Общие сведения о магнитоанизотропном методе.

ООО "Институт "ДИМЕНСтест"

Для исследования полей механических напряжений могут использоваться приборы, от­носящиеся к классу электромагнитных измерителей напряжений. Принцип их действия основан на использовании маг­ни­то­уп­ругого эффекта, под которым понимается свойство ферромагнитных материалов изменять маг­нит­ное со­стояние под влиянием механических напряжений. На магнитоупругом эффекте основан принцип действия магнитоупругих и магнитоанизотропных преобразователей.

Высокие значения погрешностей, получаемые при стандартном подходе к решению задачи, и игнорирование некоторых физических явлений дол­гое время являлись препятствием для внедрения электромагнитных методов на практике. Известно, что верхний слой (до 0,2 мм) металла находится в нехарактерном для конструкции напряженном состоянии (наклеп, азотирование, цементация, механические микроцарапины и пр.). Из-за этого возникают трудности применения, например, приборов на основе эффекта Баркгаузена. Другими причинами низкой достоверности контроля механических напряжений с помощью электромагнитных полей являются магнитомеханический гистерезис и попытки получения результата по одному из параметров петли гистерезиса (например, только по коэрцитивной силе или только по остаточной индукции). К таким приборам относятся, например, измерители механических напряжений, использующие так называемый "эффект магнитной памяти" металла.

Детальный учет физической природы явления, а также того факта, что вся полезная информация со­дер­­­жится в нескольких параметрах петли гистерезиса (рис.1), позволили разработать приборы серии “StressVision-2”. При этом по­тре­бо­ва­лось со­з­дать специальный алгоритм обработки информации.

Любая за­висимость меж­ду B и имеет точку инверсии, пос­ле которой связь между B и становится обратной, т.е. один и тот же уровень выходного сиг­на­ла может быть получен для двух различных механических на­пря­жений. Такое явление магнитомеханического гистерезиса наблюдается, например, вблизи и в самой зо­не пластического те­­чения. А поскольку при монтаже стальных конструкций используется ис­ход­ный материал, ис­пытавший в процессе подготовки и монтажа многочисленные знакопеременные механические воз­дей­ст­вия, в том числе и местные пластические деформации, известные измерители напряжений нередко дают ложные результаты. Алгоритм обработки информации, получаемой с помощью приборов "StressVision-2", в час­тности, позволил решить проблему магнитомеханического гистерезиса [1] [1].

Магнитоанизотропные («крестовые») преобразователи, с которыми работают приборы серии “StressVision-2”, представляют собой два взаимно-перпендикулярных П-образных магнитопровода, на одном из которых располагается обмотка возбуждения, на другом - измерительные обмотки. Преобразователи используют анизотропию магнитных свойств, возникающую в фер­ро­маг­не­ти­ке при на­гружении внешней силой, и свободны от недостатков приборов, использующих маг­ни­то­уп­ругие преобразователи [2][2].

Установлено, что связь между механическими напряжениями и магнитными свойствами среды характеризуется магнитоупругой чувствительностью:

где B- магнитная индукция (характеризуется величиной и направлением действия),

- механическое напряжение.

Принцип действия магнитоанизотропного преобразователя основан на эффекте поворота вектора магнитной индукции B, создаваемой первичной обмоткой в зоне измерений. Величина на­пря­жения на выходе измерительной обмотки описывается формулой

,

где - усредненное значение индукции;

- площадь, охватываемая обмоткой;

K- коэффициент про­порциональности;

- угол между плоскостью измерительной обмотки и вектором маг­нит­ной индукции B;

- частота питающего напряжения.

Формула получена для одинакового на­пра­вления векторов и . Поворот вектора можно характеризовать изменением его ортогональных составляющих.

Более детальный анализ показывает, что выходной сигнал «крестового» магнитоанизотропного преобразователя сразу (т.е. до какой-либо обработки) выдает сигнал, пропорциональный разности главных механических напряжений (РГМН):

Полученный результат очень важен, так как согласно 3-у критерию прочности (критерий Треска) разрушение материала происходит, когда

«STRESSVISION-2» версии Expert MPa, позволяет определять РГМН в единицах измерения напряжений (МПа), младшие версии – в условных единицах, т.е.применимы для качественных сравнении («больше – меньше –равно»).

Но для оценки эксплуатационной опасности состояния металла на участке не столь важны сами напряжения, как места их концентрации и скорости изменения напряжений (градиенты). Дело в том, что в центрах (в максимумах) концентрации механических напряжений (КМН) зарождаются дефекты. Например, на нефтепроводах именно здесь развиваются свищи. Это – генераторы дислокаций. При достаточно высоких значениях градиентов эти дислокации начинают двигаться. В итоге рождаются трещины. Если на обследованном участке нет концентраторов и градиентов, то на этом участке металл не разрушится [3][3].

«STRESSVISION-2» позволяют обнаружить КМН и градиенты, показать их точные координаты и количественно оценить их развитие без дополнительных измерений. Это позволяет, с одной стороны, делать выводы о текущем техническом состоянии обследованного участка [4][4] и приступать к оценке остаточного ресурса, а, с другой, - принимать обоснованные решения о целенаправленном (положение градиентов и концентраторов точно указано на картах) устранении концентраторов и градиентов, т.е. к устранению источников появления и развития дефектов [5][5].

[1] Жуков С.В., Жуков В.С., Копица Н.Н. Способ определения механических напряжений и устройство для его осуществления.// Патент РФ, №2195636 от 05.03.01, Бюл. №36, 27.12.02

[2] Жуков С.В., Копица Н.Н. Исследование полей механических напряжений в металлических конструкциях приборами «Комплекс-2»// Сб. научн. Трудов отд-я «Специальные проблемы транспорта» Росс. Академии транспорта, №3, 1998, с.214 – 222.

[3] Жуков С.В. К вопросу о необходимости измерения напряжений. //http://www.td.ru/content/view/68/20/

[4] Дефект - условие разрушения?, // журнал "Трубопроводный транспорт: теория и практика", №1, стр. 84

[5] Штефан В.И., Тентлер А.В., Подольский В.Е.(ФГУП МП «ЗВЕЗДОЧКА»). Управление процессом снятия остаточных механических напряжений в стальных конструкциях на ФГУП МП «ЗВЕЗДОЧКА» с помощью приборов «Комплекс-2.05». // http://www.td.ru/content/view/15/16/

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: