Контроль методом магнитной памяти металла

Обновлено: 04.05.2024

Сварка существует в мире более 100 лет, однако до сих пор имеет место множество проблем, связанных с контролем качества сварных соединений изделий и обеспечением надежности сварных конструкций. Среди наиболее важных проблем следует отметить следующие:

низкая эффективность традиционных средств и методов при контроле напряженно-деформированного состояния сварных соединений и определении зон концентрации напряжений - источников развития повреждений;
отсутствие в широкой практике научно-обоснованных норм по допустимости размеров дефектов с позиций механики разрушений;
коробление или изменение формы и размеров конструкции в результате неравномерного нагрева и охлаждения при сварке;
отсутствие эффективных методов неразрушающего контроля (НК) качества термической и других технологий обработок сварных соединений с целью снятия остаточных напряжений;
отсутствие эффективных методов НК точечной контактной сварки в изделиях машиностроения; до сих пор на практике контроль осуществляется на отрыв путем удара по месту точечной сварки молотком и зубилом;
проблемной задачей является выбор оптимальных технологий сварки, наплавок, напылений;
низкая эффективность традиционных методов НК при контроле контактной сварки труб, угловых, тавровых сварных соединений.

Одной из важных и сложных проблем современного неразрушающего контроля (НК) качества сварных соединений разных типов является поиск и определение в них "слабого звена" в единой комплексной системе факторов "структурно-механическая неоднородность - дефекты сварного шва - конструктивный и технологический концентратор напряжений", т.е. зон с высокой неоднородностью напряженно-деформированного состояния или зон концентрации напряжений (ЗКН). Это важно как при изготовлении сварных соединений, т.е. непосредственно после сварки, для оптимизации технологического процесса, так и при их эксплуатации.

Традиционная дефектоскопия, ориентированная только на поиск несплошностей в сварных соединениях, не может обеспечить достоверную оценку их качества. Опираясь только на результаты дефектоскопии технологу-сварщику трудно выявлять причины дефектности шва и совершенствовать технологию сварки.

В условиях, когда на надежность сварных соединений влияет множество факторов, необходим метод НК, который бы интегрально оценивал состояние металла сварного соединения.

В настоящее время в России разработан и успешно внедряется в различных отраслях промышленности принципиально новый метод диагностики металла изделий и сварных соединений, основанный на использовании магнитной памяти металла (МПМ).

Метод МПМ направлен на решение указанных выше проблем НК основного металла и сварных соединений объектов промышленности и транспорта.

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

Путем считывания СМПР, 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.

Формирование магнитной (доменной) структуры в сварных соединениях происходит одновременно с кристаллизацией при остывании металла в магнитном поле Земли и прохождении через точку Кюри (768°С) под действием напряжений и деформаций, возникающих в процессе сварки. На возникающих дефектах сварки образуются узлы закрепления доменных границ с выходом на поверхность сварного шва в виде СМПР. Таким образом, путем считывания СМПР, которые формируются в процессе сварки, нам предоставляется возможность выполнять интегральную оценку фактического состояния сварного шва.

Контроль методом МПМ осуществляется без зачистки металла и специального намагничивания и позволяет выполнять экспресс-контроль качества сварных соединений в ручном и автоматическом режиме и массовом производстве на различных изделиях из углеродистых, аустенитных и феррито-аустенитных марок сталей.

Контроль выполняется с помощью специализированных малогабаритных приборов, имеющих автономное питание, сканирующие и регистрирующие устройства. Приборы типа ИКН (измерители концентрации напряжений магнитометрические) не имеют аналогов, серийное их изготовление организовано в России на предприятии "Энергодиагностика" (г.Москва). Приборы аттестованы в Госстандарте РФ и включены в государственный реестр средств измерений.

На рис.1 представлена схема контроля стыковых сварных соединений труб. Как видно из рис.1, феррозондовые преобразователи 1 и 3 располагаются при контроле по зонам термического влияния (ЗТВ) с обеих сторон шва, преобразователь 2 расположен между ними посередине, а преобразователь 4 расположен вертикально в противоположную сторону и предназначен для отстройки от внешнего магнитного поля.

Рис.1. Схема контроля стыковых сварных соединений труб четырёхканальным датчиком прибора ИКН-1М-4: 1, 2, 3 - феррозондовые преобразователи сканирующего устройства для регистрации поля H_р на поверхности сварного шва; 4 - феррозондовый преобразователь для отстройки от внешнего магнитного поля H_р; 5 - колёса привода измерителя длины; ΔL_б - базовое расстояние между феррозондовыми преобразователями.

На рис.2,а показано типичное распределение остаточных напряжений на сварном соединении пластин. На рис.2,б показано распределение тангенциальной составляющей магнитного поля рассеяния H p x , которое фиксируется при контроле МПМ при измерении поля перпендикулярно сварному шву (1, 2, 3 - разные сечения пластины). Из этих рисунков видна хорошая качественная сходимость распределений остаточных напряжений и магнитного поля.

Рис.2a. Типичное распределение остаточных напряжений на сварном шве пластины. Рис.2б. Распределение тангенциальной составляющей магнитного поля рассеяния H_p x при его измерении перпендикулярно сварному шву пластины: 1, 2, 3 - разные сечения пластины.

Известно, что оперативный контроль качества термической обработки сварных соединений, как правило, осуществляется только путем измерений твердости металла. Однако, такой точечный контроль не дает уверенности в отсутствии концентраторов механических напряжений по всему шву и в прилегающей к нему зоне.

Рассмотрим эффективность метода МПМ при контроле качества термической обработки сварного шва на отрезке трубы ⌀220х20 мм из низколегированной марки стали типа 12Х1МФ. Термообработка осуществлялась с нагревом металла шва от индукционной катушки до 700°С с последующим охлаждением на воздухе.

Рис.3. Магнитограммы, характеризующие напряженно-деформированное состояние отрезка труб вдали от сварного шва (а) и металла сварного шва до (б) и после (в) термической обработки.

На рис.4 представлены результаты измерения нормальной составляющей поля H р , характеризующей распределение остаточных напряжений и деформаций после сварки двух одинаковых пластин. Пластины в процессе сварки были свободны и прогнулись немного вверх. Распределение поля H р в рассматриваемом случае наглядно показывает влияние геометрических размеров пластин и их коробления на уровень и характер распределения остаточных сварочных деформаций и напряжений.

На рис.5,а показано распределение поля H _р на сварном соединении трубы, зафиксированное в зонах термического влияния шва (ЗТВ), и на рис.5,б - распределение остаточных напряжений, измеренное на сварном шве рентгеновским дифрактометром в этих же зонах.

Качество сварного соединения по методу МПМ оценивается по характеру распределения магнитного поля H р и его градиента dH р /dx, где dx - минимальное расстояние между двумя соседними точками измерений поля H р . Значение градиента определяется автоматически как модульная разность |ΔH р |, деленная на дискретное расстояние Δх между двумя соседними точками измерения, которое устанавливается при предварительной настройке прибора.

Рис.5a. Напряженно-деформированное состояние сварного соединения трубы (⌀160x8мм, сталь 3) по результатам контроля по методу магнитной памяти металла: H 1 и H 2 - распределение напряженности магнитного поля Hр, соответственно, по первому и второму каналу измерений. Рис.5б. Напряженно-деформированное состояние сварного соединения трубы (⌀160x8мм, сталь 3) по результатам контроля рентгеновским дифрактометром:
1. 8 - точки измерения напряжений рентгеновским дифрактометром симметрично с двух сторон шва по ЗТВ;
--- результаты измерений напряжений, соответствующие полю H 1 ;
--- результаты измерений напряжений, соответствующие полю H 2 .

На рис.6,а показано распределение нормальной составляющей поля H p вдоль проконтролированного участка сварного шва нижнего днища реактора полимеризации предприятия "Anwil S.A." (г.Влоцлавек, Польша). На рисунке 6,б отмечено расположение выявленных трещин. В зонах выявленных трещин зафиксировано разнополярное распределение магнитного поля по каналам H 1 и H 2 . Участок линии КН (H р =0) (см. рис.6,б) с максимальным значением градиента dH р /dx располагается в ЗТВ шва и является продолжением выявленной трещины.

Рис.6a. Распределение нормальной составляющей поля H_р вдоль проконтролированного участка сварного шва. Рис.6б. Расположение выявленных трещин: 1, 4 - линия КН (H р = 0 ) ; 2, 5 - трещина; 3 - радиальный сварной шов днища; 6 - кольцевой сварной шов.

В результате контроля были сделаны следующие выводы и рекомендации:

трещина является развивающимся дефектом в направлении максимальной ЗКН;
выборку металла и наплавку следует проводить не только в зоне выявленной трещины, но и в зоне максимальной концентрации напряжений для предотвращения развития трещины в процессе эксплуатации.

Известно, что остаточная деформация металла сварного шва формируется в результате сдвиговой пластической деформации, происходящей при кристаллизации в процессе остывания металла. При этом диагностические параметры H р и его градиент К ин (dH р /dx) вследствие "магнитодислокационного" гистерезиса, обусловленного двуединством магнитной плоскости и плоскости скольжения дислокаций, отображают распределение остаточных деформаций и напряжений вдоль периметра сварного соединения.

В работе [1] приведено соотношение между предельными значениями магнитных параметров m _пр , К _ин в , К _ин т и механическими характеристиками металла σ_в, σ_т:

где m пр - магнитный показатель предельного деформационного упрочнения; К _ин в и К _ин т - значения градиентов поля, полученные при испытаниях образцов на растяжение, при достижении, соответственно, предела текучести σ_т и предела прочности σ_в.

Следует отметить, что соотношение (1), полученное в экспериментальных исследованиях, подтверждено расчетными исследованиями, представленными в работе [2], и обусловлено квадратичной зависимостью параметра К ин от магнитной и, соответственно, механической энергии, аккумулирующейся в металле ЗКН.

Методика определения градиента поля К _ин в и К _ин т в промышленных условиях изложена в работе [1]. Как правило, максимальное значение К _ин max , выявленное в отдельных ЗКН, соответствует К _ин в , а среднее значение К _ин ср , рассчитанное для всех ЗКН, выявленных при контроле оборудования, приравнивается условно к значению К _ин т .

Тогда соотношение (1) можно выразить:

где σ _max и σ _ср - соответственно, максимальное значение напряжения в ЗКН и среднее значение напряжений для всех ЗКН, выявленных при контроле.

Соотношения (1) и (2) получены в лабораторных и промышленных исследованиях для основного металла. Для сварных соединений эти соотношения следует использовать отдельно для ЗТВ и отдельно для локальных зон концентрации напряжений, обусловленных дефектами сварки (поры, шлаковые включения, непровары и т.д.).

Согласно [3], коэффициент концентрации напряжений для сварного соединения равен:

где σ _max - максимальные напряжения в ЗКН; σ _ср - среднее напряжение в сварном соединении.

В работе [3] дается оценка значений К д :

2÷3 для пор;
3÷10 для шлаковых включений;
10÷100 для трещин, подрезов и непроваров в корне шва.

Очевидно, что соотношения (1) и (2) можно использовать и для локальных ЗКН, обусловленных дефектами сварки, с поправками на размеры дефектов и глубину их залегания.

Здесь важно отметить ошибочность в существующих подходах различных разработчиков средств контроля при оценке распределения остаточных напряжений в сварных соединениях. Как правило, по результатам контроля различными средствами (тензометрия и интерферометрия с рассверловкой металла, рентген, ультразвук, эффект Баркгаузена, метод магнитной анизотропии и другие) уровень остаточных напряжений на сварных швах не превышает предела текучести σ_т, что, как правило, не соответствует фактическому распределению напряжений.

Как показывает практика, уровень направленных остаточных напряжений (нормальных или тангенциальных) в ЗКН может достигать 1000 МПа и более. Этот уровень напряжений может иметь еще большие значения в зонах развивающихся дефектов сварки и трещин. Эти практические наблюдения убедительно подтверждают результаты контроля сварных соединений методом МПМ в ЗКН и вне ее в сочетании, например, с измерением твердости и пересчетом её результатов в единицы измерений напряжений. Например, уровень "контактных" напряжений, измеренных твердомерами МЭИ, в ЗКН, выявленных методом МПМ, нередко достигал 1500 МПа и более. Необходимо помнить, что деформации и напряжения являются объемными и имеют в каждой точке контроля, как минимум, три составляющие (радиальную и две тангенциальные).

Распределение СМПР в каждой "точке" контроля, измеренное трехкомпонентными датчиками с точностью до 1мм на поверхности металла сварного шва и в ЗТВ, в соответствии с имеющейся методикой напрямую отображает трехосное распределение остаточных напряжений и деформаций. При этом важно знать не уровень абсолютных напряжений (хотя эта задача в методе МПМ решена!), а их распределение по глубине и вдоль поверхности, и, самое главное, при этом не допустить предельного состояния металла перед образованием трещины.

В настоящее время в России метод магнитной памяти металла получил широкое развитие:

разработано более 45 руководящих документов и методик контроля оборудования в различных отраслях промышленности;
имеются ГОСТы России: 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".

В 2007 году в результате положительного голосования среди 18 стран-членов МИСа и более 10 стран комитета ISO утвержден международный стандарт ISO 24497-1:2007(Е), 24497-2:2007(Е), 24497-3:2007(Е) по методу магнитной памяти металла.

Литература

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

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

3. Федоров С.А. Контроль качества сварных и паяных соединений. Учебное пособие. М.: МАТИ, 1989.

ООО "Энергодиагностика" является разработчиком нового метода и приборов неразрушающего контроля с использованием магнитной памяти металла (МПМ)

Контроль методом магнитной памяти металла

ГОСТ Р 52005-2003

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МЕТОД МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА

Non-destructive testing.
Method using metal magnetic memory. General requirements

ОКС 77.040.20
ОКСТУ 0009

Дата введения 2004-01-01

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 "Техническая диагностика"

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 21 января 2003 г. N 29-ст

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к применению метода магнитной памяти металла деталей, узлов, оборудования и конструкций различного назначения.

- определение неоднородности напряженно-деформированного состояния оборудования и конструкций и выявление зон концентрации напряжений - основных источников развития повреждений;

- определение мест отбора проб металла в зонах концентрации напряжений для оценки структурно-механического состояния;

- ранняя диагностика усталостных повреждений и оценка ресурса оборудования и конструкций;

- сокращение объема контроля и материальных затрат при его использовании в сочетании с традиционными методами неразрушающего контроля;

- контроль качества сварных соединений различных типов и конструктивного исполнения (в том числе контактной, точечной сварки);

- экспресс-сортировка новых и бывших в эксплуатации изделий машиностроения по их структурной неоднородности.

2 Сокращения

В настоящем стандарте применяют следующие сокращения:

МПМ - магнитная память металла;

ЗКН - зона концентрации напряжений;

НК - неразрушающий контроль;

ОК - объект контроля;

МПР - магнитное поле рассеяния.

3 Общие положения

3.1 Метод МПМ относится к неразрушающему пассивному феррозондовому магнитному методу.

3.2 Метод МПМ основан на измерении и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния металла изделий, отражающих их структурную и технологическую наследственность, включая сварные соединения. При контроле используют естественную намагниченность, сформировавшуюся в процессе изготовления изделия в магнитном поле Земли. Для оборудования, находящегося в эксплуатации, магнитная память проявляется в необратимом изменении намагниченности металла в направлении действия максимальных напряжений от рабочих нагрузок.

3.3 Метод МПМ определяет ЗКН, наличие дефектов и неоднородности структуры металла и сварных соединений.

Примечание - Для деталей и изделий машиностроения ЗКН в металле обусловлены технологией их изготовления (плавка, ковка, прокатка, точение, штамповка, термическая обработка и др.).

3.4 Для работающего оборудования метод МПМ дает определение ЗКН, обусловленных комплексным действием технологических факторов, конструктивных особенностей узла и рабочими нагрузками.

3.5 Для контроля оборудования различного технологического назначения используют конкретные отраслевые методики и руководящие документы, согласованные или утвержденные Госгортехнадзором РФ и другими государственными и отраслевыми контрольными органами. Для оборудования, неподведомственного Госгортехнадзору РФ, могут быть использованы методики, утвержденные техническим директором предприятия.

3.6 Метод МПМ применяют на изделиях из ферро- и парамагнитных сталей и сплавов, чугунах, без ограничения контролируемых размеров толщин, включая сварные соединения.

Полный текст этого документа доступен на портале с 20 до 24 часов по московскому времени 7 дней в неделю .

Также этот документ или информация о нем всегда доступны в профессиональных справочных системах «Техэксперт» и «Кодекс».

ГОСТ Р ИСО 24497-3-2009

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Контроль сварных соединений

Non-destructive testing. Metal magnetic memory method. Part 3. Inspection of welded joints

Дата введения 2010-12-01

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 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 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 10 ноября 2009 г. N 499-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 24497-3:2007 "Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 3. Контроль сварных соединений" (ISO 24497-3-2007 "Non-destructive testing - Metal magnetic memory - Part 3: Inspection of welded joints"

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к применению метода магнитной памяти металла для контроля качества сварных соединений оборудования и конструкций, работающих под давлением.

Настоящий стандарт распространяется на оборудование и конструкции, подведомственные и неподведомственные Госгортехнадзору РФ в различных отраслях промышленности, включая изготовление и эксплуатацию.

Настоящий стандарт может быть распространен на сварные соединения любых видов трубопроводов, сосудов, оборудования и металлоконструкций по согласованию с потребителем.

Термины и определения, использованные в настоящем стандарте, приведены в ИСО 24497-1, общие требования - в ИСО 24497-2.

2 Основные положения

2.1 Контроль методом магнитной памяти металла (ММП-контроль) основан на измерении и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния (СМПР) металла сварных соединений, отображающих их структурную технологическую наследственность. При контроле используется естественная намагниченность, сформировавшаяся в процессе сварки в магнитном поле Земли.

2.2 ММП-контроль служит для определения зон концентрации механических напряжений (ЗКН) и выдачи рекомендаций для дополнительного контроля опасных зон в сварных соединениях сосудов, трубопроводов, оборудования и конструкций.

2.3 ММП-контроль является первоочередным по отношению к известным методам неразрушающего дефектоскопического контроля (ультразвуковой, радиационный, магнитопорошковый, капиллярный, цветная дефектоскопия, измерение твердости и толщинометрия).

2.4 ММП-контроль позволяет контролировать сварные соединения любых размеров и форм (стыковые, тавровые, угловые, нахлесточные, торцевые, прерывистые и др.) без ограничения толщины свариваемого металла на всех видах ферромагнитных и аустенитных сталей и сплавов и на чугунах.

2.5 ММП-контроль может проводиться как при работе объекта контроля (ОК), так и при его ремонте.

2.6 При ММП-контроле определяют:

- зоны концентрации остаточных сварочных напряжений и их распределение вдоль сварного соединения;

- зоны вероятного расположения микро- и макродефектов всех видов (поры, шлаковые включения, несплошности, трещины, разрывы).

Классификацию дефектов по магнитным параметрам проводят по специальным методикам контроля для конкретного сварного соединения.

2.7 ММП-контроль можно использовать для контроля:

- степени "засоренности" сварных швов дефектами и наличия развивающегося дефекта;

- качества сварных соединений при аттестации, выборе, оптимизации и сертификации технологии сварки.

2.8 Температурный диапазон ММП-контроля составляет от минус 20 °С до плюс 60 °С и регламентируется условиями нормальной работы оператора и приборов контроля.

2.9 По результатам ММП-контроля рекомендуется использовать традиционные методы и средства дефектоскопического контроля в зонах максимальной концентрации напряжений и вероятного расположения микро- и макродефектов по действующим нормам для сварного соединения.

2.10 Необходимость применения ММП-контроля может устанавливаться соответствующими нормами контроля качества сварных соединений на данном предприятии или в данной отрасли.

3 Условия контроля

3.1 Оборудование и конструкции контролируют с использованием метода МПМ как в рабочем состоянии (под нагрузкой), так и при их останове (после снятия рабочей нагрузки).

3.2 Зачистки и какой-либо подготовки поверхности не требуется. Изоляцию рекомендуется снять. В отдельных случаях допускается проведение контроля без снятия немагнитной изоляции. Максимально допустимая для проведения контроля толщина изоляции определяется экспериментально.

3.3 Допустимый диапазон толщин металла в зонах контроля указывают в методиках на данный объект контроля.

3.4 Ограничивающими факторами применения МПМ являются:

- наличие искусственной намагниченности металла;

- наличие на объекте контроля постороннего ферромагнитного изделия;

- наличие вблизи (ближе 1 м) объекта контроля источника внешнего магнитного поля и поля от электросварки.

3.5 Акустические шумы, механические вибрации вблизи объектов контроля и на самих ОК не оказывают влияния на результаты контроля.

4 Приборы и аппаратура

4.1 Для контроля оборудования с использованием метода МПМ применяются специализированные магнитометрические приборы, имеющие соответствующие сертификаты. В описании указанных приборов должны быть типовые методики определения ЗКН.

4.2 Принцип действия указанных приборов должен быть основан на фиксации импульсов тока в обмотке феррозонда при помещении его в СМПР приповерхностного пространства объекта контроля. В качестве датчиков для измерения напряженности СМПР могут быть использованы феррозондовые или другие магниточувствительные преобразователи: полемеры или градиентометры.

4.3 Приборы должны иметь экран для графического представления параметров контроля, регистрирующее устройство на базе микропроцессора, блок памяти и сканирующие устройства в виде специализированных датчиков. Должна быть обеспечена возможность передачи информации от прибора к компьютеру и распечатки на принтере. В комплекте с прибором должно поставляться программное обеспечение для обработки результатов контроля на компьютере.

4.4 В комплекте с прибором поставляются специализированные датчики. Тип датчика определяется методикой и объектом контроля. На датчике должно быть не менее двух каналов измерений, один из которых измерительный, а другой используют для отстройки от внешнего магнитного поля Земли.

В корпусах датчиков должен быть электронный блок усиления измеряемого поля и датчик для измерения длины контролируемого участка.

4.5 Допустимую погрешность измерений напряженности магнитного поля указывают в методиках в зависимости от объекта контроля.

Метод Магнитной Памяти Металла - новое направление в технической диагностике

Традиционные методы и средства диагностики (УЗД, МПД, рентген) направлены на поиск уже развитых дефектов и по своему назначению не могут предотвратить внезапные усталостные повреждения оборудования - основные причины аварий и источники травматизма обслуживающего персонала.

Известно, что основными источниками возникновения повреждений в работающих конструкциях являются зоны концентрации напряжений (КН), в которых процессы коррозии, усталости и ползучести развиваются наиболее интенсивно. Следовательно, определение зон КН является одной из важнейших задач диагностики оборудования и конструкций.

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

В настоящее время в России разработан и успешно внедряется на практике принципиально новый метод диагностики оборудования и конструкций, основанный на использовании магнитной памяти металла (МПМ). МПМ объединяет потенциальные возможности неразрушающего контроля (НК) и механики разрушений, вследствие чего, имеет ряд существенных преимуществ перед другими методами при контроле промышленных объектов.

Основные практические преимущества нового метода диагностики, по сравнению с известными магнитными и другими традиционными методами неразрушающего контроля (НК), следующие:

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;
зачистки 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.

Метод МПМ является наиболее пригодным для практики методом НК при оценке фактического напряженно-деформированного состояния. Поэтому использование нового метода диагностики наиболее эффективно для ресурсной оценки узлов оборудования.

Предлагаемый метод диагностики, основанный на использовании магнитной памяти металла, позволяет выполнить интегральную оценку состояния узла с учётом качества металла, фактических условий эксплуатации и конструктивных особенности узла.

Основная задача метода МПМ - определение на объекте контроля наиболее опасных участков и узлов, характеризующихся зонами КН. Затем, с использованием, например, УЗД в зонах КН определяется наличие конкретного дефекта. На основе поверочного расчёта на прочность наиболее напряжённых узлов, выявленных методом МПМ, выполняется оценка реального ресурса оборудования.

Кроме того, метод МПМ 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.

Что же принципиально нового в предложенном методе контроля?

Из анализа известных магнитных методов вытекают следующие обязательные условия их применения. Во-первых, обязательно используются намагничивающие устройства, и, во-вторых, известные магнитные методы могут применяться эффективно лишь при условии, что места концентрации напряжений и дефектов в объекте контроля заранее известны. Кроме того, известные магнитные методы контроля, как правило, требуют зачистки металла и других подготовительных операций. Очевидно, что использование традиционных магнитных методов контроля в протяжённых конструкциях и на оборудовании при таких условиях практически невозможно. Например, специально намагнитить трубную систему, общая протяжённость которой на современном энергетическом котле достигает 500 км, задача нереальная. Знать заранее места концентрации напряжений (основные источники развития повреждений) на каждой трубе котла не представляется возможным из-за влияния на их образование различных технологических, конструкционных и эксплуатационных факторов.

В тоже время известно, что большинство металлоконструкций и оборудования, изготовленных из ферромагнитных материалов, под действием рабочих нагрузок подвержены "самонамагничиванию" в магнитном поле Земли.

На рис.1 показана схема проявления магнитоупругого эффекта, вызывающего рост остаточной индукции (ΔB_r - изменение остаточной индукции; Δσ - изменение циклической нагрузки; Н e - внешнее магнитное поле). Если в каком-то месте конструкции действует циклическая нагрузка σ, и есть внешнее магнитное поле (например, поле Земли), то в этом месте происходит рост остаточной индукции и остаточной намагниченности.

Рис.1. Схема проявления магнитоупругого эффекта.

С явлением "самонамагничивания" оборудования и конструкций повсеместно борются (судостроение, энергетика, шарикоподшипниковая и другие отрасли). Изучив это явление намагничивания на примере работы котельных труб, было впервые предложено использовать его для целей технической диагностики. При "самонамагничивании" оборудования и конструкций проявляются различные эффекты магнитострикции. Однако, используется при новом методе контроля последействие (во всех разновидностях эффектов магнитострикции), которое проявляется в виде магнитной памяти металла к фактическим деформациям и структурным изменениям в металле оборудования. Более подробно о принципиальных отличиях метода МПМ от других известных магнитных методов НК смотрите в статье Дубова А.А. "Принципиальные отличия метода магнитной памяти металла от других известных магнитных методов неразрушающего контроля. Итоги и перспективы развития метода".

Магнитная память металла - последействие, которое проявляется в виде остаточной намагниченности металла изделий и сварных соединений, сформировавшейся в процессе их изготовления и охлаждения в слабом магнитном поле или в виде необратимого изменения намагниченности изделий в зонах концентрации напряжений и повреждений от рабочих нагрузок.

Примечание: Слабое магнитное поле - геомагнитное поле и другие внешние поля малой напряженности. Более четкая граница между слабыми и сильными магнитными полями рассматривается в книге "Физические основы метода магнитной памяти металла", авторы Власов В.Т., Дубов А.А. М.: ЗАО "ТИССО", 2004.

Метод МПМ - метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния (СМПР) на поверхности изделий с целью определения зон концентрации напряжений, дефектов, неоднородности структуры металла и сварных соединений.

Собственное магнитное поле рассеяния изделия (СМПР) - магнитное поле рассеяния, возникающее на поверхности изделия в зонах устойчивых полос скольжения дислокаций под действием рабочих или остаточных напряжений или в зонах максимальной неоднородности структуры металла на новых изделиях.

Для отдельных деталей и изделий, а также для сварных соединений метод МПМ основан на регистрации СМПР, возникающих в зонах концентрации остаточных напряжений после их изготовления и охлаждения в магнитном поле Земли. В процессе изготовления любых ферромагнитных изделий (плавка, ковка, термическая и механическая обработка) механизм формирования реальной магнитной текстуры происходит одновременно с кристаллизацией при охлаждении, как правило, в магнитном поле Земли. В местах наибольшей концентрации дефектов кристаллической решётки (например, скоплений дислокаций) и неоднородностей структуры образуются доменные границы с выходом на поверхность изделия в виде линий смены знака нормальной составляющей СМПР. Эти линии соответствуют сечению детали с максимальным магнитным сопротивлением и характеризуют зону максимальной неоднородности структуры металла и, соответственно, зону максимальной концентрации внутренних напряжений (ЗКН).

В настоящее время в энергетике, химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей, нефтяной, газовой и в других отраслях промышленности России разработаны и применяются на практике более 60 руководящих документов и методик контроля. Проведён комплекс экспериментальных и теоретических исследований в содружестве с рядом российских и зарубежных институтов. Разработаны количественные и качественные критерии, позволяющие осуществлять раннюю диагностику усталостных повреждений и оценки ресурса оборудования с использованием метода МПМ.

В период с 1990 по 2019 годы специалистами ООО "Энергодиагностика" выполнены промышленные исследования с оценкой состояния более 320 паровых и водогрейных котлов, более 245 паровых и газовых турбин, более 220 сосудов и аппаратов, более 3000 км трубопроводов различного технологического назначения; контроль качества изделий машиностроения более чем на 50-ти заводах и фирмах России и других стран, экспериментальный контроль рельс и колесных пар на предприятиях железнодорожного транспорта, мостовых конструкций, грузоподъёмных механизмов и других технических объектов.

Метод магнитной памяти металла и соответствующие приборы контроля используются более чем на 1000 предприятиях России. Кроме России метод получил распространение в 44 странах мира: Австралия, Азербайджан, Ангола, Аргентина, Бахрейн, Беларусь, Болгария, Босния и Герцеговина, Бразилия, Венгрия, Германия, Израиль, Индия, Ирак, Иран, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Колумбия, Корея, Латвия, Литва, Македония, Малайзия, Молдова, Монголия, Нидерланды, ОАЭ, Оман, Польша, Румыния, Сербия, США, Таджикистан, Туркменистан, Украина, Финляндия, Хорватия, Черногория, Чехия, Швейцария, ЮАР, Япония.

Разработаны и введены в действие следующие стандарты России:

ГОСТ Р 55044-2012. Техническая диагностика. Порядок выбора объектов испытаний при калибровке средств диагностирования напряженно-деформированного состояния конструкционных материалов. Общие требования.
ГОСТ Р 56663-2015. Контроль неразрушающий. Контроль качества изделий машиностроения по остаточной намагниченности, сложившейся в процессе их изготовления. Общие требования.

За период с 1994 года по 2019 год выпущено 50 документов Международного института сварки (МИСа) с положительными резолюциями по методу магнитной памяти металла.

В настоящее время на основе международных стандартов по методу МПМ введены в действие национальные стандарты в России, Болгарии, Иране, Италии, Канаде, Китае, Корее, Монголии, Польше, Украине.

Значительный опыт промышленных и лабораторных исследований, наличие методик, руководящих документов, научно-технических отчётов позволили разработать нормативно-техническую документацию (НТД) по аттестации метода магнитной памяти металла, приборов контроля и персонала. В НТД, кроме методик и РД, входят: требования к техническим знаниям специалистов, изучающих метод МПМ; программа обучения специалистов I, II, и III уровней (согласована с Ростехнадзором); паспорта и технические условия на приборы контроля; правила эксплуатации, методики поверки и испытаний приборов контроля; руководство пользователя программным продуктом для обработки результатов контроля на компьютере; учебное пособие.

Статьи по методу магнитной памяти металла:

Основные публикации:

1. Дубов А.А., Дубов Ал.А., Колокольников С.М. Метод магнитной памяти металла и приборы контроля. Учебное пособие. М.: Издательский дом "Спектр", 2012. 395 с.

2. Власов В.Т., Дубов А.А. Физическая теория процесса "деформация - разрушение". Часть I. Физические критерии предельных состояний металла. М.: ЗАО "ТИССО", 2007. 517 с.

3. Власов В.Т., Дубов А.А. Физическая теория процесса "деформация-разрушение". Часть II. Термодинамика процесса. М.: ИД "Спектр", 2016. 228 с.

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

5. Дубов А.А. Метод магнитной памяти металла. История возникновения и развития. М.: ФГУП Издательство "Известия", 2011. 256 с.

6. Дубов А.А. А.С. 2029263. Патент России и стран СНГ. Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов. Бюллетень изобретений, №5, 1995.

7. Материалы первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой, седьмой и восьмой международных научно-технических конференций "Диагностика оборудования и конструкций с использованием магнитной памяти металла". Доклады и тезисы докладов. М.: Энергодиагностика, 1999, 2001, 2003, 2007, 2009, 2011, 2013, 2015.

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

9. Дубов А.А. Диагностика турбинного оборудования с использованием магнитной памяти металла. М.: ЗАО "ТИССО", 2009. 148 с.

10. Дубов А.А. Диагностика трубопроводов, оборудования и конструкций с использованием магнитной памяти металла. Сборник статей и докладов. М.: Энергодиагностика, 2001.

11. Дубов А.А. Исследование свойств металла с использованием метода магнитной памяти // Металловедение и термическая обработка металлов, №9, 1997.

12. Дубов А.А. Экспресс-метод контроля сварочных напряжений // Сварочное производство, №11, 1996.

13. Дубов А.А. Диагностика усталостных повреждений рельс с использованием магнитной памяти металла // В мире неразрушающего контроля, №5, 1999.

14. Горицкий В.М., Дубов А.А., Демин Е.А. Исследование структурной повреждаемости стальных образцов с использованием метода магнитной памяти металла // Контроль. Диагностика. №7, 2000.

15. Дубов А.А. Проблемы оценки ресурса стареющего оборудования // Безопасность труда в промышленности, №12, 2002. С.30-38.

16. Дубов А.А. Способ определения предельного состояния металла и оценки ресурса оборудования по магнитным диагностическим параметрам // Контроль. Диагностика, №5, 2003.

ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009

МЕТОД МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА

Non-destructive testing. Metal magnetic memory. Part 2. General requirements

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

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 декабря 2009 г. N 587-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 24497-2:2007 "Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 2. Общие требования" (ISO 244972007* "Non-destructive testing - Metal magnetic memory - Part 2: General requirements", IDT).

* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: ISO 24497-2:2007. - Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в приложении А

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ИСО 9712-2005 Квалификация и сертификация персонала. Неразрушающий контроль

ЕН 473-2005 Квалификация и сертификация персонала в области неразрушающего контроля. Общие требования

3 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ЗКН - зона(ы) концентрации напряжений;

СМПР - собственное магнитное поле рассеяния.

Примечание - В процессе проведения контроля методом магнитной памяти металла ЗКН характеризуется резким локальным изменением намагниченности на поверхности ОК, которое проявляется резким магнитным потоком рассеяния СМПР. ЗКН формируются в местах концентрации дефектов, неоднородности структуры металла или в зонах устойчивых полос скольжения, обусловленных статическими или циклическими нагрузками.

4 Общие положения

4.1 Метод МПМ относится к неразрушающему пассивному феррозондовому магнитному методу.

4.2 Метод МПМ основан на измерении и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния металла изделий, отражающих их структурную и технологическую наследственность, включая сварные соединения. При контроле используют естественную намагниченность, сформировавшуюся в процессе изготовления изделия в слабом магнитном поле*. Для оборудования, находящегося в эксплуатации, магнитная память проявляется в необратимом изменении намагниченности металла в направлении действия максимальных напряжений от рабочих нагрузок.

Читайте также: