Метод магнитной памяти металла

Сущность метода магнитной памяти

Метод магнитной памяти (МПМ) — метод неразрушающего контроля, основанный на анализе распределения собственного магнитного поля рассеяния на поверхности изделий с целью определения зон концентрации напряжений, дефектов и неоднородности структуры металла и сварных соединений.

Путем считывания собственного магнитного поля рассеивания (СМПС), отображающего остаточную намагниченность, сформировавшуюся естественным образом в процессе сварки, нам предоставляется уникальная возможность выполнять оценку фактического состояния сварного шва. Причем эта оценка является интегральной, отображающей в каждом шве одновременно особенности структурного состояния, распределение остаточных напряжений и дефектов сварки.

Процессами, предшествующими эксплуатационному повреждению, являются изменения свойств металла (коррозия, усталость, ползучесть) в зонах концентрации напряжений. Соответственно, изменяется и намагниченность металла, отражающая фактическое напряжённо-деформированное состояние трубопроводов, оборудования и конструкций.

Контактный метод магнитной памяти регистрирует магнитное поле на поверхности изделий, а анализ изменений магнитного поля позволяет выявлять места напряженно-деформированного состояния, неоднородности металла и.т.д.
 

Задачи метода магнитной памяти

Основная задача метода МПМ — определение на объекте контроля наиболее опасных участков и узлов, характеризующихся зонами концентрации напряжений (КН). Затем, с использованием, например, ультразвукового контроля в зонах КН определяется наличие конкретного дефекта. На основе поверочного расчета на прочность наиболее напряженных узлов, выявленных методом МПМ, выполняется оценка реального ресурса оборудования.

Основные практические преимущества метода магнитной памяти

• применение метода не требует специальных намагничивающих устройств, так как используется явление намагничивания узлов оборудования и конструкций в процессе их работы;
• места концентрации напряжений от рабочих нагрузок, заранее не известные, определяются в процессе их контроля;
• зачистка металла и другой какой-либо подготовки контролируемой поверхности не требуется;
• для выполнения контроля по предлагаемому методу используются приборы, имеющие малые габариты, автономное питание и регистрирующие устройства;
• специальные сканирующие устройства позволяют контролировать трубопроводы, сосуды, оборудование в режиме экспресс — контроля со скоростью 100 м/час и более.

Контактный метод магнитной памяти металла и соответствующие приборы контроля позволяют

• выполнять раннюю диагностику усталостных повреждений и прогнозировать надёжность оборудования;
• документировать результаты контроля и составлять банк данных о состоянии оборудования;
• осуществлять экспресс-сортировку новых и старых деталей по их предрасположенности к повреждениям;
• определять на объекте контроля с точностью до 1мм место и направление развития будущей трещины, а также фиксировать уже образовавшиеся трещины;
• в отдельных случаях контролировать трубопроводы, сосуды без снятия изоляции.

ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009 Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 2. Общие требования

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

Контроль неразрушающий

МЕТОД МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА

Часть 2

Общие требования

ISO 24497-2-2007

(IDT)

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АНО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 «Техническая диагностика»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 декабря 2009 г. № 587-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 24497-2÷2007 «Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 2. Общие требования» (ISO 24497÷2007 «Non-destructive testing — Metal magnetic memory — Part 2: General requirements

МЕТОД МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА. ДИАГНОСТИКА XXI ВЕКА

ООО «Энергодиагностика» является головным разработчиком принципиально нового метода и приборов неразрушающего контроля, основанных на использовании магнитной памяти металла (метод МПМ). Что это за метод, нашему корреспонденту рассказал генеральный директор компании, доктор технических наук, профессор Анатолий Александрович ДУБОВ.

– Анатолий Александрович, можно ли метод МПМ назвать новым и уникальным, если ваша компания использует его уже 26 лет?

– Нами разработан ряд практических методик контроля качества изделий машиностроения и различных технических устройств с использованием эффекта формирования термоостаточной намагниченности при прохождении через точку Кюри в процессе остывания металла в магнитном поле Земли. Если раньше с термоостаточной намагниченностью боролись, то мы, напротив, используем её в технологии контроля.

В этом, если говорить совсем кратко, и заключается уникальность метода МПМ. А что касается новизны, то ещё в конце прошлого века академик В. Л. Гинзбург, говоря о проблемах, которые предстоит решить учёным XXI века, называл «изыскания физических явлений, отражающих внутренние силомоментные напряжения в веществе тела без его повреждения». Метод МПМ и решает данную задачу.

– Не могли бы вы подробнее рассказать о нём?

– В процессе эксплуатации изделий термоостаточная намагниченность перераспределяется под действием рабочих нагрузок, и в зонах концентрации напряжений (источниках развития напряжений) возникают магнитные аномалии, которые фиксируются специализированными приборами. Возникает ситуация, при которой сама конструкция показывает свои слабые места в виде магнитной памяти металла. Ни при каких условиях с искусственным намагничиванием в работающих конструкциях такой источник информации, как собственное магнитное поле объекта контроля, получить невозможно. Только в малом внешнем магнитном поле, каким является магнитное поле Земли, в нагруженных конструкциях, когда энергия деформации на порядок превосходит энергию внешнего магнитного поля, такая информация формируется и может быть получена. Сформировавшееся таким образом собственное магнитное поле рассеяния (СМПР) в объекте контроля отображает внутренние напряжения одновременно с геометрическими смещениями в процессе деформирования.

– Можно ли применять метод МПМ при диагностике подземных трубопроводов?

– Да, сейчас как раз всё большее развитие получает бесконтактная магнитометрическая диагностика (БМД), разработанная нами на основе диагностических параметров метода МПМ. БМД основана на измерении искажений магнитного поля Земли (Нз), обусловленных изменением намагниченности металла трубы в зонах концентрации напряжений (ЗКН) – источниках развивающихся коррозионно-усталостных повреждений. При этом характер изменений поля Нз (частота, амплитуда) обусловлен деформацией трубопровода, возникающей в нём вследствие воздействия ряда факторов: остаточных технологических и монтажных напряжений, рабочей нагрузки и напряжений самокомпенсации при колебаниях температуры наружного воздуха и среды (грунта, воды и т.д.). На данный момент это единственная технология, позволяющая на практике, в режиме экспресс-контроля выполнять оценку фактического напряжённо-деформированного состояния протяжённых участков трубопроводов. По результатам БМД определяют наиболее напряжённые участки трубопровода для их вскрытия и дополнительного контроля методами МПМ, ультразвука и другими методами НК. На вскрытых участках трубопровода методом МПМ выявляются ЗКН, в которых определяется наличие дефектов и механические свойства металла по параметрам твёрдости. Недопустимые дефекты удаляются, а фактические механические свойства (пределы текучести и прочности) учитываются в поверочных расчётах на прочность. В результате такого обследования подземных участков трубопроводов необходимо ответить на вопрос: «Где и когда следует ожидать повреждения или аварии?». Если такая задача решается, то в этом случае обеспечивается возможность своевременной замены или ремонта потенциально опасного участка.

– Применение метода МПМ – это эксклюзивная услуга вашей компании?

– Мы не только разрабатываем, производим, но и реализуем приборы по методу МПМ и БМД. Обучение работе с ними, как и техническое обслуживание, входят в перечень оказываемых нами услуг. У нас действует центр подготовки специалистов. Программа обучения включает курс подготовки по методу МПМ (8 рабочих дней) и дополнительный курс по БМД (2 рабочих дня). Также нами разработана инструкция по проведению БМД, которая передаётся заказчику в комплекте с измерительным и сканирующим устройством. Адрес центра любой желающий может найти на сайте нашей компании.

– Знают ли о МПМ где-то, кроме России?

– Технология НК, основанная на МПМ, используется уже в 42 странах мира. В 11 странах международный стандарт по методу МПМ, первый международный стандарт российского происхождения, официально признан и допущен к применению. На Мировой (Мюнхен, 2016 г.) и Европейской (Гетеборг, 2018 г.) конференциях по НК различные аспекты метода МПМ обсуждались в отдельных секциях. В апреле 2018 года в Будапеште при поддержке Российского научно-технического сварочного общества (РНТСО), Венгерской ассоциации НК, Европейской Федерации НК (EFNDT) и Международного комитета по НК (ICNDT) была проведена 2-я международная конференция «Диагностика оборудования и изделий машиностроения с использованием метода МПМ». На конференции была сформирована международная рабочая группа специалистов по методу МПМ в рамках ICNDT. В июле 2018 года в Индонезии (Бали) комитетом стандартизации Международного института сварки на основе двухлетнего рассмотрения и обсуждения в разных странах была утверждена новая редакция международного стандарта по методу МПМ. Но по мере всё большего распространения данного метода на нашем пути увеличивается количество недоброжелателей и противников. Сказывается и косность мышления. Не случайно на нашем рекламном проспекте приведено высказывание Гёте: «Если кто-нибудь указывает на что-нибудь новое, люди противятся со всею силой; они ведут себя так, будто не слышат или не могут понять, говорят о новом взгляде с презрением, точно бы он не стоил труда, связанного с исследованием, или вообще внимания, и, таким образом, новой истине приходится ожидать долгое время, пока ей удастся проложить себе дорогу».

ООО «Энергодиагностика»
143965, МО, г. Реутов,
Юбилейный пр-т, д. 8, пом. XII
тел.: +7 (498) 661 6135
+7 (498) 661 9281
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
www.energodiagnostika.ru

Назначение и практические возможности метода магнитной памяти металла

д.т.н., профессор Дубов А.А.

Принципиальные отличия метода магнитной памяти металла (МПМ) от других магнитных методов неразрушающего контроля (НК) отмечались неоднократно в статьях [1, 2, 3] и в теоретических работах [4, 5, 6].

Основное назначение метода МПМ – определение на оборудовании и в конструкциях в режиме экспресс-контроля с использованием специализированных приборов и сканирующих устройств зон концентрации напряжений (ЗКН) – основных источников развивающихся повреждений.

ЗКН – это не только заранее известные области, где особенности конструкции создают различные условия для распределения напряжений, создаваемых внешней нагрузкой, но и случайно расположенные области, где в силу начальной неоднородности металла в сочетании с нерасчетными дополнительными рабочими нагрузками возникают большие деформации (как правило, деформации сдвига).

Геометрическим признаком магнитных аномалий, характеризующим ЗКН, является расстояние между экстремальными значениями собственного магнитного поля, кратное типоразмеру изделия (толщине, ширине, диаметру). Это расстояние соответствует минимальному расстоянию между соседними площадками скольжения или критическому размеру оболочки, возникающему, например, при потере устойчивости трубы.

Контроль методом МПМ осуществляется без зачистки металла и искусственного намагничивания. Используется остаточная намагниченность, которая сложилась естественным образом при изготовлении изделий и в процессе их эксплуатации.

Можно, конечно, сомневаться в том, что возможно выявление ЗКН и различных дефектов металла по магнитным аномалиям с неизвестной предысторией изделий [7]. Однако, известно, что критерий истины — практика! Многочисленные исследования, выполненные авторами метода на заводах-изготовителях, показали, что все однотипные изделия, изготовленные из одной марки стали и по одной технологии, имеют практически одинаковое распределение остаточной намагниченности, и только в зонах концентрации остаточных напряжений и различных неоднородностей структуры на отдельных изделиях при контроле фиксируются магнитные аномалии. И это не удивительно, так как при формировании, например, термоостаточной намагниченности изделий в процессе их изготовления определяющую роль играют внутренние напряжения, а не слабое внешнее геомагнитное поле.

При эксплуатации изделий исходная остаточная намагниченность (ОН) перераспределяется под действием рабочих нагрузок, и в ЗКН возникают магнитные аномалии, обусловленные геометрическими смещениями и типоразмером изделия.

Если в однотипных изделиях под действием рабочих нагрузок не возникают локальные ЗКН, то характер распределения ОН в них практически одинаковый. Для того чтобы убедиться в этом, необходимо было обследовать несколько тысяч однотипных узлов и изделий! На основе установленных закономерностей и значительного практического опыта обследования различных узлов оборудовании и конструкций авторами предложена методология безэталонной калибровки средств и методов контроля и соответствующая их метрология [3].

Диагностические параметры в методе МПМ:

1. Согласно ГОСТ Р ИСО 24497-1-2009 [8] метод МПМ — метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния (СМПР), возникающих на изделиях и оборудовании в зонах концентрации напряжений (ЗКН).

СМПР, отображающее остаточную намагниченность, сформировавшуюся естественным образом в процессе изготовления изделия, следует отличать от магнитных полей рассеяния (МПР), возникающих на дефектах металла и трещинах при искусственном намагничивании изделия (например, при выполнении магнитопорошковой дефектоскопии).

2. Для количественной оценки уровня концентрации напряжений (источников повреждений) определяется градиент нормальной (H_^y) и/или тангенциальной (H_^x) составляющих СМПР:

K_ин = |ΔНy| / Δx, при Δx->0 K_ин = dН / dx,    (1)

где Δx — расстояние между соседними точками контроля.

В отдельных случаях при контроле напряженно-деформированного состояния (НДС) оборудования используется градиент результирующего СМПР:

3. Среди основных расчетных диагностических параметров в методе МПМ применяется параметр m, характеризующий предельную деформационную способность материала:

m = К_ин^max / К_ин^cp,    (2)

где К_ин^max и К_ин^cp, соответственно, максимальное и среднее значения градиента поля, которые определяются при контроле методом МПМ однотипных узлов оборудования.

В ходе промышленных и лабораторных исследований на образцах установлено соотношение между предельными значениями магнитных и механических параметров:

m_пр = К_ин^max / К_ин^ср ≈ К_ин^пр / К_ин^в ≈ σ_пр / σ_в,    (3)

где значения К_ин^max и К_ин^ср, полученные в результате контроля однотипных узлов оборудования, соответствуют значениям К_ин^пр и К_ин^в, полученным в результате испытаний на растяжение образцов, изготовленных из той же марки стали, при достижении, соответственно, истинного предела прочности при разрушении σ_пр и условного предела прочности σ_в.

В экспериментальных исследованиях было установлено также, что, если фактический параметр m_ф ≥ m_пр, то в этом случае в металле контролируемого узла оборудования возникает предельное (критическое) состояние, при котором образуется макротрещина. Физическое обоснование параметра m_пр приведено в работах [3, 4, 5].

Здесь следует отметить, что раскрытие микротрещин при достижении предельного состояния металла составляет доли миллиметров, что является зоной нечувствительности для большинства методов НК. Поэтому некорректно сравнивать результаты контроля по методу МПМ, например, с результатами по УК, рентгену или ВК. И какие-либо замечания в адрес метода МПМ по перебраковке или недобраковке не приемлемы. Подтверждающими для результатов контроля в ЗКН с предельным состоянием металла являются металлография, измерение твердости или контроль, например, ультразвуком на поисковом уровне.

При значениях фактического магнитного параметра m_ф значительно больше m_пр, т.е. m_ф > m_пр, размеры трещин или различных дефектов в ЗКН становятся соизмеримыми с браковочными по существующим нормам для УК, рентгена и др. И в этом случае, при дополнительном контроле другими методами НК, такие дефекты выявляются.

Однако проблема состоит в определении этих областей непосредственно на металле оборудования и сварных соединениях из-за малых размеров ЗКН и отсутствия сведений о месте их расположения. Места возникновения ЗКН, как правило, не совпадают с расчетными данными. В сочетании результатов контроля по методу МПМ с другими методами НК резко повышается эффективность контроля. Именно при таком комплексном контроле основного металла и сварных соединений в настоящее время широко используется метод МПМ. В режиме экспресс-контроля без какой-либо подготовки поверхности методом МПМ выявляются ЗКН на объекте контроля (ОК), выполняется их классификация по градиенту СПМР и по расчетному параметру m, и затем в назначенных ЗКН делается дополнительный контроль ультразвуком или другими методами НК.

Рассмотрим далее отдельные примеры из практики применения метода МПМ.

На рис.1 показана схема контроля сварных швов трубопроводов и сосудов с применением сканирующего устройства Тип 1-8М и прибора типа ИКН (измерителя концентрации напряжений).

Рис.1. Схема контроля сварных швов сосудов с применением сканирующего устройства Тип 1-8М и прибора типа ИКН

На рис.2 приведены результаты контроля методом МПМ кольцевого сварного шва реактора полимеризации на предприятии «Anwil» (Влоцлавек, Польша).

Рис.2. Результаты контроля кольцевого сварного шва № 11 реактора полимеризации полихлорвинила R-701/3 на предприятии «Anwil» S.A. (Влоцлавек, Польша): [] — ЗКН

Наружная часть круговой магнитограммы соответствует СМПР (Н), а внутренняя часть – распределению градиента СМПР (dH/dx) вдоль периметра сварного шва. Пунктирными линиями выделены ЗКН, выявленные при контроле. Во всех ЗКН было рекомендовано выполнить дополнительный ультразвуковой контроль (УК).

После сопоставления результатов контроля методами МПМ и УК установлен браковочный уровень допустимых дефектов по градиенту СМПР (dH/dx). В дальнейшем, этот браковочный уровень использовался при контроле методом МПМ аналогичных сварных швов.

На рис.3 представлен фрагмент контроля газопровода через слой изоляции с использованием сканирующего устройства (СУ) с высокочувствительными датчиками измерения СМПР.

Рис.3. Фрагмент контроля газопровода через слой изоляции

Трубопроводы в пенополиуретановой (ППУ) изоляции стали широко применяться с целью снижения коррозионного износа металла. Однако, на трубопроводах в ППУ-изоляции, из-за меньшей потери тепла от металла трубы по сравнению с обычной изоляцией, перемещение трубы при самокомпенсации больше и, соответственно, уровень напряжений в зонах их концентрации больше. Кроме того, при расположении трубопроводов на опорах, установленных в зонах с нестабильными грунтами и в заболоченных местах, возникает проблема обеспечения расчетных перемещений, способствующая образованию повреждений. При этом основным местом образования ЗКН являются зоны термического влияния (ЗТВ) монтажной сварки. Некачественная монтажная сварка в сочетании с высоким уровнем напряжений при недостатке самокомпенсации температурных расширений являются причиной образования трещин в ЗТВ сварки.

На рис.4 показаны результаты контроля методом МПМ участка нефтепровода ⌀ 820 × 10 мм, расположенного на опорах вблизи П-образного компенсатора. В верхней части магнитограммы показано распределение СМПР (Н), а в нижней части – градиента dH/dx, измеренные вдоль поверхности изоляции. Из рис.4 видно, что вблизи опоры № 1, в сравнении с опорой № 2, зафиксирована аномалия в распределении СМПР, которая характеризует образование ЗКН.

Рис.4. Результаты контроля напряженно-деформированного состояния через слой изоляции участка нефтепровода ⌀ 820 × 10: ЗКН – зона концентрации напряжений вблизи опоры № 1

После снятия изоляционной муфты на сварном монтажном стыке, расположенном в ЗКН, был сделан контроль методом МПМ непосредственно по металлу трубы вдоль периметра этого стыка непосредственно по металлу трубы. На рис.5, а представлена магнитограмма, зафиксированная при контроле стыка методом МПМ. В нижней части данного стыка выявлено несколько локальных ЗКН, характеризующихся высокими значениями градиента СМПР (dH/dx). Затем в этих зонах был выполнен ультразвуковой контроль. По результатам УК на этом стыке были выявлены недопустимые дефекты в виде протяженных несплошностей в ЗТВ на глубине от 8 до 10 мм (вблизи корня шва). На рис.5, б для сравнения показана магнитограмма, зафиксированная на монтажном сварном стыке, расположенном вблизи опоры № 2 без ЗКН. Видно, что градиент СМПР (dH/dx) на этом стыке имеет относительно равномерное распределение. При выполнении УК на этом стыке недопустимых дефектов не обнаружено.

а)

б)

Рис.5. Результаты контроля методом МПМ монтажного кольцевого стыка, расположенного в ЗКН (а), и монтажного кольцевого стыка, имеющего по результатам МПМ удовлетворительное состояние (б)

На нефтепроводе ⌀ 820 × 10 мм были вскрыты еще 9 сварных монтажных стыков, расположенных в ЗКН вблизи опор, и на всех стыках при дополнительном НК методами МПМ и УК непосредственно по металлу выявлены недопустимые дефекты в виде несплошностей в ЗТВ.

Одной из проблемных задач в обеспечении надежности вращающихся механизмов является предотвращение внезапных усталостных повреждений валов, роторов дисков, лопаток и других узлов турбинных и компрессорных установок. Именно для решения этой задачи эффективно использовать магнитомеханическую память металла, обусловленную гистерезисом. Остаточная намагниченность, сложившаяся под действием фактических рабочих нагрузок, и измеряемое СМПР контролируемых узлов напрямую отображают формирование ЗКН – источников повреждений на самом раннем этапе их развития.

На рис.6 представлены магнитограммы, зафиксированные при контроле в 2019 году лопаток № 15 и № 17 ступени № 9 ротора паровой турбины К-15-41 цеха производства аммиака АО «ОХК «Уралхим» (Кирово-Чепецк).

а)

б)

Рис.6. Результаты контроля методом МПМ лопаток № 15 (а) и № 17 (б) ступени 9 турбины К-15-41

Лопатки ступени № 9 на дату контроля имели наработку ~190000 час. Однако из рис.6 видно, что эти лопатки по результатам контроля методом МПМ имеют различное состояние. На лопатке № 17 (рис.6, б) установлено резкое локальное изменение магнитного поля Н и его градиента (dH/dx), характеризующее ЗКН. При дополнительном контроле механических свойств путем измерения твердости в ЗКН лопатки № 17 отмечено снижение твердости по Бриннелю (HB) до величины 188-192 кгс/мм². Значение твердости (HB) на лопатке № 15 оказалось в пределах 216-225 кгс/мм², допустимых для стали 20Х13. На отдельных лопатках этой ступени в ЗКН зафиксировано упрочнение: величина твердости (НВ) достигала 260 кгс/мм².

В процессе длительного циклического нагружения лопаток поверхностный слой вначале упрочняется, а затем разупрочняется («разрыхляется») из-за образования микротрещин. Поэтому, для обеспечения надежности лопаток с выявленными ЗКН в условиях отсутствия возможности их замены рекомендуется выполнять шлифовку поверхности с удалением поврежденного слоя металла.

В заключение необходимо еще раз отметить основное назначение метода МПМ и области его применения:

• экспресс-контроль качества изделий машиностроения с целью выявления дефектов металла и локальных ЗКН;
• ранняя диагностика коррозионно-усталостных повреждений и оценка остаточного ресурса оборудования и конструкций;
• определение дефектов (расслоения, дефектов литья и других) в глубинных слоях металла за счет использования геометрических параметров СМПР, обусловленных площадками скольжения дислокаций в ЗКН;
• 100% обследование ОК с целью выявления локальных ЗКН – источников развития повреждений;
• повышение эффективности неразрушающего контроля ОК за счёт применения метода МПМ в комплексе с другими методами НК;
• сокращение материальных затрат на выполнение контроля за счёт отказа от искусственного намагничивания ОК и зачистки поверхности (а в отдельных случаях – от снятия изоляции с ОК).

С использованием метода МПМ предоставляется возможность исследовать структурные и механические свойства металла на физическом уровне при испытании образцов в лабораторных условиях.

Область применения метода МПМ распространяется на любые изделия, изготовленные из ферро- и парамагнитного материала. В настоящее время в энергетике, нефтехимии, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности России метод МПМ включен в ряд руководящих документов и отраслевых стандартов (более 60 документов).

Литература

1. Дубов А.А. Принципиальные отличительные признаки метода магнитной памяти металла и приборов контроля в сравнении с известными магнитными методами неразрушающего контроля // Контроль. Диагностика. 2003. № 12. С. 27-29.

2. Дубов А.А. Принципиальные отличия метода магнитной памяти металла от других известных магнитных методов неразрушающего контроля. Итоги и перспективы развития метода // Территория NDT. 2016. № 2. C. 64-68.

3. Дубов А.А. Метрологические аспекты в методе магнитной памяти металла // Мир измерений, 2018, № 3. С.42-45. №4. С.16-184.

4. Власов В.Т., Дубов А.А. Физические основы метода магнитной памяти металла. М.: ЗАО «Тиссо», 2004. 424 с.

5. Власов В.Т., Дубов А.А. Физическая теория процесса «деформация-разрушение». Ч.I. Физические критерии предельных состояний металла. М.: ЗАО «Тиссо», 2007. 517 с.

6. Власов В.Т., Дубов А.А. Физическая теория процесса «деформация-разрушение». Ч. II. Термодинамика процесса. М.: ИД «Спектр», 2016. 228 с.

7. Горкунов Э.С., Ефимов А.Г., Шубочкин А.Е., Артемьев Б.В. К вопросу применения магнитного НК для определения напряженно-деформированного состояния металлоконструкций // В мире НК, 2016, № 3. С. 52-55.

8. ГОСТ Р ИСО 24497-1-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 1. Термины и определения.

9. ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 2. Общие положения.

10. ГОСТ Р ИСО 24497-3-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 3. Контроль сварных соединений.

11. Дубов А.А. Мониторинг рисков на основе ранней диагностики состояния металла оборудования и конструкций в зонах концентрации напряжений — источников развития повреждений // Химическая техника. 2016. № 4. С. 26-28.

12. Дубов А.А. Новые требования к методам и средствам диагностики напряженно-деформированного состояния материалов // Мир измерений. 2012. № 6. С. 38-42.

13. ГОСТ Р 52330-2005. Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования.

14. ГОСТ Р 53006-2008. Оценка ресурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования.

МЕТОД МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА. ДИАГНОСТИКА XXI ВЕКА

ООО «Энергодиагностика» является головным разработчиком принципиально нового метода и приборов неразрушающего контроля, основанных на использовании магнитной памяти металла (метод МПМ). Что это за метод, нашему корреспонденту рассказал генеральный директор компании, доктор технических наук, профессор Анатолий Александрович ДУБОВ.

– Анатолий Александрович, можно ли метод МПМ назвать новым и уникальным, если ваша компания использует его уже 25 лет?

– Нами разработан ряд практических методик контроля качества изделий машиностроения и различных технических устройств с использованием эффекта формирования термоостаточной намагниченности при прохождении через точку Кюри в процессе остывания металла в магнитном поле Земли. Если раньше с термоостаточной намагниченностью боролись, то мы, напротив, используем её в технологии контроля. В этом, если говорить совсем кратко, и заключается уникальность метода МПМ. А что касается новизны, то ещё в конце прошлого века академик В.Л.Гинзбург, говоря о проблемах, которые предстоит решить учёным XXI века, называл «изыскания физических явлений, отражающих внутренние силомоментные напряжения в веществе тела без его повреждения». Метод МПМ и решает данную задачу.

– Не могли бы вы подробнее рассказать о нём?

– В процессе эксплуатации изделий термоостаточная намагниченность перераспределяется под действием рабочих нагрузок, и в зонах концентрации напряжений (источниках развития напряжений) возникают магнитные аномалии, которые фиксируются специализированными приборами. Возникает ситуация, при которой сама конструкция показывает свои слабые места в виде магнитной памяти металла. Ни при каких условиях с искусственным намагничиванием в работающих конструкциях такой источник информации, как собственное магнитное поле объекта контроля, получить невозможно. Только в малом внешнем магнитном поле, каким является магнитное поле Земли, в нагруженных конструкциях, когда энергия деформации на порядок превосходит энергию внешнего магнитного поля, такая информация формируется и может быть получена. Сформировавшееся таким образом собственное магнитное поле рассеяния (СМПР) в объекте контроля отображает внутренние напряжения одновременно с геометрическими смещениями в процессе деформирования.

– Можно ли применять метод МПМ при диагностике подземных трубопроводов?

– Да, сейчас как раз всё большее развитие получает бесконтактная магнитометрическая диагностика (БМД), разработанная нами на основе диагностических параметров метода МПМ. БМД основана на измерении искажений магнитного поля Земли (Нз), обусловленных изменением намагниченности металла трубы в зонах концентрации напряжений (ЗКН) – источниках развивающихся коррозионно-усталостных повреждений. При этом характер изменений поля Нз (частота, амплитуда) обусловлен деформацией трубопровода, возникающей в нём вследствие воздействия ряда факторов: остаточных технологических и монтажных напряжений, рабочей нагрузки и напряжений самокомпенсации при колебаниях температуры наружного воздуха и среды (грунта, воды и т.д.). На данный момент это единственная технология, позволяющая на практике, в режиме экспресс-контроля выполнять оценку фактического напряжённо-деформированного состояния протяжённых участков трубопроводов. По результатам БМД определяют наиболее напряжённые участки трубопровода для их вскрытия и дополнительного контроля методами МПМ, ультразвука и другими методами НК. На вскрытых участках трубопровода методом МПМ определяются ЗКН, в которых определяется наличие дефектов и механические свойства металла по параметрам твёрдости. Недопустимые дефекты удаляются, а фактические механические свойства (пределы текучести и прочности) учитываются в поверочных расчётах на прочность. В результате такого обследования подземных участков трубопроводов необходимо ответить на вопрос: «Где и когда следует ожидать повреждения или аварии?». Если такая задача решается, то в этом случае обеспечивается возможность своевременной замены или ремонта потенциально опасного участка.

– Применение метода МПМ – это эксклюзивная услуга вашей компании?

– Мы не только разрабатываем, производим, но и реализуем приборы по методу МПМ и БМД. Поэтому обучение работе с ними, как и техническое обслуживание, входят в перечень оказываемых нами услуг. У нас действует центр подготовки специалистов. Программа обучения включает курс подготовки по методу МПМ (8 рабочих дней) и дополнительный курс по БМД (2 рабочих дня). Также нами разработана инструкция по проведению БМД, которая передаётся заказчику в комплекте с измерительным и сканирующим устройством. Адрес центра любой желающий может найти на сайте нашей компании.

– Знают ли о МПМ где-то кроме России?

– Технология НК, основанная на МПМ, используется уже в 40 странах мира. В 11 странах международный стандарт по методу МПМ, первый международный стандарт российского происхождения, официально признан и допущен к применению. На мировой конференции по НК в Мюнхене в 2016 году различные аспекты метода МПМ обсуждались в отдельной секции. В апреле текущего года в Будапеште при поддержке Российского научно-технического сварочного общества (РНТСО), Венгерской ассоциации НК, Европейской Федерации НК (EFNDT) и Международного комитета по НК (ICNDT) будет проходить 2-ая международная конференция «Диагностика оборудования и изделий машиностроения с использованием метода МПМ». Одна из главных задач указанной конференции – формирование международной рабочей группы по развитию метода МПМ. Но по мере всё большего распространения данного метода на нашем пути увеличивается количество недоброжелателей и противников. Сказывается и косность мышления. Не случайно на нашем рекламном проспекте приведено высказывание Гёте: «Если кто-нибудь указывает на что-нибудь новое … люди противятся со всею силой; они ведут себя так, будто не слышат или не могут понять, говорят о новом взгляде с презрением, точно бы он не стоил труда, связанного с исследованием, или вообще внимания, и, таким образом, новой истине приходится ожидать долгое время, пока ей удастся проложить себе дорогу».

ООО «Энергодиагностика»
143965, МО, г. Реутов,
Юбилейный пр-т, д. 8, пом. XII
тел.: +7 (498) 661 6135
+7 (498) 661 9281
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
www.energodiagnostika.ru

МЕТОД МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА. ДИАГНОСТИКА XXI ВЕКА

ООО «Энергодиагностика» является головным разработчиком принципиально нового метода и приборов неразрушающего контроля, основанных на использовании магнитной памяти металла (метод МПМ). Что это за метод, нашему корреспонденту рассказал генеральный директор компании, доктор технических наук, профессор Анатолий Александрович ДУБОВ.

– Анатолий Александрович, можно ли метод МПМ назвать новым и уникальным, если ваша компания использует его уже 26 лет?

– Нами разработан ряд практических методик контроля качества изделий машиностроения и различных технических устройств с использованием эффекта формирования термоостаточной намагниченности при прохождении через точку Кюри в процессе остывания металла в магнитном поле Земли. Если раньше с термоостаточной намагниченностью боролись, то мы, напротив, используем её в технологии контроля.

В этом, если говорить совсем кратко, и заключается уникальность метода МПМ. А что касается новизны, то ещё в конце прошлого века академик В. Л. Гинзбург, говоря о проблемах, которые предстоит решить учёным XXI века, называл «изыскания физических явлений, отражающих внутренние силомоментные напряжения в веществе тела без его повреждения». Метод МПМ и решает данную задачу.

– Не могли бы вы подробнее рассказать о нём?

– В процессе эксплуатации изделий термоостаточная намагниченность перераспределяется под действием рабочих нагрузок, и в зонах концентрации напряжений (источниках развития напряжений) возникают магнитные аномалии, которые фиксируются специализированными приборами. Возникает ситуация, при которой сама конструкция показывает свои слабые места в виде магнитной памяти металла. Ни при каких условиях с искусственным намагничиванием в работающих конструкциях такой источник информации, как собственное магнитное поле объекта контроля, получить невозможно. Только в малом внешнем магнитном поле, каким является магнитное поле Земли, в нагруженных конструкциях, когда энергия деформации на порядок превосходит энергию внешнего магнитного поля, такая информация формируется и может быть получена. Сформировавшееся таким образом собственное магнитное поле рассеяния (СМПР) в объекте контроля отображает внутренние напряжения одновременно с геометрическими смещениями в процессе деформирования.

– Можно ли применять метод МПМ при диагностике подземных трубопроводов?

– Да, сейчас как раз всё большее развитие получает бесконтактная магнитометрическая диагностика (БМД), разработанная нами на основе диагностических параметров метода МПМ. БМД основана на измерении искажений магнитного поля Земли (Нз), обусловленных изменением намагниченности металла трубы в зонах концентрации напряжений (ЗКН) – источниках развивающихся коррозионно-усталостных повреждений. При этом характер изменений поля Нз (частота, амплитуда) обусловлен деформацией трубопровода, возникающей в нём вследствие воздействия ряда факторов: остаточных технологических и монтажных напряжений, рабочей нагрузки и напряжений самокомпенсации при колебаниях температуры наружного воздуха и среды (грунта, воды и т.д.). На данный момент это единственная технология, позволяющая на практике, в режиме экспресс-контроля выполнять оценку фактического напряжённо-деформированного состояния протяжённых участков трубопроводов. По результатам БМД определяют наиболее напряжённые участки трубопровода для их вскрытия и дополнительного контроля методами МПМ, ультразвука и другими методами НК. На вскрытых участках трубопровода методом МПМ выявляются ЗКН, в которых определяется наличие дефектов и механические свойства металла по параметрам твёрдости. Недопустимые дефекты удаляются, а фактические механические свойства (пределы текучести и прочности) учитываются в поверочных расчётах на прочность. В результате такого обследования подземных участков трубопроводов необходимо ответить на вопрос: «Где и когда следует ожидать повреждения или аварии?». Если такая задача решается, то в этом случае обеспечивается возможность своевременной замены или ремонта потенциально опасного участка.

– Применение метода МПМ – это эксклюзивная услуга вашей компании?

– Мы не только разрабатываем, производим, но и реализуем приборы по методу МПМ и БМД. Обучение работе с ними, как и техническое обслуживание, входят в перечень оказываемых нами услуг. У нас действует центр подготовки специалистов. Программа обучения включает курс подготовки по методу МПМ (8 рабочих дней) и дополнительный курс по БМД (2 рабочих дня). Также нами разработана инструкция по проведению БМД, которая передаётся заказчику в комплекте с измерительным и сканирующим устройством. Адрес центра любой желающий может найти на сайте нашей компании.

– Знают ли о МПМ где-то, кроме России?

– Технология НК, основанная на МПМ, используется уже в 42 странах мира. В 11 странах международный стандарт по методу МПМ, первый международный стандарт российского происхождения, официально признан и допущен к применению. На Мировой (Мюнхен, 2016 г.) и Европейской (Гетеборг, 2018 г.) конференциях по НК различные аспекты метода МПМ обсуждались в отдельных секциях. В апреле 2018 года в Будапеште при поддержке Российского научно-технического сварочного общества (РНТСО), Венгерской ассоциации НК, Европейской Федерации НК (EFNDT) и Международного комитета по НК (ICNDT) была проведена 2-я международная конференция «Диагностика оборудования и изделий машиностроения с использованием метода МПМ». На конференции была сформирована международная рабочая группа специалистов по методу МПМ в рамках ICNDT. В июле 2018 года в Индонезии (Бали) комитетом стандартизации Международного института сварки на основе двухлетнего рассмотрения и обсуждения в разных странах была утверждена новая редакция международного стандарта по методу МПМ. Но по мере всё большего распространения данного метода на нашем пути увеличивается количество недоброжелателей и противников. Сказывается и косность мышления. Не случайно на нашем рекламном проспекте приведено высказывание Гёте: «Если кто-нибудь указывает на что-нибудь новое, люди противятся со всею силой; они ведут себя так, будто не слышат или не могут понять, говорят о новом взгляде с презрением, точно бы он не стоил труда, связанного с исследованием, или вообще внимания, и, таким образом, новой истине приходится ожидать долгое время, пока ей удастся проложить себе дорогу».

ООО «Энергодиагностика»
143965, МО, г. Реутов,
Юбилейный пр-т, д. 8, пом. XII
тел.: +7 (498) 661 6135
+7 (498) 661 9281
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
www.energodiagnostika.ru

Возможности метода магнитной памяти металла для мониторинга и развития трещин

д.т.н. Дубов А.А., к.т.н. Дубов Ал.А.

В статье [1] были представлены возможности метода магнитной памяти металла (МПМ) для исследования процесса «деформация-разрушение» стальных образцов в условиях циклической нагрузки. Кривые усталости, построенные по изменению собственного магнитного поля образцов в процессе циклического нагружения, экспериментально подтвердили возможность оценки ресурса оборудования по параметрам магнитной памяти металла.

Магнитограммы, зафиксированные в процессе циклического нагружения образцов в режиме реального времени, подтвердили возможность использования метода МПМ и приборов типа ИКН для мониторинга технического состояния оборудования под нагрузкой непосредственно в процессе эксплуатации (рис.1).

Рис.1. Изменение тангенциальной составляющей магнитного поля ΔН_х в зоне концентрации напряжений стального образца в зависимости от числа циклов нагружения растягивающей нагрузкой N (0,2 ÷ 0,95)σ_т с частотой 10 Гц.

Рассмотрим далее возможности метода МПМ для мониторинга развития трещин под нагрузкой в условиях работы «какао-пресса», установленного на ОАО «Кондитерский концерн Бабаевский».

В 2010 году при обследовании корпуса «какао-пресса» в зоне галтельного перехода методом МПМ была обнаружена трещина длиной более 100 мм (рис.2). 

Рис.2.

Рис.3.

Дополнительным ультразвуковым контролем было установлено, что максимальная глубина трещины составляет 70 мм при толщине корпуса 130 мм. Руководством предприятия было принято решение о временном продолжении эксплуатации указанного пресса. С целью наблюдения за развитием трещины в эксплуатации в зоне максимальной концентрации напряжений вблизи трещины были установлены датчики регистрирующего прибора типа ИКН (измерителя концентрации напряжений). На рис.3 показано место установки датчиков вблизи трещины. 

На рис.4 представлен график временного изменения давления масла гидравлической системы на поршень пресса. Точки 1, 2, 3, 4 на рис.4 — контрольные точки изменения давления масла. Время одного цикла нагрузки на поршень составляет 28 мин.

Рис.4. Динамика изменения давления (P) на поршень какао-пресса при цикле.

На рис.5 представлены магнитограммы изменения собственного магнитного поля Нр, зафиксированные с помощью датчиков прибора ИКН, установленных вблизи трещины, в трех циклах нагрузки I, II, III.

Рис.5. Магнитограмма изменения СМПР в зоне трещины, характеризующая рост напряженно-деформированного состояния в металле от цикла к циклу, и как следствие, продолжение развития трещины.

Контрольные точки 1, 2, 3, 4 на магнитограммах по времени и нагрузке на поршень соответствуют точкам 1, 2, 3, 4, указанным на рис.4. 

Из сравнения рис.4 и рис.5 видно, что графики изменения магнитного поля Нр вблизи трещины и изменения давления масла на поршень качественно совпадают. Из рис.5 также видно, что с каждым циклом нагрузки величина поля Нр немного возрастает. В результате таких измерений было установлено, что через 6÷7 циклов нагрузки значение поля Нр стабилизировалось. При этом было замечено, что каждый незначительный прирост в развитии трещины сопровождается скачком в изменении магнитного поля, фиксируемого датчиками прибора ИКН.

Литература

1. Махутов Н.А., Дубов А.А., Денисов А.С. Исследование статических и циклических деформаций с использованием метода магнитной памяти металла // Заводская лаборатория, №3, 2008. С.42-46.