Метод магнитной памяти металла основан

Обновлено: 03.05.2024

ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МЕТОД МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА

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

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 на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 "Техническая диагностика"

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

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

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 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:

МПМ - магнитная память металла;

ЗКН - зона(ы) концентрации напряжений;

ОК - объект контроля;

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.

* Слабое магнитное поле - геомагнитное поле и другие внешние поля в области Рэлея.

4.3 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 (плавкой, ковкой, прокаткой, точением, штамповкой, термической обработкой и др.).

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

4.5 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 руководителем предприятия.

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

Примечание - Аустенитные стали допускается контролировать методом МПМ, если их микроструктура чувствительна к трансформации

4.7 Температурный диапазон применения метода МПМ регламентируют условия нормальной и безопасной работы оператора (специалиста). Приборы контроля должны быть работоспособны при температуре от минус 20 °С до плюс 60 °С.

5 Требования к объекту контроля

5.1 При использовании метода МПМ оборудование и конструкции контролируют как в рабочем состоянии (под нагрузкой), так и при их останове (после снятия рабочей нагрузки).

5.2 Зачистка и подготовка поверхности не требуются. Изоляцию рекомендуется снять. В отдельных случаях на ОК допускается немагнитная изоляция. Максимально допустимый слой изоляции по толщине определяют опытным путем.

5.3 Диапазон толщин металла в зонах контроля указывают в методиках на данный ОК.

5.4 К ограничивающим факторам применения метода МПМ относят:

- искусственную намагниченность металла;

- постороннее ферромагнитное изделие на ОК;

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

5.5 Акустические шумы и механические вибрации ОК не оказывают влияния на результаты контроля.

6 Требования к средствам контроля

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

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

6.3 Приборы должны быть снабжены экраном для графического представления параметров контроля, регистрирующим устройством на базе микропроцессора, блоком памяти и сканирующим устройством в виде специализированных датчиков. Должна быть обеспечена возможность передачи информации от прибора к компьютеру и распечатки ее на принтере. В комплекте с прибором должно поставляться программное обеспечение для обработки результатов контроля на компьютере.

6.4 В комплекте с прибором поставляют специализированные датчики. Тип датчиков определяется методикой и ОК. На датчиках 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.

6.5 На ОК, где затруднительно использовать сканирующие устройства, допускается применять магнитометрические приборы с цифровой индикацией напряженности магнитного поля.

6.6 На погрешность измерения СМПР влияют следующие факторы:

- чистота поверхности ОК;

- расстояние датчика от поверхности ОК;

- скорость сканирования датчика вдоль поверхности ОК;

Допустимая погрешность измерений должна быть указана в методиках в зависимости от ОК.

6.7 Должны быть обеспечены следующие метрологические характеристики приборов:

- основная относительная погрешность измерения магнитного поля для каждого канала измерений - не более ±5%;

- относительная погрешность измеряемой длины - не более ±5%;

- диапазон измерений приборов - не менее ±1000 А/м;

- минимальный шаг сканирования (расстояние между двумя соседними точками контроля) - 1 мм;

- уровень шумов, обусловленный работой процессора и микросхем, - не более ±5 А/м.

7 Подготовка к контролю

7.1 Подготовка к контролю состоит из:

- анализа технической документации на ОК и составления карты (формуляра) ОК;

- выбора типов датчиков и приборов контроля;

- настройки и калибровки приборов и датчиков в соответствии с инструкцией, указанной в паспорте прибора;

- условного деления объекта контроля на отдельные участки и узлы, имеющие конструктивные особенности, и обозначения их в формуляре ОК.

7.2 Анализ технической документации на объект контроля включает в себя:

- выявление марок сталей и типоразмера узлов;

- анализ режимов работы ОК и причин отказов (повреждений);

- выявление конструктивных особенностей узлов, мест расположения сварных соединений.

8 Проведение контроля

8.1 Измеряют нормальную и/или тангенциальную составляющие собственного магнитного поля рассеяния на поверхности ОК непрерывным или точечным сканированием датчиком прибора, при этом на поверхности ОК определяют зоны с экстремальными изменениями поля и линии с нулевым значением поля (=0). Эти зоны и линии соответствуют зонам концентрации остаточных напряжений.

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 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.

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.

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

Назначение и практические возможности метода магнитной памяти металла

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

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

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

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

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

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

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

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

Диагностические параметры в методе МПМ:

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

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

2. Для количественной оценки уровня концентрации напряжений (источников повреждений) определяется градиент нормальной (H _y ) и/или тангенциальной (H _x ) составляющих СМПР:

где Δx - расстояние между соседними точками контроля.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рассмотрим далее отдельные примеры из практики применения метода МПМ.

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

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

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

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

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

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

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

Рис.3. Фрагмент контроля газопровода через слой изоляции.

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

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

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

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

а) б)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Литература

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Метод магнитной памяти металла основан

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

2 Сокращения

В настоящем стандарте применяют следующие сокращения:

ЗКН - зона концентрации напряжений;

НК - неразрушающий контроль;

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.

3.7 Температурный диапазон применения метода МПМ регламентируют условия нормальной и безопасной работы оператора (специалиста). Приборы контроля должны быть работоспособными при температуре от минус 20 до плюс 60 °С.

4 Требования к объекту контроля

4.1 При использовании метода МПМ оборудование и конструкции контролируют как в рабочем состоянии (под нагрузкой), так и при их останове (после снятия рабочей нагрузки).

4.2 Зачистка и подготовка поверхности не требуются. Изоляцию толщиной более 4 мм рекомендуется снять. В отдельных случаях при контроле допускается немагнитная изоляция толщиной более 4 мм. Максимально допустимый слой изоляции по толщине определяют опытным путем.

4.3 Диапазон толщин металла в зонах контроля указывают в методиках на данный объект контроля.

4.4 К ограничивающим факторам применения метода МПМ относят:

- постороннее ферромагнитное изделие на объекте контроля;

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

4.5 Шумы и вибрации ОК не оказывают влияния на результаты контроля.

5 Требования к средствам контроля

5.1 Для контроля оборудования с использованием метода МПМ применяют специализированные магнитометрические приборы, имеющие сертификаты Госстандарта России. В описании указанных приборов должна быть типовая методика определения ЗКН.

5.2 Принцип действия указанных приборов основан на фиксации импульсов тока в обмотке феррозонда при помещении его в магнитное поле рассеяния (МПР) приповерхностного пространства объекта контроля. В качестве датчиков для измерения напряженности МПР могут быть использованы феррозондовые или другие магниточувствительные преобразователи (полимеры или градиентометры).

5.3 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 сброса информации с прибора на компьютер и распечатка на принтере. В комплекте с прибором поставляется программный продукт для обработки результатов контроля на компьютере.

5.4 В комплекте с прибором поставляют 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 корпусе датчика должен быть электронный блок усиления измеряемого поля и датчик для измерения длины контролируемого участка.

5.5 На объектах контроля, где затруднительно использовать сканирующие устройства, допускается применять магнитометрические приборы с цифровой индикацией напряженности магнитного поля.

5.6 На погрешность измерения МПР влияют следующие факторы:

Допустимая погрешность измерений должна быть указана в методиках в зависимости от объекта контроля.

5.7 Метрологические характеристики приборов следующие:

- основная относительная погрешность измеряемого магнитного поля для каждого канала измерений - не более ±5%;

- уровень "шумов", обусловленный работой процессора и микросхем, - не более ±5 А/м.

6 Подготовка к контролю

6.1 Подготовка к контролю состоит из следующих основных этапов:

- анализ технической документации на ОК и составление карты (формуляра) ОК;

- выбор типов датчиков и приборов контроля;

- настройка и калибровка приборов и датчиков в соответствии с инструкцией, указанной в паспорте прибора;

- условное деление объекта контроля на отдельные участки и узлы, имеющие конструктивные особенности, и обозначение их на формуляре ОК.

6.2 Анализ технической документации на объект контроля включает в себя:

- анализ режимов ОК и причин отказов (повреждений);

7 Проведение контроля

7.1 Измеряют нормальную составляющую магнитного поля рассеяния на поверхности ОК непрерывным или точечным сканированием датчиком прибора, при этом на поверхности ОК определяют зоны с экстремальными изменениями поля и линии с нулевым значением поля (

7.2 Для количественной оценки уровня концентрации остаточных напряжений определяют коэффициент интенсивности , А/м, изменения магнитного поля по формуле

где - разность поля между двумя точками контроля;

- расстояние между точками контроля.

7.3 Результаты контроля записывают в блок памяти приборов и затем, используя программный продукт, определяют ЗКН с максимальным значением и считывают среднее значение для всех зон КН, выявленных на объекте контроля.

7.4 После определения значений и для всех зон, выявленных при контроле, выделяют две-три ЗКН с самыми большими значениями и вычисляют отношение

Если превышает предельное значение , то делается вывод о предельном состоянии металла, предшествующем повреждению ОК.

Магнитный метод

Что означает термин "магнитная дефектоскопия"

Магнитная дефектоскопия представляет собой комплекс методов неразрушающего контроля, применяемых для обнаружения дефектов в ферромагнитных металлах (железо, никель, кобальт и ряд сплавов на их основе). К дефектам, выявляемым магнитным методом, относят такие дефекты как: трещины, волосовины, неметаллические включения, несплавления, флокены. Выявление дефектов возможно в том случае, если они выходят на поверхность изделия или залегают на малой глубине (не более 2-3 мм).

На чем основаны магнитные методы?

Магнитные методы основаны на изучении магнитных полей рассеяния вокруг изделий из ферромагнитных материалов после намагничивания. В местах расположения дефектов наблюдается перераспределение магнитных потоков и формирование магнитных полей рассеяния. Для выявления и фиксации потоков рассеяния над дефектами используются различные методы.

Магнитопорошковый метод контроля (магнитопорошковая дефектоскопия, МПД)

Чувствительность и качество магнитопорошкового метода зависит от нескольких факторов

от магнитных характеристик материала применяемого для изготовления детали;
силы напряженности намагничивающего поля;
взаимного направления намагничивающего поля и дефекта;
параметрические характеристики: размер, форма и шероховатость поверхности детали;
способа и условий при регистрации, анализе и документирование индикаторного рисунка обнаруженного дефекта.
размера, формы, местоположения и ориентации дефекта;
свойств дефектоскопического материала, применяемого для проведения контроля;
способа нанесения дефектоскопического материала на поверхность детали;

Магнитопорошковый метод обнаруживает дефекты следующих параметров

поверхностные с шириной раскрытия у поверхности 0,002 мм и более, глубиной 0,01 мм и более;
подповерхностные, расположенные на глубине до 2 мм;
внутренние (больших размеров), лежащие на глубине более 2 мм;
под различного рода покрытиями, но при условии, что толщина немагнитного покрытия не более 0,25 мм.

Применение магнитного метода неразрушающего контроля

Магнитный контроль в наши дни применяется почти во всех отраслях тяжелой и легкой промышленности: нефтехимической отрасли, черная металлургия, машиностроение и авиационная промышленность, энергетическое и химическое машиностроение (ГРЭС, ТЭЦ, АЭС), автомобильная промышленность и судостроение, строительство (трубопроводы, стальные конструкции, промышленные цистерны), транспорт (авиация, железнодорожный, автотранспорт).

Оборудование для магнитного контроля

При проведении магнитного контроля специалисты ООО «Эталон» используют материалы и оборудование ведущих европейских производителей Magnaflux и Helling.

Читайте также: