Энергодиагностика
+7-498-661-92-81
+7-498-661-61-35
Метод Магнитной Памяти Металла
Энергодиагностика
Метод Магнитной Памяти Металла
Реклама
Новости
30 октября 2017 г.
Вторая международная конференция по диагностике оборудования и изделий машиностроения с использованием метода магнитной памяти металла состоится 24-25 апреля 2018 года в Будапеште, Венгрия
1 июля 2017 г.
На семинаре по методу МПМ представлено более 60 отзывов организаций, диагностических фирм и промышленных предприятий об эффективности метода МПМ по результатам практической диагностики оборудования.
30 июня 2017 г.
ООО "Энергодиагностика" приняло активное участие в работе Конгресса, выставки, заседаниях Международного общества по мониторингу состояния (ISCM) 13-16 июня 2017 года в Лондоне, Великобритания.

Принципиальные отличительные признаки метода магнитной памяти металла и приборов контроля в сравнении с известными магнитными методами НК

д.т.н., профессор Дубов А.А.

В связи с возникающими до сих пор вопросами и сомнениями о новизне метода магнитной памяти металла (МПМ) в сравнении с известными (в России и за рубежом) магнитными методами НК назрела необходимость еще раз описать принципиальные отличительные признаки метода МПМ и соответствующих приборов контроля.

Методики и приборы, которые применялись в 70-80г.г. прошлого века в институте физики металлов (г. Свердловск), институте прикладной физики (г. Минск), институте Ф.Ферстера (ФРГ) и других научных центрах, использовались для измерения напряженности поля остаточной намагниченности изделий после их предварительного намагничивания (а во многих случаях после их предварительного размагничивания и последующего намагничивания). При этом естественная намагниченность изделий (или магнитная память металла), которая используется в методе МПМ, не исследовалась и воспринималась как помеха при измерениях.

Этот факт был установлен нами и подтвержден экспертизой РОСПАТЕНТа при оформлении первых патентов по методу магнитной памяти металла. Кроме того, основные отличительные признаки метода МПМ были выявлены в ходе экспериментальных работ на электростанциях Мосэнерго при выполнении исследований на котельных трубах и нашли отражение в научном отчете института физики металлов (г. Свердловск, 1988г.) и в монографии [1].

Понятие "магнитная память металла" введено автором впервые в 1994 г. и до этого времени в технической литературе не применялось. Были известны термины и понятия: "магнитная память Земли" в археологических исследованиях; "магнитная память" в звукозаписи; "эффект памяти формы", обусловленный структурно-фазовыми превращениями ориентированными внутренними напряжениями в изделиях из металла.

На основе установленной взаимосвязи дислокационных процессов с физикой магнитных явлений в металлах изделий введено понятие "магнитная память металла" и разработан новый метод диагностики. Уникальность метода магнитной памяти металла заключается в том, что он основан на использовании собственного магнитного поля рассеяния (СМПР). Возникновение СМПР обусловлено формированием доменных границ на скоплениях дислокаций высокой плотности (дислокационных стенках) под действием рабочих нагрузок. Ни при каких условиях с искусственным намагничиванием в работающих конструкциях такой источник информации, как собственное магнитное поле, получить невозможно. Только в малом внешнем 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. В практических работах показано, что метод МПМ может применяться, как при работе оборудования, так и после снятия рабочих нагрузок, во время ремонта. В силу "магнитодислокационного гистерезиса" магнитная текстура, сформировавшаяся под действием рабочих нагрузок, после их снятия как бы "замораживается". Таким образом, предоставляется уникальная возможность путем считывания этой информации с помощью специализированных приборов выполнять оценку фактического напряженно-деформированного состояния оборудования и выявлять на раннем этапе зоны максимальной поврежденности металла.

Физические основы возникновения СМПР принципиально другие в сравнении с магнитными полями рассеяния (МПР), возникающими на дефектах изделий при их искусственном намагничивании, используемом в известных магнитных методах НК. СМПР возникает в локальных зонах (от 0,1 до десятков мкм) на поверхности и в глубинных слоях металла изделий. Исследование СМПР и физических основ его возникновения до "рождения" метода МПМ (90-е годы прошлого столетия) никем и никогда не выполнялись. И такая задача вообще не ставилась! Механизм формирования СМПР в ферромагнитных изделиях более подробно описан в [2, 3].

СМПР обнаружено и на новых изделиях машиностроения непосредственно после их изготовления. Известно, что при нагревании ферромагнетика выше температуры Кюри (например, для железа Тк=780°С) и последующем его охлаждении даже в слабом внешнем магнитном поле Земли он приобретает такой уровень намагниченности, которого можно достигнуть при нормальной температуре лишь в магнитном поле большой интенсивности. Именно при таких условиях, как правило, формируется естественная намагниченность при изготовлении изделий машиностроения. Механизм возникновения реальной магнитной текстуры изделия (плавка, ковка, термическая обработка, сварка) происходит непосредственно после кристаллизации при охлаждении ниже точки Кюри. При этом процесс охлаждения реальных изделий происходит, как правило, неравномерно. Наружные слои металла охлаждаются быстрее, чем внутренние. Образуются термические напряжения по объему изделия, которые формируют кристаллическую решетку и соответствующую магнитную текстуру. В местах наибольшей концентрации дефектов кристаллической решетки (например, скоплений дислокаций) и неоднородностей структуры образуются узлы закрепления доменных границ (ДГ) с выходом на поверхность изделия в виде линий смены знака нормальной составляющей СМПР (линий Нр=0). В промышленных исследованиях установлено, что сформированная таким образом естественная намагниченность отображает структурную и технологическую наследственность изделия, а линии Нр=0 соответствуют линиям концентрации остаточных напряжений. Разработана серия методик по контролю качества изделий машиностроения с использованием метода МПМ.

Для того чтобы фиксировать локальные микронные области СМПР, характеризующие по методу МПМ зоны концентрации напряжений, были впервые разработаны специальные сканирующие устройства, включающие в себя не только известные феррозондовые датчики, но и устройство измерения длины, АЦП, процессор и другие механизмы. Такие сканирующие устройства в магнитных методах НК до "рождения" метода МПМ нигде не применялись (мировых аналогов нет). Сканирующие устройства и способ контроля оформлены патентами России, Германии и Польши.

Известно, что разработка приборов, дающих возможность осуществить какие-либо исследования со значительно большей чувствительностью или точностью по сравнению с существующими, как правило, приводит к огромным достижениям в той или иной области науки и техники. Когда же удается создать приборы с особыми, принципиально новыми качествами, способные надежно фиксировать неуловимые ранее изменения физических процессов, т.е. ввести в практику приборы с совсем иными возможностями, то это всегда ведет к открытиям, знаменующим собой переворот в наиболее важных областях наших естественных знаний.

Именно так и произошло с информацией, которую нам дает сама конструкция или изделие в виде СМПР. Без специальных сканирующих устройств, преобразователей и процессора с программным управлением, используемых в приборах для метода МПМ, принципиально невозможно фиксировать закономерности в распределении СМПР на объектах контроля. До "рождения" метода МПМ собственное поле остаточной намагниченности изделий воспринималось как помеха, а во многих случаях с этой, казалось бы, случайной намагниченностью боролись.

При эксплуатации большинство металлоконструкций работают в условиях действия циклических нагрузок и напряжений Δσ и при наличии внешнего магнитного поля Нo (например, поля Земли). В силу известного магнитоупругого эффекта происходит, как бы, "самонамагничивание" оборудования и конструкций. На рис.1 показана схема действия магнитоупругого эффекта. С явлением "самонамагничивания" оборудования и конструкций повсеместно борются путем периодического их размагничивания (судостроение, энергетика, шарикоподшипниковая и другие отрасли). Изучив это явление на примере работы котельных труб и других узлов, автором было впервые предложено использовать его для целей технической диагностики [1, 4].

Рис.1. Схема действия магнитоупругого эффекта:ΔМσ и ΔМσ н - изменение остаточной намагниченности, соответственно, под нагрузкой и после ее снятия; Δσ - изменение циклической нагрузки; Н0 - внешнее магнитное поле.

МПМ развивается в практическом и теоретическом плане более 25 лет. По состоянию на 2011 год имеется более 50 руководящих документов и методик, согласованных с Ростехнадзором и действующих в различных отраслях промышленности.

Предприятием "Энергодиагностика" разработаны и серийно изготавливаются специализированные приборы контроля и программное обеспечение к ним. Приборы сертифицированы в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии и включены в реестр средств измерений. Сертификаты RU.С.34.003.А №42683, RU.С.27.002.А №35003.

В Москве, начиная с 1996 года, действует российский и международный центр подготовки специалистов по методу магнитной памяти металла с выдачей удостоверений на I, II и III уровень - независимый орган по аттестации персонала в области НК ООО "Энергодиагностика". В Варшаве и Пекине работают филиалы этого центра. По состоянию на 2011 год подготовлено более 1700 специалистов в России, более 450 специалистов в Китае, 75 специалистов в Польше и более 70 специалистов в других странах.

Издано пять национальных и международных стандартов:

  • ГОСТ Р ИСО 24497-1-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 1. Термины и определения.
  • ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 2. Общие требования.
  • ГОСТ Р ИСО 24497-3-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 3. Контроль сварных соединений.
  • ГОСТ Р 52330-2005. Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования.
  • ГОСТ Р 53006-2008. Оценка ресурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования.

Стандартом ГОСТ Р ИСО 24497-1-2009 введены в действие 16 терминов и определений, которые отображают новизну и отличительные признаки метода МПМ от всех других известных магнитных методов НК.

Интерес специалистов России и других стран из различных отраслей промышленности к принципиально новому магнитному методу неразрушающего контроля (НК) неуклонно растет. Внедрение метода МПМ и соответствующих приборов контроля в практику, как правило, осуществляется на добровольной основе, что является ярким подтверждением эффективности метода.

Метод магнитной памяти и соответствующие приборы контроля используются более чем на 1000 предприятиях России. Кроме России метод получил распространение в 31 стране мира: Австралия, Ангола, Аргентина, Беларусь, Болгария, Венгрия, Германия, Израиль, Индия, Ирак, Иран, Канада, Казахстан, Китай, Колумбия, Латвия, Литва, Македония, Малайзия, Молдова, Монголия, Польша, Сербия, США, Украина, Финляндия, Черногория, Чехия, ЮАР, Южная Корея, Япония.

Интерес к методу обусловлен нерешенными проблемами, которые возникают на практике при контроле качества изделий машиностроения, при обеспечении надежности и оценке ресурса оборудования.

Обозначим основные из них:

  • До сих пор на большинстве заводов-изготовителей в России и за рубежом отсутствует 100% контроль качества продукции на неоднородность структуры. По этой причине разброс механических свойств на новых изделиях достигает 20% и более, что значительно снижает срок их службы.
  • Сварка существует более 100 лет, а методов НК, позволяющих на практике выполнять экспресс-контроль качества сварных соединений в единой комплексной системе факторов "структурно-механическая неоднородность - дефекты сварного шва - конструктивный и технологический концентратор напряжений" до сих пор нет. В настоящее время широко применяется дефектоскопия с поиском недопустимых дефектов (при этом, научно-обоснованных норм на размеры допустимых дефектов в сварных соединениях с точки зрения механики разрушения, как правило, нет). Самое главное - распределение остаточных сварочных напряжений, определяющих надежность сварного соединения, до сих пор не контролируется.
  • Существующие проблемы оценки ресурса стареющего оборудования с использованием традиционных методов и средств контроля также не решаются из-за их непригодности для ранней диагностики усталостных повреждений.

Можно уверенно говорить, что если мы имеем на предприятии старое оборудование, которое мы не можем 100% обследовать на структурную поврежденность металла и выявить назревающие повреждения, то в этом случае мы работаем на непредсказуемую аварию.

Таким образом, несмотря на то, что неразрушающий контроль существует в России и других странах уже более 100 лет, все еще остаются нерешенными многие проблемы контроля качества изделий машиностроения и диагностики оборудования, находящегося в эксплуатации. Поэтому востребование метода МПМ, направленного на решение указанных задач НК, обусловлено повседневной практикой и жизнью предприятий.

Метод магнитной памяти металла по содержанию и физической сущности (измеряется СМПР – физическое поле естественного происхождения в сравнении с магнитными полями рассеяния на дефектах при искусственном намагничивании) представляет собой не только принципиально новый магнитный метод НК, но открывает новое направление в технической диагностике, так как он объединяет потенциальные возможности НК, механики разрушения и металловедения.

С позиций задач, решаемых МПМ, этот метод по аналогии с методом акустической эмиссии должен быть отнесен к методам ранней диагностики усталостных повреждений оборудования, и по нему целесообразно создать специальный экспертный совет при Ростехнадзоре. Учитывая, что для метода МПМ в настоящее время имеется вся необходимая нормативно-техническая документация, учебный центр (независимый орган по аттестации персонала "Энергодиагностика"), сертифицированные приборы контроля, целесообразно этот метод включить в систему неразрушающего контроля Ростехнадзора, как отдельный вид НК.

Литература

1. Дубов А.А. Диагностика котельных труб с использованием магнитной памяти металла. М.: Энергоатомиздат, 1995, 112с.

2. Власов В.Т., Дубов А.А. Физические основы метода магнитной памяти металла. М.: ЗАО "ТИССО", 2004, 424с.

3. Дубов А.А., Дубов Ал.А., Колокольников С.М. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. Учебное пособие. М.: ЗАО "ТИССО", 2008. 365с.

4. Дубов А.А. Способ определения эксплуатационной стойкости труб из ферромагнитных материалов. А.С. 1769105. Патент России // БИ, №38, 1992.

ООО "Энергодиагностика" является разработчиком нового метода и приборов неразрушающего контроля, основанных на использовании магнитной памяти металла (МПМ).
1992-2017 © ООО "Энергодиагностика"
Рейтинг@Mail.ru
Создание сайта: ООО "Модерн Медиа"