RU2777695C1 - Method for assessing the resistance of steels and alloys to corrosion - Google Patents

Method for assessing the resistance of steels and alloys to corrosion Download PDF

Info

Publication number
RU2777695C1
RU2777695C1 RU2021132922A RU2021132922A RU2777695C1 RU 2777695 C1 RU2777695 C1 RU 2777695C1 RU 2021132922 A RU2021132922 A RU 2021132922A RU 2021132922 A RU2021132922 A RU 2021132922A RU 2777695 C1 RU2777695 C1 RU 2777695C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
corrosion
activity
local
magnetic hysteresis
excessive
Prior art date
Application number
RU2021132922A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Александрович Соколов
Виталий Федорович Новиков
Камиль Рахимчанович Муратов
Original Assignee
Роман Александрович Соколов
Filing date
Publication date
Application filed by Роман Александрович Соколов filed Critical Роман Александрович Соколов
Application granted granted Critical
Publication of RU2777695C1 publication Critical patent/RU2777695C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: corrosion protection.
SUBSTANCE: invention relates to a method for non-destructive magnetic control of local zones of increased corrosion activity. A method for monitoring zones of excessive corrosion activity of steel metal structures consists in the local determination of the magnetization reversal curve: the magnetic hysteresis loop, while magnetic hysteresis loops are represented as a time-varying signal, analyzed by Fourier spectral functions, the magnitude of harmonic components or their combinations determine the corrosion rate at the measurement site and find areas with excessive corrosion activity for each specific aggressive environment.
EFFECT: reduction in the complexity of determining the values of corrosion characteristics, an increase in the efficiency and resolution of sorting ferromagnetic materials and equipment by local corrosion activity and corrosion compatibility of the connected elements at the stages of manufacture, construction, installation, repair, reconstruction, operation and technical diagnostics.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и предназначено для контроля локальных зон повышенной коррозионной активности ферромагнитных материалов, изделий, оборудования и конструкций на этапе изготовления, строительства, монтажа, ремонта, реконструкции, эксплуатации и технического диагностирования при помощи комплекса магнитных параметров. The invention relates to non-destructive testing methods and is intended for monitoring local areas of increased corrosivity of ferromagnetic materials, products, equipment and structures at the stage of manufacturing, construction, installation, repair, reconstruction, operation and technical diagnostics using a set of magnetic parameters.

Известен способ определения скорости коррозии подземных сооружений, включающий размещение устройства для оценки скорости коррозии в коррозионной среде. Способ основан на возбуждении ультразвуковых колебаний в образце-свидетеле, прием отраженных от поврежденной коррозией поверхности образца-свидетеля эхо-сигналов, анализ эхо-сигналов, расчет толщины образца по времени прихода эхо-сигналов, определение скорости и вида коррозии по изменению значений текущей толщины образца-свидетеля относительно начальной [RU2536779C1, МПК G01N17/02, опубл. 27.12.2014. Способ определения скорости коррозии металлических сооружений и устройство для его реализации]. A known method for determining the corrosion rate of underground structures, including the placement of a device for estimating the corrosion rate in a corrosive environment. The method is based on the excitation of ultrasonic vibrations in the witness sample, the reception of echo signals reflected from the surface of the witness sample damaged by corrosion, the analysis of echo signals, the calculation of the sample thickness from the time of arrival of echo signals, the determination of the rate and type of corrosion by changing the values of the current thickness of the sample -witness regarding the initial [RU2536779C1, IPC G01N17/02, publ. 12/27/2014. A method for determining the corrosion rate of metal structures and a device for its implementation].

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

− - значительные затраты времени на проведение контроля;− - significant time spent on control;

− - наличие контактных поверхностей, подвергающихся интенсивному износу;− - the presence of contact surfaces subject to intense wear;

− - высокая требовательность к качеству контакта датчиков с поверхностью;− - high demands on the quality of contact of sensors with the surface;

Известен гравиметрический способ определения скорости коррозии, заключающийся в оценке изменения массы образца, подверженного коррозии [Коррозионная стойкость оборудования химических производств: Способы защиты оборудования от коррозии. Справ. изд. / Под ред. A.M. Сухотина. - Л.: Химия, 1987. - С.6-12]. Также известен способ определения скорости коррозии по поляризационным кривым [Александров Ю.В. Коррозия газонефтепроводов. Электрохимические методы защиты / Ю.В. Александров. - СПб.: «Недра», 2011. - С.70-85], заключающийся в проведении потенциостатических измерений с использованием образцов металла с построением поляризационных кривых, скорость коррозии оценивается по углу наклона построенных кривых. Данные способы имеют существенное ограничение по месту применения и реализуются только в лабораторных условиях.Known gravimetric method for determining the corrosion rate, which consists in assessing the change in the mass of the sample subject to corrosion [Corrosion resistance of chemical production equipment: Methods for protecting equipment from corrosion. Ref. ed. / Ed. A.M. Sukhotin. - L.: Chemistry, 1987. - S.6-12]. Also known is a method for determining the corrosion rate by polarization curves [Aleksandrov Yu.V. Corrosion of gas and oil pipelines. Electrochemical protection methods / Yu.V. Alexandrov. - SPb.: "Nedra", 2011. - P.70-85], which consists in carrying out potentiostatic measurements using metal samples with the construction of polarization curves, the corrosion rate is estimated from the slope of the constructed curves. These methods have a significant limitation on the place of application and are implemented only in laboratory conditions.

Известен способ определения стойкости труб из ферромагнитной стали к внутри котловой коррозии [SU 571658 A1, МПК6 F22B 37/10, F28F 19/00, G01N 17/00, опубл. 05.09.1977], состоящий в измерении коэрцитивной силы материала, значение которой при определенных условиях зависит от толщины металла, изменяющегося при коррозионном разрушении стали.A known method for determining the resistance of pipes made of ferromagnetic steel to inside boiler corrosion [SU 571658 A1, MPK6 F22B 37/10, F28F 19/00, G01N 17/00, publ. 09/05/1977], which consists in measuring the coercive force of the material, the value of which, under certain conditions, depends on the thickness of the metal, which changes during the corrosion destruction of steel.

Недостатком известного способа следует отнести значительную методическую сложность процедуры подбора размеров полюсов для обеспечения необходимой зависимости коэрцитивной силы от толщины для конкретного материала.The disadvantage of the known method should be attributed to the significant methodological complexity of the procedure for selecting the size of the poles to ensure the necessary dependence of the coercive force on the thickness for a particular material.

Наиболее близким по технический сущности, принятым в качестве прототипа, является способ контроля избыточной коррозии стали по величине поля остаточной намагниченности [RU (11) 2 570 704(13) C1, МПК G01N 17/00, опубл. 10.12.2015].The closest in technical essence, taken as a prototype, is a method for controlling excessive corrosion of steel by the magnitude of the residual magnetization field [RU (11) 2 570 704(13) C1, IPC G01N 17/00, publ. 12/10/2015].

Недостатком известного способа является влияние напряженно-деформированного состояния на величину магнитного поля создаваемого остаточной намагниченностью и необходимость проведения размагничивания испытуемого ферромагнетика.The disadvantage of this method is the influence of the stress-strain state on the magnitude of the magnetic field created by the residual magnetization and the need for demagnetization of the tested ferromagnet.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа определения локальных зон повышенной коррозионной активности за счет применения комплексного параметра, основанного на спектральных составляющих, полученных из петель магнитного гистерезиса (кривой перемагничивания) ферромагнетика, что позволяет проводить испытания как в лабораторных, так и в полевых условиях при сохранении высокой оперативности и скорости проведения контроля коррозионных характеристик.The task to be solved by the claimed invention is the development of a method for determining local zones of increased corrosion activity through the use of a complex parameter based on the spectral components obtained from the magnetic hysteresis loops (magnetization reversal curve) of a ferromagnet, which allows testing both in laboratory and in the field while maintaining high efficiency and speed of monitoring corrosion characteristics.

Результатом применения такого вида контроля является повышение оперативности и точности контроля коррозии ферромагнитных материалов, изделий, оборудования и конструкций. The result of using this type of control is to increase the efficiency and accuracy of corrosion control of ferromagnetic materials, products, equipment and structures.

Отличительными чертами способа является то, что полученные гармоники Фурье – спектра фактически несут информацию о всех точках петли магнитного гистерезиса, а следовательно, и структурных составляющих материала и его свойствах в отличие от стандартных методов, где используются только некоторые из этих точек для целей неразрушающего контроля: коэрцитивная сила, магнитная проницаемость, релаксационная коэрцитивная сила, дифференциальная магнитная проницаемость и др.The distinguishing features of the method are that the obtained harmonics of the Fourier spectrum actually carry information about all points of the magnetic hysteresis loop, and, consequently, the structural components of the material and its properties, in contrast to standard methods, where only some of these points are used for the purposes of non-destructive testing: coercive force, magnetic permeability, relaxation coercive force, differential magnetic permeability, etc.

Способ заключается в том, что на контролируемом стальном изделии при помощи магнитного структуроскопа или иного устройства, или системы снимают динамические или квазистатические петли магнитного гистерезиса (кривые перемагничивания). В целях предупреждения возникновения помех, вносящих искажения в полученные результаты, следует учитывать: анизотропию свойств ферромагнитного материала; наличие вихревых токов, которые ограничивают глубину промагничивания и искажающие амплитуду и фазу выходного сигнала; ограничения глубины промагничивания изделия, связанные с конструктивными особенностями устройства.The method consists in recording dynamic or quasi-static magnetic hysteresis loops (magnetization reversal curves) on a controlled steel product using a magnetic structuroscope or other device or system. In order to prevent the occurrence of interference that distorts the results obtained, the following should be taken into account: the anisotropy of the properties of a ferromagnetic material; the presence of eddy currents that limit the depth of magnetization and distort the amplitude and phase of the output signal; restrictions on the depth of magnetization of the product associated with the design features of the device.

Для обработки могут быть использованы как частные, так и полные петли магнитного гистерезиса (кривая перемагничивания). Для снятия петель магнитного гистерезиса (кривой перемагничивания) ток намагничивания и размагничивания, формируемый на приборе, может описываться некоторой пилообразной или синусоидальной функцией. Учитывая прямую пропорциональность между изменяющейся во времени величиной тока и напряженностью магнитного поля становится возможным сделать замену, представив напряженность магнитного поля в виде «псевдовременной» величины по формуле 1:For processing, both partial and complete magnetic hysteresis loops (magnetization reversal curve) can be used. To remove the magnetic hysteresis loops (magnetization reversal curve), the magnetization and demagnetization current generated on the device can be described by some sawtooth or sinusoidal function. Given the direct proportionality between the time-varying current value and the magnetic field strength, it becomes possible to make a replacement by representing the magnetic field strength as a “pseudo-temporal” value according to formula 1:

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(one)

где

Figure 00000002
– время, с;where
Figure 00000002
– time, s;

Figure 00000003
– напряженность магнитного поля, А/м;
Figure 00000003
– magnetic field strength, A/m;

Figure 00000004
– коэффициент перевода.
Figure 00000004
is the conversion factor.

Симметрично отобразив нисходящую (верхнюю) или нисходящую (нижнюю) ветвь петли относительно вертикальной прямой, проходящей через точку

Figure 00000005
. Таким образом, получается представление петли гистерезиса в виде функции
Figure 00000006
(фиг.1). Для такой функции может быть выполнено преобразование Фурье. By symmetrically displaying the descending (upper) or descending (lower) branch of the loop relative to the vertical line passing through the point
Figure 00000005
. Thus, we get the representation of the hysteresis loop as a function
Figure 00000006
(figure 1). For such a function, a Fourier transform can be performed.

Для дискретных данных необходимо произвести обработку, учитывая возможность наличия различного шага дискретизации между соседними значения в массиве обрабатываемых данных. Для этого можно использовать метод численного интегрирования или другие математические методы, предназначенные для нахождения промежуточных значений. Например, формулы для расчёта коэффициентов ряда Фурье с учетом метода численного интегрирования примут следующий вид:For discrete data, it is necessary to process, taking into account the possibility of having a different discretization step between adjacent values in the array of processed data. To do this, you can use the numerical integration method or other mathematical methods designed to find intermediate values. For example, the formulas for calculating the coefficients of the Fourier series, taking into account the numerical integration method, will take the following form:

Figure 00000007
(2)
Figure 00000007
(2)

Figure 00000008
(3)
Figure 00000008
(3)

где

Figure 00000009
– период функции;where
Figure 00000009
is the period of the function;

Figure 00000010
– начальное значение аргумента;
Figure 00000010
– initial value of the argument;

Figure 00000011
– значение аргумента в анализируемой точке;
Figure 00000011
is the value of the argument at the analyzed point;

Figure 00000012
– число анализируемых точек;
Figure 00000012
is the number of analyzed points;

Figure 00000013
– шаг дискретизации по аргументу.
Figure 00000013
is the discretization step with respect to the argument.

Амплитуды гармоник определяются согласно формуле 4.Harmonic amplitudes are determined according to formula 4.

Figure 00000014
(4)
Figure 00000014
(four)

где

Figure 00000015
– коэффициент ряда Фурье, характеризующий косинусоидальные составляющие;where
Figure 00000015
is the coefficient of the Fourier series, which characterizes the cosine components;

Figure 00000016
– коэффициент ряда Фурье, характеризующий синусоидальные составляющие.
Figure 00000016
is the coefficient of the Fourier series characterizing the sinusoidal components.

Комплексный параметр может быть представлен как сумма, разность, произведение или отношение амплитудных составляющих или комбинацией данных процедур над амплитудами гармоник. Например, комплексный параметр P1 может определяется как: A complex parameter can be represented as a sum, difference, product or ratio of the amplitude components or a combination of these procedures on the amplitudes of the harmonics. For example, the complex parameter P1 can be defined as:

Figure 00000017
(5)
Figure 00000017
(5)

где

Figure 00000018
– амплитуда первой гармоники;where
Figure 00000018
is the amplitude of the first harmonic;

Figure 00000019
– амплитуда третьей гармоники;
Figure 00000019
is the amplitude of the third harmonic;

Figure 00000020
– амплитуда пятой гармоники.
Figure 00000020
is the amplitude of the fifth harmonic.

По полученным в результате спектрального анализа гармоническим составляющим или различной их комбинации определяют скорость коррозии согласно уравнениям регрессии, полученным по ранее определенным зависимостям (фиг. 2, 3) изменения амплитуд гармонического спектра от скорости коррозии в определенной агрессивной середе. На фиг. 2а представлена зависимость величины амплитуды третьей гармоники от скорости коррозии для термообработанных образцов стали 45Х в 5% растворе соляной кислоты, на фиг. 2б зависимость амплитуды пятой гармоники от скорости коррозии для термообработанных образцов стали 45Х в 5% растворе серной кислоты. Зависимости комплексного параметра Р1 от скорости коррозии стали 09Г2С в 3% растворе соляной кислоты представлена на фиг. 3а. Фиг. 3б - зависимость комплексного параметра Р1 от скорости коррозии сталей различных марок в морской воде. Фиг. 3в - зависимость комплексного параметра Р1 от скорости коррозии сталей различных марок в 5% растворе серной кислотыAccording to the harmonic components obtained as a result of spectral analysis or their various combinations, the corrosion rate is determined according to the regression equations obtained from previously determined dependencies (Fig. 2, 3) of the change in the amplitudes of the harmonic spectrum on the corrosion rate in a certain aggressive environment. In FIG. 2a shows the dependence of the amplitude of the third harmonic on the corrosion rate for heat-treated samples of steel 45Kh in a 5% hydrochloric acid solution; 2b dependence of the amplitude of the fifth harmonic on the corrosion rate for heat-treated samples of steel 45Kh in 5% sulfuric acid solution. The dependences of the complex parameter P1 on the corrosion rate of steel 09G2S in a 3% hydrochloric acid solution are shown in Fig. 3a. Fig. 3b - dependence of the complex parameter P1 on the corrosion rate of steels of various grades in sea water. Fig. 3c - dependence of the complex parameter P1 on the corrosion rate of steels of various grades in a 5% sulfuric acid solution

Регрессионные уравнения могут служить градуировочными кривыми, по котором можно определить насколько хорошо материал будет сопротивляться коррозии, предварительно определив гармонический спектр. По рассчитанной величине скорости коррозии судят о наличии зон повышенной активности изменения структуры материала, которая вызывает повышенную коррозию изделия в этой зоне.Regression equations can serve as calibration curves, which can be used to determine how well a material will resist corrosion by first determining the harmonic spectrum. According to the calculated value of the corrosion rate, the presence of zones of increased activity of changing the structure of the material, which causes increased corrosion of the product in this zone, is judged.

Claims (1)

Способ для контроля зон избыточной коррозионной активности стальных металлоконструкций, заключающийся в локальном определении кривой перемагничивания (петли магнитного гистерезиса), отличающийся тем, что петли магнитного гистерезиса представляются в виде изменяющегося во времени сигнала, анализируются спектральными функциями Фурье, по величине гармонических составляющих или их комбинации определяют скорость коррозии в месте проведения измерения и находят области с избыточной коррозионной активностью для каждой конкретной агрессивной среды.A method for controlling zones of excessive corrosion activity of steel structures, which consists in locally determining the magnetization reversal curve (magnetic hysteresis loop), characterized in that the magnetic hysteresis loops are represented as a time-varying signal, are analyzed by Fourier spectral functions, and are determined by the magnitude of harmonic components or their combinations the corrosion rate at the measurement site and find areas with excessive corrosive activity for each specific aggressive environment.
RU2021132922A 2021-11-12 Method for assessing the resistance of steels and alloys to corrosion RU2777695C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2777695C1 true RU2777695C1 (en) 2022-08-08

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU571658A1 (en) * 1976-10-19 1977-09-05 Волгоградская Тепловая Электрическая Станция N 2 Method of investigating resistance of ferromagnetic steel tubes to corrosion inside boiler
RU2224265C2 (en) * 2002-04-05 2004-02-20 Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) Device to detect internal corrosion of wire ropes
JP2005091147A (en) * 2003-09-17 2005-04-07 Atech:Kk Steel pipe corrosion detector
RU2570704C1 (en) * 2015-01-30 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Радан" Method and device to monitor excessive corrosion of steel

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU571658A1 (en) * 1976-10-19 1977-09-05 Волгоградская Тепловая Электрическая Станция N 2 Method of investigating resistance of ferromagnetic steel tubes to corrosion inside boiler
RU2224265C2 (en) * 2002-04-05 2004-02-20 Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) Device to detect internal corrosion of wire ropes
JP2005091147A (en) * 2003-09-17 2005-04-07 Atech:Kk Steel pipe corrosion detector
RU2570704C1 (en) * 2015-01-30 2015-12-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Радан" Method and device to monitor excessive corrosion of steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6239593B1 (en) Method and system for detecting and characterizing mechanical damage in pipelines using nonlinear harmonics techniques
Song et al. Corrosion monitoring of reinforced concrete structures–a review
Bashirov et al. The dynamic identification of the technical condition of pipelines on the basis of the analysis of the temporal characteristics of electromagnetic-acoustic signal
Tamhane et al. Feature engineering of time-domain signals based on principal component analysis for rebar corrosion assessment using pulse eddy current
Dover et al. The use of AC-held measurem ents for crack detection and sizing in air and underwater
Comas et al. Corrosion propagation monitoring using electrochemical noise measurements on carbon steel in hydrogenocarbonated solution containing chloride ions
RU2777695C1 (en) Method for assessing the resistance of steels and alloys to corrosion
Habibalahi et al. Forward to residual stress measurement by using pulsed eddy current technique
WO2005074349A2 (en) Non-destructive method for the detection of creep damage in ferromagnetic parts with a device consisting of an eddy current coil and a hall sensor
Firdaus et al. Detection of uniaxial fatigue stress under magnetic flux leakage signals using Morlet wavelet
RU2386962C1 (en) Method of magnetic diagnostics of turbomachine blade made from nickel alloys
RU2585796C1 (en) Method for quality control of articles
RU2207530C1 (en) Method of monitoring article for determination of stressed deformed state by scattering magnetic fields
Chen et al. A novel identification approach for corrosion and gouging of oil and gas pipelines based on low magnetisation level MFL inspection
RU2807964C1 (en) Method for monitoring the mechanical properties of rolled metal made of ferromagnetic metal alloys and a device for its implementation
Yu et al. Prediction of Inhomogeneous Stress in Metal Structures: A Hybrid Approach Combining Eddy Current Technique and Finite Element Method
Zhang et al. Quantitative study on cross-section damage of steel wire rope based on magnetic signal characteristics under weak magnetic excitation
Tian et al. Evaluation of Eddy Current Response Due to the Applied Stress on a Steel Plate Using Phase Diagram
Batko et al. Application of wavelet methods to magnetic testing of steel ropes
RU2386963C1 (en) Method of magnetic diagnostics of turbomachine blade made from alloyed steels
RU2713031C1 (en) Device for determining the degree of inhomogeneity of the electrical conductivity of non-magnetic metals by the eddy current method
Stefanita et al. Magnetic nondestructive testing techniques
RU2173838C1 (en) Method for determination of article stressed-strained state according to magnetic leakage fields
RU2386961C1 (en) Method of magnetic diagnostics of turbomachine blade made from cobalt alloys
RU2691751C1 (en) Method of determining limit state of material of main gas pipelines