Контроль методом магнитной памяти металлов

Метод МПМ — метод неразрушающего контроля, 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.

Метод МПМ относится к неразрушающему пассивному феррозондовому магнитному методу.

Основными документами по методу магнитной памяти металла являются: ГОСТ Р ИСО 24497-1-2009, ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009, ГОСТ Р ИСО 24497-3-2009.

Основная задача метода ММП – определение на объекте контроля наиболее опасных участков и узлов, характеризующихся зонами концентрации напряжения (ЗКН). Является экспресс методом, рекомендуется комбинировать с другими методами НК такими как: УЗК, МПД, ПВК. 

• Преимущества метода:
• — зачистки металла и другой какой-либо подготовки контролируемой поверхности не требуется;
• — применение метода не требует специальных намагничивающих устройств, так как используется явление намагничивания узлов оборудования и конструкций в процессе их работы;
• — возможно, проводить контроль по изоляции и лакокрасочном покрытии при действующем оборудовании (в процессе эксплуатации);
• — точность контроля до 1 мм; специальные сканирующие устройства позволяют контролировать трубопроводы, сосуды, оборудование в режиме экспресс — контроля со скоростью 100 м/час и более.
• — компактность приборов для выполнения контроля по предлагаемому методу используются приборы, имеющие малые габариты, автономное питание и регистрирующие устройства.
• Метод ММП и соответствующие приборы контроля позволяют:
• — прогнозировать ресурс и надежность оборудования;
• — документировать результаты контроля и накапливать базу данных о состоянии оборудования;
• — осуществлять экспресс диагностирование и обработку полученных результатов непосредственно на объекте контроля;
• — определять на объекте контроля с точностью до 1мм место и направление развития будущих дефектов, а так же уже образовавшихся;
• — контролировать трубопроводы, сосуды, аппараты без снятия изоляции (в отдельных случаях).
• Области применения ММП:

— контроль качества металла и сварных соединений изделий, технологии их изготовления (в т.ч. контроль качества термической обработки) на машиностроительных заводах;

1. — контроль трубопроводов, сосудов, оборудования, любых конструкций и изделий (из ферромагнитного и парамагнитного аустенитного материала) во всех отраслях промышленности при изготовлении, ремонте и эксплуатации;
2. — контроль грузоподъемных и вращающихся механизмов.
4. Визуальный и измерительный контроль
5. Ультразвуковой контроль
6. Магнитопорошковая дефектоскопия

Метод магнитной памяти металла

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

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

Контактный метод магнитной памяти регистрирует магнитное поле на поверхности изделий, а анализ изменений магнитного поля позволяет выявлять места напряженно-деформированного состояния, неоднородности металла и.т.д.  

Задачи метода магнитной памяти

Основная задача метода МПМ — определение на объекте контроля наиболее опасных участков и узлов, характеризующихся зонами концентрации напряжений (КН).

Затем, с использованием, например, ультразвукового контроля в зонах КН определяется наличие конкретного дефекта.

На основе поверочного расчета на прочность наиболее напряженных узлов, выявленных методом МПМ, выполняется оценка реального ресурса оборудования.

Основные практические преимущества метода магнитной памяти

• 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;
• зачистка 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.

Контактный метод магнитной памяти металла 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.

Метод магнитной памяти металла

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 преимущества метода МПМ:

• не требуется зачистки металла и другой подготовки контролируемой поверхности (в отдельных случаях не требуется снятие изоляционного покрытия (до 4 мм) объекта контроля);
• метод может применяться как при работе объекта контроля в режиме мониторинга, так и при его ремонте.

Метод МПМ и соответствующие приборы контроля позволяют:

• прогнозировать ресурс и надежность оборудования;
• документировать результаты контроля и составлять банк данных о состоянии оборудования;
• определять на объект контроля с точностью до 1 мм место и направление развития будущей трещины, а также фиксировать уже образовавшиеся трещины.

Комплекс программных средств позволяет рассчитать (используя справочные механические характеристики металла объекта контроля и данные, полученные по результатам контроля) и выдать в качестве результатов следующие величины:

• физический предел прочности;
• предельный коэффициент;
• уровень напряжения в зонах КН;
• предельное время эксплуатации;
• остаточный ресурс.

Расчет остаточного ресурса оборудования можно выполнить в годах или часах.

По результатам расчетов делаются выводы (рекомендации) о ремонте/замене участков объекта контроля.

Бесконтактная магнитометрическая диагностика

Новый этап в развитии диагностики подземных участков трубопроводов появился с разработкой бесконтактного магнитного способа контроля на основе использования параметров магнитной памяти металла.

Этот способ контроля получил название в ряде нормативной документации как бесконтактная магнитометрическая диагностика (БМД).

БМД основана на измерении искажений магнитного поля Земли (Нр), обусловленных изменением магнитной проницаемости металла трубы в зонах концентрации напряжений (ЗКН) и в зонах развивающихся коррозионно-усталостных повреждений и температурных удлинений.

При этом характер изменений поля Нр (частота, амплитуда) обусловлен деформацией трубопровода, возникающей вследствие воздействия ряда факторов: остаточных технологических и монтажных напряжений, рабочей нагрузки и напряжений, возникающих в нем из-за нарушений условия самокомпенсации трубопровода при колебаниях температуры наружного воздуха и среды (грунта, воды и т.д.).

При БМД трубопроводов используются магнитные параметры, которые разработаны в методе МПМ.

В частности, при БМД, также как и в методе МПМ, выявлена четкая связь между периодичностью изменения всех трех составляющих измеряемого магнитного поля и типоразмером контролируемой трубы (диаметром, толщиной стенки и длиной труб между сварными соединениями труб). Эти качественные диагностические параметры характеризуют в макрообъеме металла трубы ЗКН – источники развития различного вида повреждений.

БМД позволяет оценивать напряженно-деформированное состояние трубопроводов, находящихся под землей, водой или другой средой, выявлять ЗКН и при дополнительном контроле в этих зонах локализовать наличие повреждений различной природы в металле труб и сварных соединений.

Установлено, что одной из причин развития повреждений на трубопроводах, особенно на трубах с ППУ-изоляцией, является недостаток самокомпенсации отдельных участков. В наиболее ослабленном сечении таких участков возникают плоскости сдвига с максимальной деформацией металла.

В зонах концентрации напряжений в условиях циклически повторяющихся деформаций сдвига под действием переменных рабочих нагрузок происходит усталостный и коррозионно-усталостный износ металла.
Особенно опасно совпадение ЗКН с местами расположения сварных соединений, имеющих высокий уровень остаточных напряжений.

Основная цель БМД:

• определение ЗКН – участков трубопроводов, работающих в наиболее напряженных условиях и предрасположенных к повреждениям, при соблюдении технологических режимов их функционирования.
• определение мест вскрытия грунта (шурфовки) для дополнительного дефектоскопического контроля (ДДК).

При анализе результатов контроля учитывается фактическая трассировка трубопроводов (схемы и формуляры), статистика повреждений и другие эксплуатационные факторы.

Магнитометрический метод неразрушающего контроля

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.

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.

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

Позволяет контролировать сварные соединения любых размеров и форм (стыковые, тавровые, угловые, нахлестанные, торцевые, прерывистые и др.

) без ограничения толщины свариваемого металла на всех видах ферромагнитных и аустенитных сталей и сплавов и на чугунах.

• ММП-контроль может проводиться как при работе объекта контроля (ОК), так и при его ремонте.
• 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).
• ММП-контроль можно использовать для контроля:
• — степени «засоренности» сварных швов дефектами и наличия развивающегося дефекта;
• — качества сварных соединений при аттестации выбора, оптимизации и сертификации технологии сварки.
• В связи с возникающими до сих пор вопросами и сомнениями о новизне метода магнитной памяти (МММ) металла в сравнении с известными (в России и за рубежом) магнитными методами НК назрела необходимость описать принципиальные отличительные признаки ММП и соответствующих приборов контроля [3].
• Метод МПМ выполняет одновременно при неразрушающем контроле одновременно две задачи:

Первая задача — выявление дефектных зон на внутренней и наружной поверхности трубы с их последующей классификацией, т.е. выполнение обычной задачи дефектоскопии.

Вторая задача — выполнение контроля напряженно-деформированного состояния металла объекта контроля с определением зон концентраций напряжений — источников всех видов повреждений на раннем этапе их развития.

Методики и приборы, которые применялись в 70-80-e гг. прошлого века в Институте физики металлов (Свердловск), Институте прикладной физики (Минск), Институте Ф.

Ферстера (ФРГ) и других научных центрах, использовались для измерения напряженности поля остаточной намагниченности изделий после их предварительного намагничивания (а во многих случаях после их предварительного размагничивания и последующего намагничивания).

При этом естественная намагниченность изделий (или магнитная память металла), на применении которой основан метод магнитной памяти металла, не исследовалась и воспринималась как помеха при измерениях.

Факт естественной намагниченности изделий был установлен ООО «Энергодиагностика» и подтвержден экспертизой РОСПАТЕНТа при оформлении первых патентов по методу магнитной памяти металла.

Кроме того, основные отличительные признаки ММП были выявлены в ходе экспериментальных работ на электростанциях Мосэнерго при выполнении исследований на котельных трубах и нашли отражение в научном отчете Института физики металлов (Свердловск, 1988 г.) и в монографии.

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

На основе установленной взаимосвязи дислокационных процессов с физикой магнитных явлений в металлах изделий введено понятие «магнитная память металла» и разработан новый метод диагностики.

Уникальность метода магнитной памяти металла заключается в том, что он основан на использовании собственного магнитного поля рассеяния (СМПР), образующегося в зонах устойчивых полос скольжения дислокаций, обусловленных действием рабочих нагрузок. Возникновение СМПР объясняется формированием доменных границ на скоплениях дислокаций высокой плотности (дислокационных стенках).

Ни при каких условиях с искусственным намагничиванием в работающих конструкциях такой источник информации, как собственное магнитное поле, получить невозможно.

Только в малом внешнем поле, каким является магнитное поле Земли, в нагруженных конструкциях, когда энергия деформации на порядок превосходит энергию внешнего магнитного поля, такая информация формируется и может быть получена. В практических работах показано, что ММП может применяться как при работе оборудования, так и после снятия рабочих нагрузок, во время ремонта.

В силу «магнитодислокационного гистерезиса» магнитная текстура, сформировавшаяся под действием рабочих нагрузок, после их снятия как бы «замораживается». Таким образом, предоставляется уникальная возможность путем считывания этой информации с помощью специализированных приборов выполнять оценку фактического напряженно-деформированного состояния оборудования и выявлять на раннем этапе зоны максимальной поврежденности металла.

Физические основы возникновения СМПР принципиально другие в сравнении с магнитными полями рассеяния (МПР), образующимися на дефектах изделий при их искусственном намагничивании, используемом в известных магнитных методах НК.

СМПР возникает в локальных зонах (от 0,1 до десятков микрометров) на поверхности и в глубинных слоях металла изделии.

Исследование СМПР и физических основ его образования до «рождения» ММП (90-е годы прошлого столетия) никем и никогда не проводилось.

СМПР обнаружено и на новых изделиях машиностроения непосредственно после их изготовления.

Известно, что при нагревании ферромагнетика выше температуры Кюри (например, для железа Тс=780 С) и последующем его охлаждении даже в слабом внешнем магнитном поле Земли он приобретает такой уровень намагниченности, которого можно достигнуть при нормальной температуре лишь в магнитном поле большой интенсивности.

Именно при таких условиях, как правило, формируется естественная намагниченность при изготовлении изделий машиностроения. Реальная магнитная текстура изделия (плавка, ковка, термическая обработка, сварка) образуется непосредственно после кристаллизации при охлаждении ниже точки Кюри.

При этом процесс охлаждения реальных изделий происходит обычно неравномерно: наружные слои металла остывают быстрее, чем внутренние. Образуются термические напряжения по объему изделия, которые формируют кристаллическую решетку и соответствующую магнитную текстуру.

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

Когда удается создать приборы, способные надежно фиксировать неуловимые ранее изменения физических процессов, т.е. ввести в практику приборы с особыми, принципиально новыми качествами, с совсем иными возможностями, это всегда ведет к открытиям, знаменующим собой переворот в наиболее важных областях знаний.

Именно так и произошло с СМПР, информацию о котором дает сама конструкция или изделие.

Без специальных сканирующих устройств, преобразователей и процессора с программным управлением, используемых в приборах для ММП, принципиально невозможно фиксировать закономерности в распределении СМПР на объектах контроля.

До создания ММП собственное поле остаточной намагниченности изделий воспринималось как помеха, а во многих случаях с этой, казалось бы, случайной намагниченностью боролись.

При эксплуатации большинство металлоконструкций работают в условиях действия циклических нагрузок и напряжений ?у и при наличии внешнего магнитного поля Н0 (например, поля Земли). В силу известного магнитоупругого эффекта происходит как бы самонамагничивание оборудования и конструкций.

ММП развивается в теоретическом и практическом плане более 20 лет. По состоянию на август 2003 г. имеется более 30 руководящих документов и методик, согласованных с Госгортехнадзором РФ и действующий в различных отраслях промышленности.

Интерес специалистов различных отраслей промышленности в России и других странах к принципиально новому магнитному методу НК неуклонно растет. Это обусловлено проблемами, которые возникают на практике при контроле качества изделий машиностроения, обеспечении надежности и оценке ресурса оборудования.

Можно уверенно говорить, что если на предприятии применяют старое оборудование, которое нельзя обследовать на структурную поврежденность металла и выявить назревающие повреждения, то работа идет на непредсказуемую аварию.

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

Метод Магнитной памяти металла по содержанию и физической сущности (измеряется СМНР — принципиально другое физическое поле) представляет собой не только принципиально новый магнитный метод НК, но и открывает новое направление в технической диагностике, так как он объединяет потенциальные возможности НК, механики разрушения н металловедения.

С позиций задач, решаемых ММП, этот метод по аналогии с методом акустической эмиссии должен быть отнесен к методам ранней диагностики усталостных повреждений оборудования.

Результаты опробования метода магнитной памяти металла

Подробности Категория: Генерация

Пивник П. Б., Гофман Ю. М.

На протяжении последних 5 лет ООО “Энергодиагностика” широко внедряет метод “магнитной памяти” металла для диагностирования труб поверхностей нагрева, сварных соединений и трубопроводов. Однако, несмотря на широкое внедрение данных методик на электростанциях, фактическое опробование данных методик авторами проведено с технической точки зрения некорректно. В 2000 г.

Совет по надежности основного оборудования ТЭС Уралэнерго провел совещание, где были заслушаны сообщения энергосистем о результатах внедрения метода “магнитной памяти” при диагностировании поверхностей нагрева. В совещании принимали участие представители ООО “Энергодиагностика”. В выступлениях представителей энергосистем было сообщено следующее.

В ОАО Башкирэнерго предприятием “Теплоцентраль” (г. Ишимбай) на котле № 9 проведена диагностика 360 труб топочных экранов. На семи прямых участках, двух сварных соединениях и пяти гибах установлено максимальное значение градиента напряженности магнитного поля. Одна из труб была вырезана для лабораторных исследований.

Результаты исследования показали, что труба находится в удовлетворительном состоянии. Все трубы оставлены в дальнейшей эксплуатации. На Ново-Салаватской ТЭЦ на котле № 6 проведена диагностика труб конвективного пароперегревателя и водяного экономайзера. Большинство труб показало высокие значения градиента напряженности магнитного поля, рассеяния. Трубы оставлены в эксплуатации.

За 4 года эксплуатации, прошедших после проверки, повреждений не было. На ТЭЦ-2 ОАО Удмуртэнерго на котле № 1 проведено диагностирование 95 змеевиков конвективного пароперегревателя первой ступени, на 11 змеевиках выявлены зоны концентрации напряжений. Проведена вырезка четырех труб для лабораторных исследований, дефектов не обнаружено, трубы оставлены в эксплуатации.

При трехгодичной эксплуатации повреждений труб не наблюдалось.

На котле № 2 проведено диагностирование 64 змеевиков пароперегревателя второй ступени, из них на трех выявлены зоны концентрации напряжений; 104 змеевиков пароперегревателя третьей ступени, из них на 11 выявлены зоны концентрации напряжений; 104 змеевиков пароперегревателя четвертой ступени, из них на одном выявлены зоны концентрации напряжений.

Для лабораторных исследований было сделано по одной вырезке с каждой поверхности, дефекты не подтвердились, трубы оставлены в эксплуатации. Двухгодичная эксплуатация показала их надежную работу. В Тюменьэнерго проводились работы по двум методикам. Однако контроль с использованием “магнитной памяти” проведен в ограниченном объеме.

По методу поиска труб с максимальным намагничиванием проконтролировано около 40 поверхностей нагрева. На Тюменских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, Тобольской ТЭЦ, Сургутских ГРЭС-1, -2 проводилось сопоставление полученных результатов с исследованием металла вырезанных труб.

На основании выполненного анализа не установлено взаимосвязи состояния металла труб из перлитных марок стали с результатами магнитного контроля. При контроле аустенитных труб выявлена зависимость флуктуации магнитного параметра от температуры эксплуатации и протекания высокотемпературной коррозии.

В ОАО Пермэнерго были проведены работы по методу “магнитной памяти” на котле № 4 Явинской ГРЭС и котле № 12 Кизеловской ГРЭС-3. Контроль ширмового пароперегревателя котла № 4 продублировали двумя способами, в результате чего пароперегреватель был забракован. Последующий контроль вырезок показал удовлетворительное состояние металла.

Кроме того, на Явинской ГРЭС проводится ежегодный контроль поверхностей нагрева четырех котлов по методу “магнитной памяти”. На четырех змеевиках значение магнитного параметра выше границы группы риска. Вырезка отдельных труб группы риска не подтвердила их неудовлетворительное состояние, змеевики оставлены в эксплуатации.

В процессе дальнейшей работы произошло разрушение труб с низкими значениями магнитного параметра. На Челябинской ТЭЦ-2 ОАО Челябэнерго на котле БКЗ-210/140 работы проводились совместно с ООО “Энергодиагностика”. Диагностированию подвергались все поверхности нагрева котла. На всех трубах поверхностей нагрева градиент магнитного поля рассеяния находился в пределах нормы.

Через 2 года эксплуатации пароперегреватель был заменен из-за высокой повреждаемости. Обсудив опыт применения магнитных методов контроля при диагностировании поверхностей нагрева, было высказано предложение произвести доработку метода с последующей его сертификацией. В 2000 г.

на совместном заседании подкомитета ПКЗА Технического комитета ТК371 Госстандарта России совместно с ООО “Энергодиагностика” было принято решение организовать экспертные испытания метода “магнитной памяти”.

АО Свердловэнерго было поручено провести такие испытания на сварных соединениях паропроводов острого пара и высокотемпературных гибах, в УралОРГРЭС — на высокотемпературных гибах. В АО Свердловэнерго данные работы были проведены в 2001 г. Контроль методом “магнитной памяти” выполнялся ведущим инженером ООО “Энергодиагностика” с применением прибора ИКН-1М-4.

Работы по контролю проводились на Рефтинской ГРЭС. Контролю подвергались сварные соединения труб диаметром 273/183 мм (сталь 15Х1М1Ф) главного паропровода, работающего на параметрах Р = 25,5 МПа, Т= 545°С, время наработки — 138 тыс. ч. Перед контролем методом “магнитной памяти” сварные стыки контролю не подвергались, в том числе и магнитными методами.

По результатам ММП один стык был забракован из-за непровара в корне шва, остальные признаны годными. Для лабораторных исследований было вырезано два стыка: А1 — забракованный по результатам контроля ММП; А8 — без дефектов, однако, по данным прогноза, по другим критериям он должен иметь существенные повреждения.

Основной металл сварных соединений А1 и А8 соответствует стали 15Х1М1Ф, отвечающей требованиям ТУ 14-3-460-75; наплавленный металл сварного соединении А1 соответствует электродам ЦЛ-20 по ГОСТ 9467-75, а в А8 — проволоке Св08ХМФА по ГОСТ 2246-70.

Расчетом на прочность установлено, что в исследуемых сварных соединениях эквивалентные рабочие напряжения не превышают допустимых: σЭΚВА1= 63,0 < [σ] = 111,8 МПа; ϬэквА8 = 84,1 < [σ] = = 111,8 МПа. Из сварных соединений вырезалось по шесть темплетов для макро- и микроанализа. Вырезанные темплеты включали основной металл труб, зону термовлияния и наплавленный металл.

В результате исследования установлено, что обнаруженный ММП в сварном соединении А1 непровар с 12 до 1 ч, протяженностью 20 мм отсутствует. Фактически отмечен дефект в корневой части шва в виде несплошности размером 0,2 — 0,5 мм по всему периметру шва. При металлургическом анализе видно, что дефект в процессе эксплуатации не развивался, наличие поры на 9 ч 30 мин подтверждено.

В сварном соединении А8 обнаружена пора на темплете 1 ч, которая не была зафиксирована ММП. Следует отметить, что выявленные дефекты являются допустимыми в соответствии с РТМ 1 с-93 (РД 34.15.027-93), что совпадает с результатами проведенного ультразвукового контроля по ОП 501 ЦД 97 (РД 34.17.302-97). Оценки характера дефектов, обнаруженных ММП и УЗК по ОП 501 ЦД 97 (РД 34.17.

302-97), не совпадают. При изучении повреждаемости установлено, что в сварном соединении А1 микроповреждаемость по зоне термовлияния наблюдается по всему периметру. В целом состояние сварного соединения А1 соответствует IVn стадии по шкале микроповреждаемости по ОСТ 34-70-690-96. Для этой стадии исчерпание ресурса составляет 80 — 90% по методике ВТИ. При изучении повреждаемости в сварном соединении А8 в зоне термовлияния со стороны обеих труб также были обнаружены поры. Состояние металла сварного соединения А8 может быть оценено Шп стадией по шкале микроповреждаемости по ОСТ 34-70-690-96. Для этой стадии исчерпание ресурса составляет 70 — 80% по методике ВТИ. Из проведенного анализа следует, что ММП не выявляет сварные соединения, находящиеся в стадии, предшествующей разрушению, связанному с исчерпанием их ресурса. Контроль гибов осуществлялся на демонтированных гибах диаметром 159/99 мм (сталь марки 12Х1МФ) после наработки 191 тыс. ч. Гибы эксплуатировались на ответвлениях БРОУ блоков 300 МВт Рефтинской ГРЭС при Р = 255 кгс/см2, их парковый ресурс по РД-10-262-68 составляет 160 тыс. ч. Перед проведением контроля ММП гибы подвергались измерению овальности, ультразвуковому и магнитному методам контроля, а также металлографическому обследованию на поры переносным микроскопом. Контролю ММП подвергалось пять гибов, для лабораторных исследований было выбрано три гиба с условной маркировкой 65, 79, 89: на гибе 79 дефектов не обнаружено, гибы 65 и 89 — дефектные.

Оценка повреждаемости проводилась в лабораторных условиях на темплетах, вырезанных из мест, где были обнаружены максимальные концентраторы напряжений при диагностике ММП. Повреждаемость оценивалась металлографическим анализом на поры на оптическом микроскопе, электронным исследованием дислокационной структуры и микроповреждаемостью порами (таблица).

* Микроповреждаемость оценивалась по шкале ОСТ 34-70-690-96.

Сравнение результатов показало: гибы 65, 89 — методом “магнитной памяти” обнаружены признаки микроповреждаемости, гибы не допускаются к дальнейшей эксплуатации, тогда как лабораторные исследования показали отсутствие признаков микроповреждаемости и гибы могут быть допущены к эксплуатации без ограничения срока.

Таким образом, сопоставление результатов метода “магнитной памяти” по обнаружению ранней повреждаемости с фактическим состоянием металла, оцененного по лабораторным исследованиям, показало их несовпадение.

В лабораторных условиях в УралОРГРЭС были исследованы четыре гиба, забракованные из-за наличия существенной микроповреждаемости: два гиба диаметром 273/209 мм и два гиба диаметром 133/99 мм.

На первых двух гибах диаметром 273/209 мм у наружной поверхности плотность пор достигала 4000 пор/мм2, на гибах диаметром 133/99 мм — 7040 — 8000 пор/мм2, а также имело место микрорастрескивание — раскрытие трещин до 30 мкм, длина трещин 10-15 мм. Перед контролем методом “магнитной памяти” гибы были покрыты водоэмульсионной краской методом распыления.

Контроль проводился двумя приборами — индикатором концентраций напряжений магнитометрическим ИКН-1М-4 и магнитным индикатором трещин МИТ-1. При проведении проверки, поскольку в металле гибов были выявлены пятна локальной намагниченности от установки переносного микроскопа на магнитах, представитель ООО “Энергодиагностика” не посчитал возможным выдавать заключение о состоянии метала гибов.

• При контроле с помощью индикатора трещин участки с макрорастрескиванием не были обнаружены.
• Вывод
• Широкое опробование метода “магнитной памяти” для диагностирования состояния труб поверхностей нагрева, экспертные испытания оценки повреждаемости высокотемпературных гибов и сварных соединений показали, что данный метод не может быть рекомендован для промышленного применения.

Метод магнитной памяти металла

• 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 в
  магнитном поле земли;
• — 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, прокат в режиме экспресс
  — контроля со скоростью 100 м/час и более.

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

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 то же время
известно, что большинство металлоконструкций
и оборудования, изготовленных из
ферромагнитных материалов, под действием
рабочих нагрузок подвержены
«самонамагничиванию» в магнитном
поле Земли.

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.

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.

Метод магнитной
памяти металла разработан в России.
Разработчик – предприятие ООО
«Энергодиагностика» (г. Москва).

В
настоящее время в энергетике, нефтехимии,
газпроме и в других отраслях промышленности
на основе метода магнитной памяти
металла разработаны и применяются на
практике более 40 руководящих документов
и методик контроля, согласованных с
Ростехнадзором и отраслевыми институтами.
Приборы контроля имеют сертификаты
Федерального агентства по техническому
регулированию и метрологии РФ.

На 57-й Ассамблее
международного института сварки, которая
состоялась 11-16 июля в г. Осака (Япония),
принята резолюция: «Рекомендовать к
принятию стандарт России РНТСО 004-03 по
контролю сварных соединений с
использованием метода магнитной памяти
металла как международный стандарт
(ISO)».

Установлено, что
основными источниками внезапных
усталостных повреждений рельсов,
бандажей колесных пар, силовых деталей
локомотивов и других изделий является
наличие зон концентрации внутренних
напряжений металла (зон КН), обусловленных
технологией изготовления. На
заводах-изготовителях рельсов и колесных
пар в настоящее время отсутствуют
эффективные методики и средства контроля
технологических дефектов изготовления
и остаточных напряжений.

Традиционные
методы и средства эксплуатационного
контроля (магнитные и ультразвуковые
дефектоскопы) позволяют выявлять уже
развитые дефекты.

Эти средства контроля
не обеспечивают диагностики рельсов и
колесных пар на стадии предразрушения
и поэтому не могут гарантировать
безопасность движения на железных
дорогах.

Используемые при эксплуатационном
контроле магнитные вагоны-дефектоскопы
основаны на считывании магнитных полей
рассеяния, образующихся в зоне расположения
развитого дефекта при искусственном
намагничивании рельса постоянным
магнитным полем.

Имеется опыт
экспериментального контроля методом
МПМ рельсов с вагона-дефектоскопа с
использованием приборно-компьютерного
комплекса и датчиков, установленных
над головкой рельса.

Выявлены уникальные
возможности нового метода диагностики:
без специального намагничивания и без
непосредственного контакта с контролируемой
поверхностью можно выполнять
экспресс-анализ состояния рельсов и
определять участки, предрасположенные
к повреждениям. При этом сканирование
можно осуществлять со скоростью движения
поезда.