
- тангенциальной составляющей магнитного поля вдоль приложения амплитудной нагрузки растяжения.
При испытании образца на циклическую нагрузку растяжения допускается измерять только тангенциальную составляющую магнитного поля и ее изменение | Δ H x |
Figure 00000049
вдоль приложения амплитудной нагрузки, так как составляющая Нх жестко связана с двумя другими составляющими измеряемого трехкомпонентным датчиком объемного магнитного поля Нy и Hz, а энергетические соотношения (1) и (2), рассчитанные по изменению | Δ H x |
Figure 00000050
и по изменению результирующего магнитного поля будут одни и те же.
Величину амплитуды нагрузки растяжения и частоту ее приложения выбирают в зависимости от условий приложения рабочих нагрузок на изделие для которого ставится задача определения параметра mпр. Для реального изделия, испытывающего несколько видов нагрузок, необходимо измерение трех составляющих магнитного поля - нормальной Ну и двух взаимно-перпендикулярных тангенциальных составляющих Нх и Hz. Затем определяют в каждой точке контроля модульное значение результирующего поля | H | = H x 2 + H y 2 + H z 2
Figure 00000051
. Для изделий, испытывающего нагрузку в одном направлении, можно ограничиться только одной из составляющих.
На фигуре 4 представлена диаграмма циклического деформирования «σ-ε» на образце из стали 20 циклического деформирования растяжением в диапазоне нагрузок (0,2÷0,95) σт при частоте приложения нагрузки 1 Гц.
На фигуре 5 показан фрагмент изменения тангенциальной составляющей магнитного поля Нх от количества циклического нагружения растяжения (N), соответствующая указанным параметрам нагружения на диаграмме «σ-ε» для образца из стали 20. Здесь Pmax и Pmin - положения кривой Нх, зафиксированные в момент приложения, соответственно, максимальной и минимальной нагрузки в установившийся режиме после 5000 циклов нагрузки N. Из фиг. 5 видно, что модульное значение амплитудного изменения магнитного поля в установившемся режиме приложения циклической нагрузки равно:
Figure 00000052
На фигуре 6 показано амплитудное изменение тангенциальной составляющей магнитного поля | Δ H x |
Figure 00000053
в зависимости от числа циклов нагружения N, полученное на основе анализа результатов на всех этапах испытаний образца из стали 20 с приложением нагрузки растяжения (0,2÷0,95) σт и частотой 1 Гц вплоть до разрушения образца. Здесь I - начальный этап приложения циклической нагрузки (несколько циклов); II - установившийся режим; III - заключительный этап приложения циклической нагрузки вплоть до разрушения образца. Из фиг. 6 видно, что в установившимся режиме приложения циклической нагрузки в диапазоне от начальных циклов (~1-5 циклов) до ~56×103 циклов амплитудное значение изменения | Δ H x |
Figure 00000054
примерно равно 150 А/м. На заключительном этапе (III) примерно после 65×103 циклов непосредственно перед разрушением образца зафиксированное значение | Δ H x |
Figure 00000055
примерно равно 225 А/м.
Определение mпр на основе испытаний образцов с циклической нагрузкой выполняется в соответствии с соотношением:
Figure 00000056
где | Δ H | п р
Figure 00000057
- предельное значение амплитудного значения тангенциальной составляющей магнитного поля, соответствующее моменту разрушения образца;
| Δ H | с р
Figure 00000058
- среднее амплитудное значение тангенциальной составляющей магнитного поля в установившемся режиме приложения циклической нагрузки N (этап II).
При измерении магнитного поля трехкомпонентным датчиком, соотношение (3) будет иметь следующее выражение:
Figure 00000059
На основе соотношения (3) определяем численное значение mпр по результатам испытаний на циклическую нагрузку образца из стали 20 (фиг. 6):
Figure 00000060
Численное значение параметра mпр (5), полученное при циклических испытаниях, должно соответствовать численному значению энергетического соотношения (2), полученному при статических испытаниях аналогичных образцов, одинаковых по форме, типоразмеру и изготовленных из одной марки стали. Механические характеристики для рассматриваемого образца из стали 20, полученные при статических испытаниях равны:
Figure 00000061
Figure 00000062
На основе сравнения магнитных и механических параметров получаем численное подтверждение энергетических соотношений (1) и (5) для образца из стали 20 по результатам циклических испытаний:
Figure 00000063
Представленные примеры результатов испытаний однотипных образцов, изготовленных из одной марки стали на статическую и циклическую нагрузку растяжения свидетельствуют о том, что образцы имеют одинаковую энергоемкость, которая характеризует их одинаковое предельное состояние перед разрушением независимо от вида и величины прилагаемой нагрузки (статической или циклической). При этом предельное состояние наступает в разное время в зависимости от вида и величины прилагаемой нагрузки.
На основе полученных результатов испытаний, согласно изобретению, предлагается использовать магнитомеханические энергетические соотношения (1), (2) и (3) для оценки ресурса различных изделий в условиях их эксплуатации и технологических обработок.
При определении градиента магнитного поля Кин и, соответственно, магнитного параметра m в зонах концентрации напряжений (ЗКН) изделий, в отличие от ближайшего аналога по данному изобретению используются геометрические характеристики магнитных аномалий, возникающих в ЗКН, обусловленные магнитомеханическими закономерностями и геометрическими параметрами изделия.
На фиг. 7 представлены результаты контроля узла стыковки трубопровода диаметром 273 мм сброса пара в конденсатор от линии промперегрева диаметром 600 мм тепловой схемы электростанции. Данные трубы работают в разных условиях по температурной компенсации. В результате труба меньшего диаметра оказалась подвержена циклическому воздействию скручивающей нагрузки в периоды изменения рабочих параметров. При контроле методом магнитной памяти металла в зоне сварного соединения (узел А) были выявлены линии изменения знака нормальной составляющей магнитного поля Ну (линии Ну=0), расположенные перпендикулярно сварному шву. При этом расстояние 4 между линиями Ну=0 оказалось кратным толщине стенки трубы δ: lk=(1÷2)δ.
На фигуре 8 представлены результаты контроля котельной трубы диаметром dн=60 мм. Стрелками ↑↑ - показано направление измерения магнитного поля рассеяния Ну1 и Ну2. Из фиг. 8 видно, что расстояние lk между экстремальными значениями нормальной составляющей поля Ну равно (кратно) половине или одному диаметру трубы: lk=0,5 dн или lk=dн.
В результате проведения многочисленных экспериментальных работ установлено, что линии Ну=0, соответствуют линиям концентрации напряжений, которые обусловлены расположением площадок скольжения на поверхности металла труб, возникающих в ЗКН под действием рабочих нагрузок.
При контроле протяженных трубопроводов установлено также, что расстояние между экстремальными значениями измеряемого магнитного поля может быть равно или кратно длине отдельных труб (lтр), сваренных между собой в трубопровод, т.е. lk=lтр.
Использование геометрических характеристик магнитных аномалий, обусловленных геометрическими параметрами изделия, позволяет при контроле отличать полезные сигналы (аномалии) от помех, что позволяет на практике более эффективно определять участки с зонами концентрации напряжений, в которых наиболее интенсивно развиваются повреждения.
Используя магнитомеханические энергетические соотношения (1) и (2), полученные на образцах в экспериментальных исследованиях, осуществляется определение предельного состояния металла и ресурса однотипных изделий и узлов оборудования, находящихся в эксплуатации.
Для осуществления предлагаемого способа во время ремонта изделий (после снятия рабочей нагрузки) измеряют вдоль поверхности изделия собственное магнитное поле и его составляющие (Нх, Ну, Hz) затем определяют в каждой точке контроля модульное значение результирующего поля |H| (или одной из составляющих поля) и его градиента на длине между двумя соседними точками контроля
Figure 00000064
и далее, в соответствии с известным способом для ближайшего аналога, определяют среднее значение градиента K и н с р
Figure 00000065
, характеризующего средний уровень остаточных напряжений. При этом в отличие от ближайшего аналога для определения магнитных параметров K и н с р
Figure 00000066
, K и н п р
Figure 00000067
, и mпр могут использоваться геометрические характеристики магнитных аномалий, возникающих в ЗКН.
Рассмотрим предлагаемое техническое решение для определения предельного состояния и ресурса изделий на следующем примере.
При контроле газопроводов ⌀219×8 мм из трубной стали было выявлено 37 участков с магнитными аномалиями, характеризующие ЗКН, с расстоянием lk между экстремальными значениями нормальной составляющей магнитного поля, равными одной или двум толщинам стенки.
На фигуре 9 приведен пример распределения нормальной составляющей магнитного поля Ну в одном из участков газопровода с ЗКН. Из фиг. 9 видно, что расстояние между максимальным и минимальным значением поля Ну примерно равно толщине стенки трубы: δ=8,3 мм.
Выполненные расчеты показали, что среднее значение градиента нормальной составляющей магнитного поля для всех аналогичных участков составляет: K и н с р = 10,6 × 10 3  (A/м 2 )
Figure 00000068
. Максимальное значение градиента поля K и н max
Figure 00000069
, зафиксированное при контроле на одном из участков с ЗКН, оказалось равным 20,2×103 (А/м2).
Из соотношения (3) определяем значение предельного магнитного параметра mпр по справочным данным σв и σт для трубной стали 20.
Figure 00000070
Фактическое значение магнитного параметра т для ЗКН с K и н max
Figure 00000071
равно:
Figure 00000072
Таким образом, в зоне максимальной концентрации напряжений фактическое значение mф меньше mпр:
Figure 00000073
Фактическое время эксплуатации газопровода Тф на дату контроля составляло 246.000 час.
Предельное время эксплуатации газопровода на участке с ЗКН равно:
Figure 00000074
Остаточный ресурс участка газопровода в ЗКН (до достижения предельного состояния металла - образование микротрещины) составляет:
Figure 00000075
С целью определения изменения напряженного (энергетического) состояния изделия до и после приложения нагрузки, или до и после какой-либо технологической операции в сравнении с исходным состоянием изделия измеряют вдоль поверхности изделия собственное магнитное поле или его составляющие (Hx, Ну, Hz) определяют в каждой точке контроля модульное значение результирующего поля |H| до и после какой-либо технологической операции, затем в каждой точке контроля определяют разность между значениями результирующего поля до и после технологической операции (|ΔH|) и находят соотношение:
Figure 00000076
где |H|0 и |H|к - модульное значение результирующего поля, соответственно, до и после технологической операции.
По соотношению (6) судят о качестве (эффективности) выполненной технологической операции над изделием или о результатах изменения напряженно-деформированного состояния изделия от воздействия нагрузки. Критерием оценки эффективности технологической операции полагается процентное (или долевое) изменение магнитного поля |ΔH| и, соответственно напряженного состояния по отношению к |Н|0, характеризующего исходное напряженное состояние изделия.
Определение напряженного (энергетического) состояния изделия рассмотрим на примере технологической операции - термической обработки стыкового сварного соединения участка стальной трубы диаметром 159×6 мм.
На фигуре 10 приведена схема измерения трех составляющих напряженности магнитного поля вдоль поверхности сварного шва. Сканирование осуществлялось вдоль сварного шва трехкомпонентными датчиками. Два датчика (№1 и №3) были установлены в зоне термического влияния шва и один датчик (№2) - по центру шва. По результатам измерения по каждому датчику выполнялся расчет результирующего магнитного поля |H1|, |H2| и |H3|.
Измерения магнитного поля по схеме, указанной на фиг. 10, на данном сварном шве выполнялись до и после термической обработки. Оценка эффективности термической обработки сварного шва, направленной на снижение остаточных сварочных напряжений выполнялась на основе сравнения магнитограмм, построенным по результатам указанных измерений. По соотношению (6) находится разность между значениями результирующего магнитного поля, зафиксированными до и после термообработки по каждому трехкомпонентному датчику.
На фигуре 11 приведены магнитограммы, построенные вдоль периметра сварного шва по результатам измерений и расчетов результирующего магнитного поля, измеренного датчиком №2, расположенного по центру сварного шва. Магнитограмма 1 отображает напряженное состояние металла сварного шва до термической обработки, а магнитограмма 2 - после термической обработки.
На этой же фигуре 11 приведен график 3, характеризующий изменение напряженного состояния металла сварного шва после термической обработки, построенный в соответствии с соотношением (6). Из графика 3 видно, что снижение уровня остаточных сварочных напряжений после термической обработки произошло на величину от 20% до 70% по периметру сварного шва, что значительно повышает его прочность и ресурс.
Оценка эффективности термической обработки по снижению остаточных напряжений по зонам термического влияния шва, аналогичным способом может быть выполнена путем обработки результатов измерений по соотношению (6) для датчиков №1 и №3 (см. фиг. 10).
При использовании данного способа предоставляется возможность 100% экспресс-контроля изделий или оборудования, позволяющего выполнить раннюю диагностику повреждений и выявить ЗКН - основные источники развития повреждений («зародыши дефектов»). Эта возможность открывает принципиально новый подход и в оценке ресурса изделий и оборудования.
Наиболее успешно заявленный «Способ контроля качества изделий» промышленно применим для:
- контроля технологий изготовления, остаточных напряжений, качества металла и сварных соединений изделий на металлургических заводах и в машиностроении;
- трубопроводов, сосудов, оборудования, любых конструкций и изделий (из ферромагнитного и парамагнитного аустенитного материала) во всех отраслях промышленности при изготовлении, ремонте и эксплуатации;
- грузоподъемных вращающихся механизмов;
- исследования механических свойств металла в лабораторных условиях.

Claims (4)

1. Способ контроля качества изделий, заключающийся в том, что измеряют величину напряженности Н магнитного поля на поверхности изделия в точках контроля с одинаковой длиной Δx расстояния между двумя соседними точками контроля Δx =xi+1-xi, где i - номер точки, определяют величины модулей разности значений напряженности магнитного поля в точках контроля, определяют среднее значение коэффициента, К и н с р
Figure 00000077
, характеризующего средний уровень остаточных напряжений, путем суммирования величин упомянутых модулей и деления полученной суммы на количество модулей и длину расстояния между двумя соседними точками контроля, определяют минимальный коэффициент К и н min
Figure 00000078
путем деления минимальной величины модуля на расстояние между двумя точками контроля и определяют максимальный коэффициент К и н max
Figure 00000079
путем деления максимальной величины модуля на расстояние между двумя точками контроля, определяют коэффициент m = К и н min K и н max
Figure 00000080
или p = К и н max K и н min
Figure 00000081
, сравнивают коэффициенты К и н с р
Figure 00000077
, m или p с соответствующими коэффициентами К и н с р *
Figure 00000082
, m* или p*, полученными аналогично для образца годного изделия, выполненного из того же материала, что и само изделие и с осуществленной над ним той же технологической операцией, что и над изделием, и при отклонении этих коэффициентов изделия К и н с р
Figure 00000077
, m или p от соответствующих коэффициентов К и н с р *
Figure 00000082
, m* или p* образца годного изделия это изделие бракуют, отличающийся тем, что при измерении величины H магнитного поля измеряют в каждой точке контроля по меньшей мере одну составляющую магнитного поля, затем определяют в каждой точке контроля модульное значение результирующего поля |H|, определяют разность значений |ΔH| между двумя соседними точками контроля, полученное значение |ΔH| делят на длину расстояния Δx между двумя соседними точками контроля, и определяют значение градиентов результирующего магнитного поля Кин=|ΔН|/Δx, по зависимости Кин=|ΔН|/Δx определяют среднее значение коэффициента К и н с р
Figure 00000077
, минимальный коэффициент К и н min
Figure 00000078
, максимальный коэффициент К и н max
Figure 00000079
, m или p, по которым находят зону концентрации напряжений, при этом в зоне концентрации напряжений по известным |ΔH| определяют магнитный показатель mпр, характеризующий предельное напряженное состояние изделия перед разрушением, согласно математическим выражениям
Figure 00000083

и/или m п р = | Δ H | п р | Δ H | в = σ п р σ в
Figure 00000084
,
и/или m п р = | Δ H | п р | Δ H | с р
Figure 00000085
, где
|ΔH|т - разность значений |ΔH| между двумя соседними точками контроля, соответствующая пределу текучести,
|ΔH|в - разность значений |ΔH| между двумя соседними точками контроля, соответствующая пределу прочности,
|ΔH|пр - разность значений |ΔH| между двумя соседними точками контроля, соответствующая предельному значению напряжений в изделии,
|ΔH|ср - разность значений |ΔH| между двумя соседними точками контроля, соответствующая среднему значению напряжений в изделии,
σ
Figure 00000086
т - напряжение текучести,
σ
Figure 00000087
в - напряжение прочности,
σ
Figure 00000088
пр - предельное значение напряжений в зоне концентрации напряжений,
определяют магнитный показатель mф, характеризующий фактическое напряженное состояние изделия в зоне концентрации напряжений, m ф = К и н max K и н с р
Figure 00000089
, оценивают предельное время эксплуатации изделия T п р = m п р m ф × Т ф
Figure 00000090
, где Тф - фактическое время эксплуатации изделия,
и определяют остаточный ресурс Тост эксплуатации изделия Тостпрф.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при измерении величины Н магнитного поля измеряют в каждой точке контроля три составляющие магнитного поля - нормальную Hy и две взаимно-перпендикулярные тангенциальные составляющие Hx и Hz, затем определяют в каждой точке контроля модульное значение результирующего поля | H | = H x 2 + H y 2 + H z 2
Figure 00000091
.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения предельного значения магнитного параметра mпр, характеризующего предельное напряженное состояние металла, из которого изготовлено изделие, производят испытания образца, изготовленного из того же металла, что и само изделие, на растяжение при приложении статической и/или циклической нагрузки до стадии разрушения образца, и, используя полученные в результате испытаний образца |ΔH|, соответствующие параметрам σ
Figure 00000092
т, σ
Figure 00000093
в, σ
Figure 00000094
пр в зоне разрушения образца, определяют магнитный показатель mпр по соотношению
m п р = | Δ H | В | Δ H | Т = ( σ В σ Т ) 2
Figure 00000095
или m п р = | Δ H | п р | Δ H | в = σ п р σ в
Figure 00000096
для статических испытаниях образца или m п р = | Δ H | п р | Δ H | с р
Figure 00000085
для испытаний на циклическую нагрузку, где |ΔH| - модульная разность значений результирующего магнитного поля Н между двумя соседними точками контроля, а магнитный показатель mпр образца полагают равным магнитному показателю mпр изделия.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение Кин, К и н с р
Figure 00000077
, К и н min
Figure 00000078
, К и н max
Figure 00000079
, m или p выполняют в зонах концентрации напряжений изделия, характеризующихся расстоянием между экстремальными значениями измеряемого магнитного поля |ΔH|, равными или кратными геометрическим размерам изделия, преимущественно его толщине, ширине, длине, диаметру.
RU2014150298/28A 2014-12-12 2014-12-12 Способ контроля качества изделий RU2585796C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150298/28A RU2585796C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Способ контроля качества изделий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150298/28A RU2585796C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Способ контроля качества изделий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2585796C1 true RU2585796C1 (ru) 2016-06-10

Family

ID=56115088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014150298/28A RU2585796C1 (ru) 2014-12-12 2014-12-12 Способ контроля качества изделий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2585796C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113720500A (zh) * 2021-08-31 2021-11-30 西红柿科技(武汉)有限公司 一种用于钢结构的应力监测传感器及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1727004A1 (ru) * 1990-02-06 1992-04-15 Московское Производственное Объединение Энергетики И Электрификации "Мосэнерго" Способ определени зон остаточных напр жений в издели х из ферромагнитного материала
RU2155943C2 (ru) * 1997-07-09 2000-09-10 Дубов Анатолий Александрович Способ определения напряженно-деформированного состояния изделия из ферромагнитного материала и устройство для осуществления этого способа
RU2207530C1 (ru) * 2001-12-25 2003-06-27 Дубов Анатолий Александрович Способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния
RU2308009C1 (ru) * 2006-09-07 2007-10-10 ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1727004A1 (ru) * 1990-02-06 1992-04-15 Московское Производственное Объединение Энергетики И Электрификации "Мосэнерго" Способ определени зон остаточных напр жений в издели х из ферромагнитного материала
RU2155943C2 (ru) * 1997-07-09 2000-09-10 Дубов Анатолий Александрович Способ определения напряженно-деформированного состояния изделия из ферромагнитного материала и устройство для осуществления этого способа
RU2207530C1 (ru) * 2001-12-25 2003-06-27 Дубов Анатолий Александрович Способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния
RU2308009C1 (ru) * 2006-09-07 2007-10-10 ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113720500A (zh) * 2021-08-31 2021-11-30 西红柿科技(武汉)有限公司 一种用于钢结构的应力监测传感器及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10883965B2 (en) Methods of using nondestructive material inspection systems
Dubov et al. Assessment of the material state of oil and gas pipelines based on the metal magnetic memory method
Bao et al. Defect identification in ferromagnetic steel based on residual magnetic field measurements
US10823701B2 (en) Methods and systems for nondestructive material inspection
Xu et al. Investigation of metal magnetic memory signals of welding cracks
Xing et al. Quantitative metal magnetic memory reliability modeling for welded joints
CN111656182B (zh) 工厂设备的检查方法
WO2020262364A1 (ja) プラントの検査方法及びプラントの補修方法
RU2585796C1 (ru) Способ контроля качества изделий
Habibalahi et al. Forward to residual stress measurement by using pulsed eddy current technique
RU2234079C2 (ru) Способ и устройство определения остаточного ресурса тонкостенных оболочек из резервуарных и трубных сталей
Gansel et al. Detection and characterization of fatigue cracks in butt welds of offshore structures using the eddy current method
Panetta et al. Mechanical damage characterization in pipelines
Naumkin et al. The assessment of the individual resource of the welded joint during repairs of the technological pipeline
RU2207530C1 (ru) Способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния
Horn et al. A method for determination of stress and fatigue in risers and wellheads
RU2298772C1 (ru) Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов
Roskosz Capabilities and limitations of using the residual magnetic field in NDT
RU2777695C1 (ru) Способ оценки стойкости сталей и сплавов к коррозии
Yee et al. A reversing direct current potential drop system for detecting and sizing fatigue cracks along weld toes
RU2717557C1 (ru) Способ оценки остаточного ресурса змеевиков реакционных печей
Nikbin Evaluating creep cracking in welded fracture mechanics specimens
Kolokolnikov et al. Physical basics, practical capabilities and purposes of the metal magnetic memory method application for technical diagnostic of critical industrial equipment
Kumar et al. Detection of creep damage and fatigue failure in thermal power plants and pipelines by non-destructive testing techniques. A review
Pickett et al. Prediction of the Low Cycle Fatigue Life of Pressure Vessels

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171213

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190828