способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния
Классы МПК: | G01L1/12 путем измерения изменений магнитных свойств материалов в зависимости от нагрузки G01N27/72 путем исследования магнитных параметров |
Автор(ы): | Дубов А.А., Дубов А.А. |
Патентообладатель(и): | Дубов Анатолий Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-12-25 публикация патента:
27.06.2003 |
Изобретение относится к способам контроля напряженно-деформированного состояния изделия по остаточной намагничиваемости материала, например для контроля остаточных сварочных деформаций и напряжений. Предложенный способ заключается в измерении нормальной составляющей напряженности магнитного поля в равноотстоящих друг от друга по каждому каналу измерений точках, определении соответствующих градиентов и вычислении соответствующих магнитных показателей по средневзвешенным и максимальным значениям градиентов нормальной составляющей напряженности магнитного поля в каждом канале измерений и между данными каналами. Полученные магнитные показатели сравниваются с критическим магнитным показателем, определяемым как отношение градиентов нормальной составляющей напряженности магнитного поля, соответствующих пределам прочности и текучести образца исследуемого материала соответственно. Также определяется предельное время эксплуатации диагностируемого изделия. Данный способ направлен на расширение функциональных возможностей и увеличение арсенала средств определения количественного и качественного состояния изделия при уменьшении трудоемкости определения годных к эксплуатации изделий. 1 табл., 6 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
Способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, включающий измерение нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности изделия одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, последующее измерение нормальной составляющей Нр одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние lk от первоначального отрезка, измерение нормальной составляющей Нр в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка на равных расстояниях lk от каждого предыдущего отрезка измерения, соблюдая компланарность отрезков измерений, определение градиентов величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков lb и lk, сравнение упомянутых градиентов и определение по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зоны максимальной деформации, при этом дополнительно определяют для материала образца изделия магнитный показатель mпр деформационного упрочнения, для чего измеряют градиент Kв = |![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-39t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-40t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-41t.gif)
где Кср 1, Кср 2 - средневзвешенные значения градиента поля соответственно по первому и второму каналу измерений в точках на концах зафиксированных по длине отрезков lk, а Kср b - средневзвешенные значения градиента поля в точках на концах зафиксированного по длине отрезка lb;
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
n - общее количество зафиксированных отрезков lk (i=1,2....n);
r - общее количество зафиксированных по длине отрезков lb (j=1, 2....r),
выделяют по каждому каналу измерений максимальные средневзвешенные значения градиента поля соответственно Кmax 1, Кmах 2, Кmах b, и вычисляют отношения
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-42t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-43t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-44t.gif)
сравнивают m1, m2, mb с магнитным показателем mпр, и определяют зону, в которой одно из отношений m1, m2, mb равно или превышает mпр, являющейся зоной предельного состояния материала изделия, соответствующей состоянию предразрушения, отличающийся тем, что дополнительно определяют показатели деформационной способности материала изделия d1, d2, db и dпр, равные соответственно
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-45t.gif)
при этом если показатели деформационной способности материала изделия d1, d2, db больше или равны dпр, то изделие выводят из эксплуатации, а если показатели деформационной способности d1, d2, db меньше dпp, то определяют отношения Lk, где k= 1, 2, 3 - текущий индекс, показателей деформационной способности материала изделия L1=dпр/d1, L2=dпр/d2, L3=dпр/db, выбирают из этих отношений показателей деформационной способности материала изделия такое отношение Lk min, величина которого минимальна, и определяют предельное время tпр эксплуатации изделия tпр=Lk min
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207009/8226.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам контроля напряженно-деформированного состояния изделия по остаточной намагниченности материала и может быть использовано в различных отраслях промышленности: в энергетике - для контроля технического состояния трубопроводных систем и вращающихся механизмов; в нефтяной и газовой промышленности - для контроля газо- и нефтепродуктов и сосудов; в железнодорожном транспорте, на машиностроительных производствах - для контроля остаточных напряжений в изделиях после их изготовления, в том числе для контроля остаточных сварочных деформаций и напряжений. Известен способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, включающий измерение нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности изделия одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, последующее измерение нормальной составляющей Нр одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние lk от первоначального отрезка, измерение нормальной составляющей Нр в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка на равных расстояниях lk от каждого предыдущего отрезка измерения, соблюдая компланарность отрезков измерений, определение градиентов величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков lb и lk, сравнение упомянутых градиентов и определение по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зоны максимальной деформации (Международная заявка РСТ WО 99/02982, G 01 L 1/12, опубл. 1999 г.) [1]. Этот способ позволяет уменьшить продолжительность проведения измерений за счет исключения фиксирования линии с нулевым значением напряженности магнитного поля, но в то же время позволяет выявить зоны максимальной концентрации напряжений и деформации. Ограничениями способа являются возможность его использования только для изделий из ферромагнитного материала; выявление только зон максимальной концентрации напряжений и деформации изделия при отсутствии определения количественного и качественного состояния материала изделия и самого изделия в целом. Так, за счет использования известного способа нельзя определить, может ли изделие продолжать находиться в эксплуатации или оно находится в состоянии, близком к его разрушению. Наиболее близким является способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, включающий измерение нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности изделия одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, последующее измерение нормальной составляющей Нр одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние lk от первоначального отрезка, измерение нормальной составляющей Нр в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка на равных расстояниях lk от каждого предыдущего отрезка измерения, соблюдая компланарность отрезков измерений, определение градиентов величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков lb и lk, сравнение упомянутых градиентов и определение по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зоны максимальной деформации, при этом дополнительно определяют для материала образца изделия магнитный показатель mпр статического и/или циклического деформационного упрочнения, для чего измеряют градиент Kв = |![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-1t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-2t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-3t.gif)
где К1ср, К2ср - средневзвешенные значения градиента поля соответственно по первому и второму каналу измерений в точках на концах зафиксированных по длине отрезков lk, а Кbср - средневзвешенные значения градиента поля в точках на концах зафиксированного по длине отрезка lb,
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
n - общее количество зафиксированных отрезков lk (i=1, 2....n),
r - общее количество зафиксированных по длине отрезков 1b (j=1, 2....r),
выделяют по каждому каналу измерений максимальные средневзвешенные значения градиента поля соответственно К1mах, К2mах, Кbmах и вычисляют отношения
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-4t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-5t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-6t.gif)
сравнивают m1, m2, mb с магнитным показателем mпр и определяют зону, в которой одно из отношений m1, m2, mb равно или превышает mпр, являющейся зоной предельного состояния материала изделия, соответствующей состоянию предразрушения. (Патент Российской Федерации 2173838, G 01 L 1/12, опубл. 2001 г.) [2]. В этом способе для повышения точности измерений количество каналов измерений может быть выбрано больше двух. Под воздействием пластической деформации в ферромагнитных и парамагнитных материалах возникают скопления дислокации в зонах КН. Например, установлено, что в аустенитных сталях под действием циклических нагрузок в зонах КН возникают ферромагнитные мартенситы, которые дают информацию о накопленной пластической деформации в этих зонах. При этом на скоплениях дислокации в магнитной поле Земли возникает собственное магнитное поле рассеяния (СМПР), фиксируемое магнитометрами. Преимуществами этого способа перед предыдущим являются обеспечение возможности применения способа как для изделий из ферромагнитного материала, так и для изготовленных из парамагнитного материала; возможность определения состояния материала изделия, т. е. удается выявить изделия, находящиеся в состоянии, предшествующем разрушению. Ограничением известного способа является невозможность оценки ресурса изделия по измеренным этим способом параметрам, т.е. какое изделие может быть допущено к дальнейшей работе, а какое необходимо исключить из эксплуатации. Так для определения ресурса изделия в описании к этому способу дополнительно предлагается взятие представительных проб металла изделия и определение фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) путем измерения уровня напряжений от рабочих нагрузок (или остаточных напряжений после снятия нагрузок). Для этого после того как определена зона КН, в этой зоне предлагается брать пробу металла (например, путем взятия "реплики" для структурного анализа) по линии КН с максимальным значением градиента Кmах, превышающими Кср с соотношением mпр, а для оценки уровня фактических напряжений (рабочих или остаточных) выполнять измерение другими приборами неразрушающего контроля (НК), позволяющими измерить их величину (например, с использованием рентгена, ультразвука, эффекта Баркгаузена и прочее). Однако понятно, что проведение упомянутых технологических операций для определения ресурса изделия резко повышает трудоемкость известного способа при оценке ресурса изделия. Решаемая изобретением задача - расширение функциональных возможностей и увеличение арсенала средств определения количественного и качественного состояния изделия при уменьшении трудоемкости определения годных к эксплуатации изделий. Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа, - обеспечение возможности определения предельного времени эксплуатации изделия и его остаточного ресурса времени по измеренным непосредственно этим способом параметрам. Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном способе контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, включающем измерение нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности изделия одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, последующее измерение нормальной составляющей Нр одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние lk от первоначального отрезка, измерение нормальной составляющей Нр в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка на равных расстояниях lk от каждого предыдущего отрезка измерения, соблюдая компланарность отрезков измерений, определение градиентов величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков lb и lk, сравнение упомянутых градиентов и определение по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зоны максимальной деформации, при этом дополнительно определяют для материала образца изделия магнитный показатель mпр статического и/или циклического деформационного упрочнения, для чего измеряют градиент Kв = |
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-7t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-8t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-9t.gif)
где К1ср, К2ср - средневзвешенные значения градиента поля соответственно по первому и второму каналу измерений в точках на концах зафиксированных по длине отрезков lk, а К bср - средневзвешенные значения градиента поля в точках на концах зафиксированного по длине отрезка lb,
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
n - общее количество зафиксированных отрезков lk (i=1, 2....n),
r - общее количество зафиксированных по длине отрезков 1b (j=1, 2....r),
выделяют по каждому каналу измерений максимальные средневзвешенные значения градиента поля соответственно К1max, К2max, Кbmax и вычисляют отношения
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-10t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-11t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-12t.gif)
сравнивают m1, m2, mb с магнитным показателем mпр и определяют зону, в которой одно из отношений m1, m2, mb равно или превышает mпр, являющейся зоной предельного состояния материала изделия, соответствующей состоянию предразрушения, согласно изобретению дополнительно определяют показатели деформационной способности материала изделия d1, d2, db и dпр, равные соответственно
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-13t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207009/8226.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207009/8226.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
фиг.2 изображает механизм образования зоны концентрации напряжений КН на фиг. 1, где Нр - линия с нулевым значением напряженности, dн - наружный диаметр трубы пароперегревателя котла, зоны КН показаны жирной линией;
фиг.3 - графики изменения градиентов нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля по линии А-А и линии Б-Б при нагружении образца изделия растяжением;
фиг. 4 - графики изменения градиентов поля в области пластической деформации при нагружении образцов изделия растяжением, где график, помеченный х, - обозначает сталь 10; график с о - обозначает сталь 12Х1МФ; а график с
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207473/9663.gif)
фиг. 5 - графики изменения градиента поля при малоцикловой нагрузке растяжением (
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/9633.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207009/8226.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207473/9663.gif)
фиг. 6 - схема контроля труб многоканальным датчиком, а - пример расположения линий КН, б - схема измерения для определения градиента поля и соотношений m1, m2, mb при числе каналов измерений более двух. В предлагаемом способе, также как и в известном, производят измерение нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля вдоль поверхности изделия в различных его точках, определяют градиент величины напряженности магнитного поля на зафиксированном по длине отрезке линии, определяют зоны максимальной деформации по максимальному значению измеренного градиента. При этом измерение нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля на поверхности изделия производят одновременно, не менее чем в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии. Последующее измерение нормальной составляющей Нр производят одновременно в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка линии, компланарно отстоящего вдоль поверхности изделия на расстояние lk от первоначального отрезка. Измерение нормальной составляющей Нр в двух точках на концах зафиксированного по длине lb отрезка на равных расстояниях lk от каждого предыдущего отрезка измерения производят, соблюдая компланарность отрезков измерений. Осуществляют определение градиентов величин нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля в двух точках на концах зафиксированных по длине отрезков lb и lk. Сравнивают упомянутые градиенты и определяют по максимальному значению одного из упомянутых градиентов зону и/или зоны максимальной деформации. Определяют магнитный показатель mпр статического и/или циклического деформационного упрочнения. Для нахождения этого показателя mпр измеряют на поверхности образца изделия градиенты нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля: градиент Kв = |
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-14t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-15t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-16t.gif)
где К1ср, К2ср - средневзвешенные значения градиента поля соответственно по первому и второму каналу измерений в точках на концах зафиксированных по длине отрезков lk, а Кbср - средневзвешенные значения градиента поля в точках на концах зафиксированного по длине отрезка lb,
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
|
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
n - общее количество зафиксированных отрезков lk (i=1, 2....n),
r - общее количество зафиксированных по длине отрезков lb (j=1, 2....r). Индексы суммирования i и j в общем случае для отрезков lk и lb могут быть различными, как и само число этих зафиксированных отрезков. Далее выделяют по каждому каналу измерений максимальные средневзвешенные значения градиента поля соответственно К1mах, К2mах, Кbmах и вычисляют отношения
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-17t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-18t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-19t.gif)
Сравнивают m1, m2, mb с магнитным показателем mпр и определяют зону, в которой одно из отношений m1, m2, mb равно или превышает mпр, являющейся зоной предельного состояния материала изделия, соответствующей состоянию предразрушения. Особенностью настоящего изобретения является дополнительное определение для изделия показателей деформационной способности материала изделия d1, d2, db и dпр,
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-20t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207009/8226.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-21t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-22t.gif)
Измерение Нр и определение значения градиента К величины нормальной составляющей Нр напряженности магнитного поля выполняется после каждой ступени нагружения образца, например, 10 МПа, 20 МПа, 30 МПа и т.д., вплоть до предела текучести для данного образца
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207309/949.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207316/8856.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
отмечалась при испытании множества образцов. Очевидно, что это связано с возникновением скольжения слоев металла в зоне КН. Наибольший интерес для определения предельного соотношения магнитного показателя mпр представляет изменение градиента К в области пластической деформации. На фиг.4 показано изменение градиента К нормальной составляющей Нр, полученное на образцах из разных марок стали, в том числе и для трубного образца из стали 12Х1МФ, представленного ранее на фиг.3. В расчет берется максимальное значение К, которое получается, как правило, в месте начала образования шейки. Из фиг.4 видно, что изменение градиента К для разных марок сталей в пластической области происходит по экспоненциальному закону вплоть до разрушения. Предельное соотношение mпр для каждого образца определяется путем деления значения Кв, полученное при образовании шейки (т.е. при достижении предела прочности
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-23t.gif)
Полученное таким образом соотношение mпр на образцах используется в дальнейшем для контроля готовых изделий, изготовленных из того же материала. Значительная часть узлов оборудования работает в условиях циклических нагрузок. В этом случае для получения магнитного показателя mпр для конкретных изделий необходимо провести испытания образцов и на малоцикловую усталость. Испытания на малоцикловую усталость образцов рекомендуется выполнять с использованием специализированного магнитометра, имеющего регистрирующее устройство. Образец условно делится на несколько продольных образующих, пересекающих линию КН (линию Нр=0). По мере роста циклической нагрузки, например через каждые 5000 или 10000 циклов, вдоль этих образующих делается измерение нормальной составляющей поля Нр. В момент измерения нормальной составляющей Нр приложение нагрузки останавливается. Время остановки не должно быть большим (порядка 5-10 мин) и должно быть примерно одинаковым для каждого последующего измерения через очередные 10000 циклов нагружения. Определение градиента К осуществляется автоматически с помощью процессора специализированного магнитометра. На фиг.5 показан пример изменения градиента К на "корсетном" образце из стали 20 в условиях малоцикловой нагрузки растяжения (
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-24t.gif)
Характерно, что значение магнитного показателя mпр, получаемое при таких испытаниях на одних и тех же образцах при статическом и циклическом нагружении, оказывается примерно равным. Таким образом, это соотношение характеризует деформационную способность металла на стадии упрочнения перед разрушением. Следует отметить, что абсолютное значение Кmах и Кср, фиксируемые при контроле оборудования в промышленных условиях по предложенному способу, как правило, отличаются от значений, полученных на образцах в лабораторных условиях. На указанные абсолютные значения К в промышленных условиях влияют размеры и форма объекта контроля, коррозия, ползучесть, остаточные сварочные напряжения, глубина залегания дефекта и прочие причины. Однако само соотношение пр, как правило, остается таким же как при испытаниях образцов в лабораторных условиях, поэтому оно в ранее известном способе и выбрано в качестве критериального для нахождения зоны предельного состояния материала изделия, соответствующей состоянию предразрушения. Однако, определив зону предельного состояния материала изделия, ранее не удавалось провести отбраковку изделий, выявить годные и негодные к эксплуатации изделия по измеренным известным способом параметрам. На основе анализа повреждений материала различных изделий и деталей в процессе их длительной эксплуатации установлено, что основными источниками развития повреждений являются зоны концентрации напряжений (КН), обусловленные дополнительными нерасчетными рабочими напряжениями. В результате проведения большого количества измерений выявлено, что уровень фактических напряжений в зонах КН, как правило, значительно превышает допустимый уровень напряжений [
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-25t.gif)
где
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207120/8776.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207089/961.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-26t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
K~(
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207089/961.gif)
Магнитный показатель mпр статического и/или циклического деформационного упрочнения равен:
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-27t.gif)
где Кв - значение градиента поля, полученное на образце при достижении предела прочности, а Кт - при достижении предела текучести. В изделиях, находящихся в эксплуатации (оборудование, конструкции, аппараты, трубопроводы, валы и т.п.), под нагрузкой в зонах КН по площадкам скольжения дислокации возникает пластическая деформация, остающаяся и после снятия нагрузки. Исчезает только обратимая часть пластической деформации и, соответственно, исчезает обратимая часть магнитной составляющей градиента поля К. В исследованиях на образцах установлено, что для зон КН механические характеристики
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207089/961.gif)
Учитывая эту связь и зависимости (1) и (2), получаем соотношение между измеренными магнитными параметрами mпр, Кв, Кт и фактическими механическими свойствами металла
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207039/963.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-28t.gif)
В выражении (3) mпр - это магнитный показатель деформационного упрочнения, а отношение
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-29t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207120/8776.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-30t.gif)
или для промежуточного состояния металла на кривой деформационного упрочнения
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-31t.gif)
На практике в зависимости от условий нагружения (характера напряженного состояния, температуры, скорости и цикличности нагружения, влияния окружающей среды) один и тот же материал может быть подвержен более хрупкому или более вязкому разрушению. В общем случае наблюдаемая пластическая деформация и, соответственно, величины mпр и dпр могут определяться из реальных соотношений нормальных и касательных напряжений в зоне КН и могут отличаться от величин, полученных в лабораторных условиях. Корректировка значений mпр и dпр может осуществляться на основании опыта контроля реальных изделий, находящихся в эксплуатации. Пример осуществления способа. При контроле газопроводов
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207316/8856.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207009/8226.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-32t.gif)
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-33t.gif)
Участок 2:
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-34t.gif)
Участок 3:
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-35t.gif)
Участок 10:
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-36t.gif)
Участок 11:
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-37t.gif)
Участок 16:
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207530/2207530-38t.gif)
Разница во времени
![способ контроля напряженно-деформированного состояния изделия по магнитным полям рассеяния, патент № 2207530](/images/patents/263/2207041/916.gif)
Класс G01L1/12 путем измерения изменений магнитных свойств материалов в зависимости от нагрузки
Класс G01N27/72 путем исследования магнитных параметров