Коэрцитивная сила сталей таблица

Обновлено: 16.05.2024

Принцип действия коэрцитиметра построен на измерении коэрцитивной силы. Это интегральная характеристика ферромагнитных материалов, по которой можно судить об их ключевых структурно-механических свойствах. Данная физическая величина обозначает напряжённость магнитного поля, необходимую для полного размагничивания ферромагнетика. Коэрцитивная сила обозначается как Нс, измеряется в ампер/сантиметрах (А/см) и ампер/метрах (А/м). Являясь сильно структурно-чувствительным параметром, она очень многое говорит о твёрдости поверхности исследуемого объекта, напряжённо-деформированном состоянии (НДС), локальных нарушениях структуры и т.д.

На «Дефектоскопист.ру» доступна отдельная статья, посвящённая коэрцитивной силе и основам коэрцитиметрического метода. Сегодня же хотелось бы сосредоточиться на приборах для магнитометрической диагностики. В отличие от тех же магнитопорошковых дефектоскопов, они предназначены не для поиска дефектов (трещин, флокенов и прочих), а для комплексной оценки состояния материала в целом. Полученные результаты позволяют точнее рассчитать остаточный ресурс объекта, и не только его.

Для каких задач применяется коэрцитиметр-структуроскоп

измерять твёрдость;
определять глубину закалки токами высокой частоты;
оценивать качество термической, химико-термической и/или термомеханической обработки;
выявлять места развития напряжений материала и локальные нарушения структуры;
определять марку стали и производить сортировку;
оценивать физический износ и степень деградации материала.

Устройство и принцип работы портативного накладного коэрцитиметра

электронного блока (блока управления), в котором предусмотрены устройства намагничивания и размагничивания, генератор тока, усилитель, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, микропроцессор-контроллер, аккумулятор, разъёмы, клавиатура и дисплей;
приставного преобразователя, в котором есть обмотка намагничивания, обмотка размагничивания и датчик Холла. Принцип действия последнего состоит в том, чтобы зафиксировать электрическое напряжение, возникшее под действием внешнего магнитного поля объекта. Напряжение это пропорционально напряжённости магнитного поля и силе тока. Датчик Холла регистрирует электрические сигналы, которые передаются на блок управления. По этой цифре и рассчитывается напряжённость поля, необходимая для уменьшения магнитного потока до нуля. То есть – значение коэрцитивной силы, которое оператор видит на экране прибора;
сменных полюсных наконечников различных конфигураций для более плотного контакта с поверхностью;
соединительного кабеля для подключения преобразователя к электронному блоку.

2) выбор шкалы измерений. В современных приборах доступны программируемые шкалы, позволяющие отображать результаты измерений в А/см (для коэрцитивной силы), HRC, HCD или HB (для твёрдости). Кроме того, коэрцитиметры могут измерять ток размагничивания I, пропорциональный коэрцитивной силе, и ток размагничивания Ir, пропорциональный релаксационной коэрцитивной силе. Отдельно измеряется напряжение датчика Холла: а) пропорциональное остаточной индукции магнитного поля (U), б) пропорциональное остаточной индукции магнитного поля после размагничивания заданным током (Ui), в) пропорциональное остаточной намагниченности изделия (Um);

4) непосредственно процесс измерения. Преобразователь подносят к объекту, плотно прижимая полюсные наконечники к поверхности. Сгенерированные электронным блоком импульсы тока намагничивания проходят через обмотку электромагнита и намагничивают объект контроля. Затем ток намагничивания отключается, а блок размагничивания постепенно наращивает ток размагничивания. Пропорциональный ему сигнал от измерительной обмотки поступает на аналого-цифровой преобразователь. После обработки в модуле управления значение выводится на дисплей;

Требования к коэрцитиметрам

Этому посвящён раздел 7 стандарта ГОСТ Р 58599-2019. Документ распространяется на стальные конструкции из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей и требует, чтобы приборы обладали зазороустойчивостью. Данное свойство указывает на возможность измерять коэрцитивную силу даже при наличии зазора между полюсными наконечниками и поверхностью. Это может быть либо немагнитное покрытие (в СТО 36554501-040-2014 обговаривается его максимально допустимая толщина – 6 мм), либо просто воздушная прослойка. Точные параметры зазороустойчивости зависят от конкретной модификации устройства.

Разумеется, применение коэрцитиметра становится правомерным только после прохождения метрологической поверки. Прибор должен быть внесён в Госреестр СИ и поставляться с копией свидетельства об утверждении типа СИ. Он должен обладать достаточным диапазоном измерений и низкой относительной погрешностью. Более того – к каждому преобразователю должны прилагаться минимум два контрольных образца: один – для проверки нижнего порога диапазона измерений, другой – для верхнего. При этом рабочая глубина контроля преобразователя и глубина промагничивания образца должны совпадать.

Порядок проведения контроля

С точки зрения физических основ проведение контроля при помощи коэрцитиметра представляет собой такую последовательность операций:

1) тщательной зачистки, как правило, не требуется. Разве что удалить окалину, а в остальном – можно спокойно работать при толщине пыли, грязи и защитных покрытий в пределах 3–4 мм. То есть по прибытии на объект дефектоскопист может сразу приступать к разметке поверхности на отдельные участки с шагом примерно 0,5–1 м, используя рулетку (линейку) из набора ВИК;

3) зоны поочерёдно намагничивают до технического насыщения. Делают это в двух взаимно перпендикулярных направлениях – вдоль направления приложения нагрузок и поперёк. Особое внимание уделяется фасонному прокату, гнутым профилям, трубам круглого и квадратного сечения, двутавровым профилям, швеллерам и прочим конструктивным элементам, подверженным эксплуатационной поврежденности. Перечень наиболее нагруженных узлов определяется в результате расчётов и отражается в программе технического диагностирования;

4) оператор фиксирует напряжённость магнитного поля, соответствующую коэрцитивной силе материала. Последняя определяется в ходе стендовых испытаний на растяжение либо экспериментальным путём: нужна серия измерений на контрольных образцах материалов или готовых изделий с эталонным качеством обработки и НДС. Полученные в ходе таких опытов значения сохраняются в специальных справочниках (таблицах) и могут быть продублированы в памяти прибора. Оператор может настроить автоматическую сигнализацию дефекта, указав нижний и верхний порог допустимых значений. Всё, что не укладывается в заданный диапазон, будет расцениваться как повод для перепроверки и отбраковки. На объектах со сложной схемой нагружения всегда ориентируются на большее значение коэрцитивной силы. Если по мере продвижения от одной зоны к другой наблюдается ощутимый рост Нс, то шаг измерения сокращают с упомянутых выше 0,5–1 м вплоть до 1 см – для наибольшей точности замеров;

6) на основании корреляционных связей между коэрцитивной силой, амплитудой сигналов и исследуемыми параметрами происходит количественная оценка последних. Полученные значения сопоставляются со специальными таблицами, которые были составлены по итогам механических испытаний и содержатся в ведомственной документации. В каждой отрасли, для каждого сплава – свои значения коэрцитивной силы, при которых можно утверждать о переходе сооружения в неработоспособное, предаварийное или аварийное состояние. При этом: стендовые механические испытания и реальные условия эксплуатации – всё же разные вещи. Поэтому коэрцитиметр позволяет выявлять проблемные зоны даже на тех элементах, которые согласно проекту и инженерным расчётам должны иметь большой запас прочности. Как говорится, должны, но не обязаны: нельзя исключать ошибки в проектировании, нарушение технологии изготовление, правил монтажа, заводской брак материалов и пр. В этом и есть одно из сильных качеств коэрцитиметрии, которая является, по сути, интегральным методом и оценивает текущее состояние металла как следствие всего многообразия внешних и внутренних факторов;

7) заполнение протокола (акта/заключения/отчёта) по результатам измерений. В нём указываются наименование конструктивного элемента (место измерений), расположение в осях, марку стали, значения коэрцитивной силы, измеренные вдоль и поперек приложения нагрузки. Здесь же дефектоскопист может изложить свои примечания. И, конечно же, в каждом протоколе должны быть сведения о наименовании и местонахождении объекта, используемых СИ. Плюс специалист, проводивший контроль, указывает свои ФИО.

Если значение коэрцитивной силы приближается к критической отметке, сооружение могут отнести к разряду «ограниченно работоспособных». В этом случае необходимо назначить дополнительные проверки другими видами неразрушающего контроля и запланировать повторные обследования коэрцитиметрическим методом. Периодичность – от 3 до 6 месяцев.

Как выбрать коэрцитиметр

Тип прибора. Он может быть накладным либо проходным. Наибольшее распространение получили накладные модификации, так как проходные не годятся для обследования строительных конструкций и подходят больше для трубопроводов и прочих полых объектов. Для намагничивания обычно используют приставные электромагниты либо – реже – соленоиды. Первый вариант предпочтителен тем, что позволяет контролировать крупногабаритные объекты, при одностороннем доступе, на криволинейных поверхностях. А главное – приставные электромагниты обеспечивают локальность измерений, поскольку позволяют определять коэрцитивную силу в разных точках. Коэрцитиметр такого типа – знаменитый КИФМ – был создан в 1938 году в Уральском отделении РАН. Хотя справедливости ради стоит сказать, что исторически самые первые коэрцитиметры работали именно с соленоидами. Сегодня же они используются преимущественно в цеховых условиях для контроля небольших деталей.
Диапазон измерения коэрцитивной силы и дискретность (точность) показаний. Нужно смотреть руководящую документацию на контроль и учесть проектную документацию на объект (прежде всего, сортамент материалов). Согласно ГОСТ Р 58599-2019, например, диапазон должен составлять 1–60 А/см, а погрешность не должна превышать 5%.
Наличие свидетельства об утверждении типа СИ. Прибор должен быть внесён в Госреестр СИ. Аттестованная лаборатория обязана следить за своевременным метрологическим обслуживанием (поверкой) устройства, иначе полученные с его помощью результаты (и оформленные на их основе заключения) не будут считаться достоверными. По крайней мере, на объектах, на которые распространяется закон №102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений". Всё как с остальным оборудованием неразрушающего контроля.
Параметры намагничивания и размагничивания: количество импульсов, сила тока, напряжённость, продолжительность и пр.
Удобство работы со шкалами, сохранения и обработки результатов контроля. Чтобы не запутаться в данных, полученных с разных объектов, понадобится возможность группировать файлы, перемещать их, редактировать название, добавлять к ним комментарий и пр. Нормой для современных устройств уже давно считается наличие разъёмов для передачи данных на ПК. К большинству моделей даже прилагается специализированное ПО для инсталляции на десктопе и более комфортной работы с результатами магнитометрической диагностики.
Зазороустойчивость – возможность проведения контроля даже при наличии немагнитного покрытия или воздушной прослойки с автоматической отстройкой (компенсацией) показаний. Кроме того, самому преобразователю может быть свойственна остаточная намагниченность. Если она превышает допустимый уровень, коэрцитиметр должен уметь это учитывать и автоматически корректировать показания.
Доступные габариты исследуемых объектов. Коэрцитиметрический метод, в целом, не особо чувствителен к геометрии изделий, однако производительность прибора должна соответствовать объёмам контроля. Для сложных поверхностей понадобятся дополнительные полюсные наконечники.
Доступная номенклатура преобразователей. И в первую очередь – их глубина промагничивания. У одних датчиков она строго зафиксирована, у других – доступна возможность плавной настройки. Для стандартных задач коэрцитиметрии может хватить глубины промагничивания 6–7 мм, хотя в продаже есть приборы и преобразователи, у которых этот показатель достигает 12 мм и более.
Возможность использовать сменные наконечники (их конфигурация, размеры, расстояние между полюсами). Одно дело – ровные поверхности, совсем другое – изделия цилиндрической формы с определённым радиусом кривизны.
Портативность. Малый вес (оптимально – не более 3 кг). Коэрцитиметр должен быть удобным для работы на высоте, в полевых условиях, на промышленных площадках, где доступ к зонам контроля часто затруднён. Ещё требование в контексте портативности – автономное питание. Аккумулятор должен иметь достаточную ёмкость, чтобы обеспечивать работу без подзарядки в течение 8 часов, не меньше.

Где купить коэрцитиметр-структуроскоп

Из партнёров форума «Дефектоскопист.ру» разработкой и производством таких приборов занимаются два предприятия.

Коэрцитивная сила – ключевой показатель напряжённо-деформированного состояния металла

Коэрцитивная сила (Нс) – один из самых информативных параметров в неразрушающем контроле и технической диагностике несущих металлоконструкций. В физическом смысле она обозначает напряжённость внешнего магнитного поля, при которой намагниченность в материале, предварительно намагниченном до насыщения, становится равной нулю. Другими словами, величина равна напряжению магнитного поля, достаточному для того, чтобы изменить магнитную индукцию – от остаточных значений до нуля. Измеряется специальными приборами – коэрцитиметрами – в ампер/сантиметрах (А/см) и ампер/метрах (А/м).

толщины металла;
размера зерна;
структурных неоднородностей;
термомеханической обработки, которой подвергся прокат на этапе изготовления;
легирующих добавок в составе и пр.

Что это даёт на практике

Коэрцитивная сила – очень важная характеристика для оценки текущего состояния металлоконструкций и изделий, предварительно подвергнутых термомеханической обработке, после которой в материале остаётся множество микроповреждений и напряжений. В дальнейшем ситуация усугубляется механическими нагрузками, коррозионными процессами, климатическими факторами. Дополнительно влияет собственный вес конструкции, цикличность внешних воздействий, вибрация и т.д. Степень усталости и так называемый уровень деградации металла возрастают. Остаточный ресурс сооружения – наоборот, уменьшается.

Чтобы обеспечить безопасность эксплуатации и избежать аварий, нужно «держать руку на пульсе». А именно – периодически проверять напряжённо-деформированное состояние металла. Мониторинг деградации материалов позволяет точнее спрогнозировать фактический срок службы конструкции. Из всех видов неразрушающего контроля для такой диагностики лучше всего годится метод магнитный коэрцитиметрический (ММК). Это одно из ответвлений магнитной дефектоскопии, которое базируется на том, что коэрцитивная сила находится в корреляционной зависимости от механических свойств металла. У низколегированных и углеродистых сталей, например, под действием усталостного напряжения она может увеличиваться в 3–4 раза по мере эксплуатации.

Всё начинается с механических испытаний образцов ферромагнетика, из которого изготовлен объект контроля. Образец растягивают на специальном стенде (разрывной машине) со ступенчатым нагружением вплоть до полного разрушения. Параллельно с увеличением напряжённого состояния металла измеряют его коэрцитивную силу. В результате испытаний на растяжение составляется диаграмма «нагружение–коэрцитивная сила», на которой отчётливо видно, как последняя увеличивается в 2–4 раза по мере зарождения и развития микроповреждений. Другими словами, Нс определяется экспериментально, и конечно же, для большинства типовых сплавов (магнитотвёрдых и магнитомягких) уже давно составлены таблицы с базовыми значениями.
В процессе эксплуатации сооружения периодически проводятся обследования при помощи коэрцитиметров.
Полученные в ходе измерений значения коэрцитивной силы сравниваются с исходными (начальными) данными. После проведения контроля коэрцитиметрическим методом у оператора в распоряжении минимум 3 цифры: начальное значение, текущее и конечное (при котором материал полностью деградирует и разрушается). Сопоставляя их между собой и ориентируясь на фактическое состояние металла (коэрцитивную силу в данный конкретный момент времени), специалист рассчитывает остаточный ресурс конструкции.
В зависимости от того, как близок материал к критическому состоянию, несовместимому с безопасной эксплуатацией, принимается решение о дальнейшей наблюдении, или локальном ремонте, или реконструкции объекта.

Для каких задач технической диагностики нужно измерять коэрцитивную силу

проверять механические свойства металлов, прежде всего – их прочность и пластичность, с которыми у Нс существует надёжная корреляционная связь;
рассортировывать стали по маркам (у каждого сплава – своё содержание углерода, влияющее на значение Нс);
определять качество отжига, закалки, последующего отпуска и других видов низкотемпературной (в пределах 100–300 ˚С) термообработки из легированных, средне- и высокоуглеродистых сталей. Не случайно измерение коэрцитивной силы часто практикуют при расследовании пожаров: чем выше её значение, тем дольше металл был в огне и, следовательно, тем ближе объект находился к эпицентру возгорания;
измерять глубину и твёрдость упрочнённых слоёв (для проникновения магнитного потока в поверхностный слой и «сердцевину» материала применяются сменные сердечники разной площади);
контролировать напряжённо-деформированное состояние ответственных сооружений – пролётов мостов, перекрытий, стрел подъёмных механизмов и прочих критически важных, несущих конструкций;
оценивать физический износ конструкций, проектировать их усиление, реконструкцию и т.д.

При чём тут магнитный гистерезис

Магнитный гистерезис – явление, при котором векторы намагниченности и напряжённости магнитного поля определяются не только приложенным внешним полем, но и предысторией объекта. Одно из необходимых условий – достижение точки насыщения. Так, если пустить ток на электромагнитную катушку с высокой напряжённостью поля и дождаться, когда магнитный поток достигнет максимальной плотности, а затем отключить ток намагничивания, – то поток не исчезнет на 100%. Причина этого кроется в «памяти» ферромагнитного сердечника на молекулярном уровне. Материалы, которым свойственна высокая удельная удерживаемость, относятся к категории магнитотвёрдых (типичный пример – любой постоянный магнит). У других остаточный магнетизм выражен не так сильно – это магнитомягкие материалы, и из них получаются отличные электромагниты. Коэрцитивная сила как раз и обозначает то, какой должна быть отрицательная напряжённость магнитного поля, чтобы уменьшить остаточную плотность потока.

ось B – обозначает плотность магнитного потока;
ось Н – обозначает напряжённость магнитного потока. Предположим, мы берём сердечник, у которого B и Н равны нулю, и подаём ток намагничивания. Плотность и напряжённость будут расти (путь от точки f до точки a), но не до бесконечности, а до определённого уровня. Это и есть то самое насыщение, о котором мы говорили выше;
далее – когда мы отключаем ток, магнитное поле сводится к нулю (путь от точки a до точки b), однако в силу магнитного гистерезиса и остаточного магнетизма с магнитным потоком этого не произойдёт, и он задержится на определённом уровне (точка b);
для уменьшения магнитного потока до нуля нужно обратить ток, протекающий в катушке, в обратном направлении. Коэрцитивная сила – это и есть необходимая для этого сила намагничивания, достаточная для того, чтобы обнулить остаточную плотность потока, пока он не достигнет точки с на графике;
если продолжить увеличивать обратный ток, то сердечник будет намагничиваться уже в обратном направлении, пока не достигнет насыщения (точка d, симметричная точки a);
соответственно, если отключить ток, то магнитное поле уменьшится до нуля, а вот намагниченность – снова задержится на определённом уровне, но в отрицательном диапазоне (точка e, симметричная точке b);
если постоянно чередовать ток с положительным и отрицательным значениями, то кривая будет вновь и вновь проходить «по маршруту» между точками a, b, с, d, e, f и опять возвращаться в точку a. Эта траектория и образует магнитную петлю гистерезиса.

Преимущества коэрцитиметрии

Полнота и достоверность практической информации о фактическом состоянии металла. Классическая дефектоскопия позволяет лишь косвенно судить об этом (и направлена, в сущности, на обнаружение причин разрушений), в то время как коэрцитиметрический метод направлен непосредственно на оценку усталости и напряжённости, к которым привели развивающиеся микроповреждения.
Практически полное отсутствие помех. В наших статьях, посвящённых ультразвуковым, вихретоковым и магнитным дефектоскопам, то и дело упоминается соотношение сигнал-шум. У коэрцитиметров этого нет. Для их использования не нужно тщательно зачищать поверхность, удалять немагнитное покрытие (по крайней мере, если его толщина не превышает 5–6 мм), наносить контактную жидкость. В процессе измерения коэрцитивной силы регистрируются усталостные изменения в металле, и ничего более.
Сокращение затрат на другие виды диагностики и неразрушающего контроля. Его проведение становится целесообразным только тогда, когда усталостная микроповреждённость достигла некоего критического уровня (у каждого сплава он свой). До этого момента правильнее говорить не о дефектах, а о концентрациях напряжений. Периодический мониторинг коэрцитивной силы позволяет выявлять проблемные зоны, сходу получая общее представление о текущем состоянии сооружения и избавляя от лишних затрат на другие виды НК.
Выявить зоны-концентраторы гораздо проще, чем возникающие в них усталостные дефекты. Усталостные зоны располагаются логично, в соответствии с распределением нагрузок. Дефекты же могут возникнуть неожиданно в самом, казалось бы, неочевидном месте.
Коэрцитивная сила – исчисляемое в «осязаемых» физических величинах, количественное и качественное выражение таких абстрактных, на первый взгляд, характеристик, как усталость и ресурс. Это простой, наглядный и выраженный в конкретных цифрах критерий, благодаря которому результаты технической диагностики получаются более понятными, объективными и обоснованными.
Возможность применения коэрцитиметрического метода на любом этапе «жизненного цикла» сооружения. Начиная от изготовления конструктивных деталей и монтажа и заканчивая текущей эксплуатацией и реконструкцией. Это открывает возможности для статистической обработки результатов, построения наглядных графиков, диаграмм и пр. Так, на основе значений коэрцитивной силы отдельных зон и конструктивных элементов можно вывести интегральную численную характеристику сооружения в целом и планировать стратегию дальнейшей эксплуатации.

Коэрцитиметрия, конечно, не способна заменить всего многообразия видов НК, но она многократно повышает эффективность их применения. Сама идея коэрцитиметрического метода, его «философия» предполагает отношение к металлу как к живой, подвижной, развивающейся системе. Объект контроля предстаёт здесь как динамичный «организм», и это абсолютно верно, поскольку меняется всё, от внешних сред до внутренних, структурных процессов. В этом плане к коэрцитиметрии «близок по духу» разве что акустико-эмиссионный контроль, суть которого сводится к тому, чтобы «услышать» образование и развитие дефектов в процессе нагружения.

Коэрцитиметр: назначение, порядок работы, требования, советы по выбору

Оценка ресурса по коэрцитивной силе

Согласно представлениям энергетической теории прочности, каждый материал характеризуется своим значением удельной энергии разрушения. При этом считается, что удельная энергия разрушения не зависит от способа подвода энергии. Для оценки остаточного ресурса необходимо знать две величины: предельное значение энергии разрушения для данного материала и текущее значение поглощенной энергии. Одним из таких методов, позволяющих оценить величину поглощенной энергии, является метод оценки по величине коэрцитивной силы, относящийся к магнитному виду неразрушающего контроля. Установлено, что для ряда конструкционных сталей, относящихся к классу разупрочняемых, с увеличением энергии, затраченной на накопление дефектов и повреждений, одновременно растет и коэрцитивная сила, являющаяся энергетической характеристикой. Работы последних лет в области магнитного контроля напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса металлоконструкций различных объектов позволили установить тесную корреляционную связь (коэффициент корреляции > 0,9) зависимости изменения коэрцитивной силы Н_с с механическими свойствами конструкционных сталей (углеродистых СтЗ, Ст20, Ст65, малолегированных 09Г2С, 10ХСНД, 17ПС идр.), с нагруженностью конструкций и накоплением ими повреждений*. Это объясняется единством природы намагничивания металла, упругопластической деформации, накопления повреждений и роста коэрцитивной силы.

Установлено, что запас энергии, затрачиваемой на накопление повреждений и разрушений, и соответствующая величина коэрцитивной силы Н_с примерно одинаковы для исследованных марок конструкционных сталей как при статическом, так и при переменном, циклическом (усталостном) нагружении. Этот факт является экспериментальным подтверждением энергетической теории разрушения, позволяющей определить базовые параметры для контроля за состоянием металла магнитным методом по величине коэрцитивной силы. В зависимости от состояния стали различают:

Н 0 _c - исходное значение коэрцитивной силы; в отожженном состоянии Н 0 _с - минимальное для каждой марки стали;

Н_с т - значение силы, соответствующее уровню внутренних напряжений, равных пределу текучести стали б_т;

Н_с в - значение силы, соответствующее достижению предела статической прочности стали с_в;

H_с уст - значение силы, соответствующее достижению предела

Величины коэрцитивной силы для некоторых марок сталей в различных состояниях приведены в табл. 12.1. Порядок измерения коэрцитивной силы и соответствующая аппаратура рассмотрены в 7.7.

Таблица 12.1

Марка стали	Коэрцитивная сила, А/см
H_c 0	H_c T	H_c В	H_c уст
Ст3	2,0	5,3	6,0	5,8
09Г2С	4,0	7,8	9,5	9,5
10ХСНД	5,0	11,5	14,5	13,5
4,5	10,5	13,5	13,0
ДС	5,0…6,0	8,0…8,5	10,0…11,0	9,5…10,5

В первом приближении остаточный ресурс может быть оценен отношением Н_с/Н в _с. При приближении этого отношения к единице остаточный ресурс уменьшается до нуля. Более точно оценить остаточный ресурс можно по номограммам для соответствующей марки стали, приведенным в РД ИКЦ «КРАН» 009-99 «Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса сосудов, работающих под давлением, при проведении экспертизы промышленной безопасности». Так, на рис. 12.4 приведены номограммы для контроля малоцикловой усталости и остаточного ресурса конструкций из сталей ВСтЗсп5, 09Г2С, ДС. По вертикали номограмм откладывается число циклов нагружений N, по горизонтали — максимальное значение коэрцитивной силы металла контролируемого объекта H_с m ах , А/см. В качестве примера оценим остаточный ресурс сосудов-воздухосборников I и II, результаты контроля которых приведены на рис. 7.14. В соответствии с номограммой для стали ВСтЗсп5 (см. рис. 12.4) воздухосборник II, максимальное значение коэрцитивной силы в котором составляет Н_с тах = 5,6 А/см, находится в критическом режиме и его эксплуатация должна быть прекращена. Воздухосборник I с Н_с m ах = 3,5 А/см может работать и далее без ограничений по рабочим параметрам и остаточному ресурсу.

При наличии ретроспективных данных о величине коэрцитивной силы и соответствующей наработке чисел циклов нагружений между измерениями остаточный ресурс рассчитывается аналитически по следующей методике.

Рис. 12.4. Номограммы для контроля остаточного ресурса сосудов под давлением по величине коэрцитивной силы

Зависимость, связывающая текущее значение коэрцитивной силы Н_с с ее исходным значением Н_c° и соответствующим числом циклов нагружений N, аппроксимируется уравнением

где b - коэффициент, определяющий скорость роста Н_с. Выразив из последнего выражения N, получим

где С₁ и С₂ – постоянные, определяемые из решения системы трех уравнений с тремя неизвестными (N₀, С₁ и С₂), получаемые после подстановки результатов трех измерений коэрцитивной силы H_cicинтервалами ΔN₂и ΔN₃; (N₀, H_c₁), (N₀+ ΔN₂, H_c₂),(N₀+ ΔN₃, H_c₃); N₀– число циклов нагружений, соответствующее первому измерению коэрцитивной силы H_c₁.

Предельно допустимое число циклов нагружений получают из уравнения:

Остаточный ресурс в числах циклов нагружения определют из выражения

• См.: Попов Б.Е. и др. Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса сосудов, работающих под давлением // Безопасность труда в промышленности. — М., 2001. — № 3. — С.

Результаты измерения коэрцитивной силы могут быть использованы также для проверки соответствия фактического напряженного состояния допускаемым напряжениям по условию прочности или устойчивости, установленным соответствующими нормативными документами. Проверку выполняют по условию

где Н_с кр — критическая величина коэрцитивной силы, соответствующая допускаемому напряжению и определяемая по номограмме (см. рис. 7.11).

Читайте также: