Традиционные методы магнитного вида дефектоскопии. Магнитный вид неразрушающего контроля пользуется заслуженной любовью специалистов в области дефектоскопии металлических конструкций. Это не случайно, ибо подавляющая часть металлических инженерных конструкций таких, как магистральные трубопроводы, резервуары, цистерны, корпуса судов, стрелы башенных кранов и др., создается из сталей, обладающих ферромагнитными свойствами. Наиболее известны “однопараметровые” варианты магнитных НМК. На производстве широко применяется метод, основанный на измерении коэрцитивной силы Нс металла в точке контроля. Для его реализации разработан целый ряд приборов – коэрцитиметров. Принцип работы таких приборов обычно состоит в исполнении следующей последовательности операций: а) намагничивание контролируемого участка детали накладным преобразователем, б) последующее размагничивание этого участка нарастающим полем, с) фиксации напряженности поля, соответствующей коэрцитивной силе (это делается в процесе выполения п."б").Все современные приборы снабжены встpоенными микpопpоцессоpами, обеспечивающими автоматический контpоль по заданной пpогpамме с обpаботкой pезультатов контpоля. Измеpение коэpцитивной силы матеpиала изделий, как правило, находится в диапазоне от 150 до 6000 А/м. Однако, это не снимает их главный принципиальный недостаток – коэрцитивная сила одновременно зависит от целой гаммы физико-химических и структурных свойств среды (твеpдости, пpедела текучести, пpедела пpочности, темпеpатуpы отпуска, химического состава, различить сорта стали, чугуна, толщину закаленного слоя, ударную вязкость, деформационное состояние и др.). Если все, кроме одного, факторы примерно постоянны, что бывает в пределах одной конструкции, то коэрцитиметр позволяет выявить аномалии, часто связанные с искомым состоянием материала. Но, если перед Вами стоит задача обследования группы конструкций или достаточно протяженного участка трубопровода, то здесь коэрцитиметр может подвести. Дело в том, что коэрцитивная сила Нс – это всего одна точка на петле гистерезиса. Свойства могут измениться так, что Нс сохранит свое значение, хотя магнитные свойства и, следовательно, петля гистерезиса коренным образом будут отличаться от условий калибровки. И в этом случае точность измерений коэрцитивной силы ни коим образом не улучшит достоверность дефектоскопии. Другое направление магнитного вида дефектоскопии связано с попыткой контролировать техническое состояние конструкции по остаточной индукции Br. Здесь в качестве детекторов параметров магнитного состояния металла используют различные магниточувствительные элементы – феррозонды, датчики Холла и пр. Суть заключается в том, что замечено – в окрестности дефекта и аномалий напряженно-деформированного состояния металла значение остаточной индукции существенно отличается от “нормального”. Принцип работы таких приборов обычно состоит в намагничивании до насыщения контролируемого участка детали накладным преобразователем и последующем снятии внешнего магнитного поля. В результате на этом участке остается только остаточная намагниченность, характеризуемая остаточной индукцией. Поскольку намагничивание осуществляется до насыщения, то измеренное (например, с помощью датчика Холла или с помощью феррозондов) значение является именно остаточной магнитной индукцией и действительно является магнитной величиной, характеризующей магнитные свойства именно материала, а не произвольным следствием влияния окружающей среды или случайной "магнитной" истории. В простейших приборах используют мощные постоянные магниты.Этот принцип используется не только в переносных дефектоскопах, но и на вагонах-дефектоскопах (дефектоскопия рельс) и в кроулерах – снарядах внутритрубной диагностики. Также, как и в вышерассмотренной группе методов, здесь есть одна “неприятность” – остаточная индукция зависит одновременно от целого ряда факторов (напряженно-деформированное состояние, физико-химический состав и т.д.). Обратим внимание на то, что металл в зоне контроля непременно должен быть намагничен до насыщения! Дело в том, что в противном случае остаточная индукция не будет метрологически обоснованной характеристикой – ее значение будет сильно зависеть от стабильности максимального значения намагничивающего поля. Если же намагничивающее поле превышает уровень насыщения, то независимо от величины такого превышения значение остаточной индукции будет именно тем, каким является фактическая остаточная индукция. По этой причине портативные варианты магнитоиндукционных приборов следует применять с большой осторожностью. Однако, не всегда эти условия могут соблюдаться. Здесь сказываются и геометрические характеристики конструкции, и энергетические возможности системы намагничивания, и многие другие факторы. Также, как и в случае с коэрцитивной силой, возможны ситуации, когда одно и то же значение остаточной индукции обнаруживается у материалов с различными магнитными состояниями, то есть у материалов с разными формами петель гистерезиса. Это не удивительно, ибо остаточная индукция – это всего лишь одна точка сложной функции. Иными словами, главный принципиальный недостаток магнитоиндукционных методов состоит в том, что остаточная индукция одновременно зависит от целой гаммы физико-химических и структурных свойств среды (твеpдости, пpедела текучести, пpедела пpочности, темпеpатуpы отпуска, химического состава, различить сорта стали, чугуна, толщину закаленного слоя, ударную вязкость, деформационное состояние и др.). Поэтому нередки ситуации, когда магнитоиндукционные дефектоскопы пропускают весьма опасные дефекты. Это не вина разработчиков приборов или дефектоскопистов – это “природа”, физика. Здесь
вполне уместно обратить внимание на
неоправданный ажиотаж вокруг так называемого
“Метода Магнитной памяти Металла”, известного у специалистов, как МММ. Но приборы МММ физически (в смысле науки) не состоятельны! Суть ММП заключается в определении частной остаточной индукции металла обследуемого участка конструкций, аномалии которой должны были бы (по мнению пропагандистов метода) указывать на напряженное состояние и дефекты. То есть даже формально – это ухудшенный вариант феррозондового или магнитоиндукционного метода. Утверждается, что аномалии частной остаточной индукции в виде напряженности поля рассеяния Hp должны (по мнению пропагандистов метода) указывать на напряженное состояние и дефекты. Ну, и что? Посмотрим на элементарную физику явления. В МММ уровень частной остаточной индукции первоначально формируется в случайном магнитном поле Земли в месте, где участок конструкции остыл ниже точки Кюри, например, после термического разогрева при сварочных работах.Почему магнитное поле мы назвали - "случайным"? Дело в том, что Магнитная индукция поля Земли составляет всего 0,5*10–4 Тл. При этом магнитное поле Земли варьирует в зависимости от долготы, широты и даже от времени суток. То есть формируется частная и притом совершенно "случайная" петля магнитного гистерезиса. Для дальнейшего изменения намагниченности металла (до насыщения) требуется внешняя энергия. Магнитного поля Земли для этого недостаточно. В производственных условиях еще сильнее (в миллионы и миллиарды раз), чем от географических координат, магнитное поле изменяется от технологических местных условий – мощные линии электропередач, сварочные аппараты, трансформаторы…. Например, поле между полюсами сильного электромагнита – порядка 2 Тл и более (сравните с полем Земли). Как правило, именно эти, местные ("производственные") магнитные условия - не известны , но явно сильнее поля Земли. Стало быть распределение параметров намагниченности металла в дефектных и бездефектных участках изначально является случайным : различие в намагниченности дефектных и бездефектных участков есть, но уровни намагниченности полностью зависят от местных условий. Кроме того, как мы показали выше, частная остаточная индукция зависит от текущего значения механического напряжения, марки стали, предыстории обработки металла... Наконец, такая ситуация. Труба изготовлена в заводских условиях где-нибудь в Саратове, а сварку осуществляли в Салехарде. Тут и магнитные поля Земли существенно различны, промышленные условия не совпадают да, и в процессе транспортировки произошли механические воздействия. Вот и получается, что магнитное состояние основного металла сформировано в одних условиях, а околошовная зона перемагнитилась совсем в других условиях. То есть значение частной остаточной индукции может произвольно варьировать (по абсолютному значению) от нуля до истинной остаточной индукции. Стало быть, это не может быть метрологически достоверной характеристикой (в целях измерения параметров напряженного состояния и т.п.), то есть действительно, является "случайным", "непредсказуемым"!. Поэтому, сохраняя все недостатки традиционных вариантов магнитоиндукционной дефектоскопии, “метод магнитной памяти металла” (МММ) привносит целый букет неопределенностей. Приборы МММ не являются «измерителями механических напряжений»! Не случайно в паспортах таких приборов, именуемых как “Измеритель механических напряжений” , “Измеритель концентрации механических напряжений” (ИКН) и др., указывают показатели магнитоизмерительных приборов (диапазон измерения параметров магнитного поля в А/м и пр.), а не, собственно, измерителей механических напряжений. Вот, например, паспорт прибора ИКН-3М-12: | ||||||||||||||||||||||
А где здесь механические напряжения? Они измеряются в МПа или в кГ/мм2. В общем, это не «измерители», а «индикаторы», и не концентрации напряжений или самих напряжений, а напряженности магнитного поля рассеяния! Приборы МММ не являются «измерителями концентрации напряжений»! В соответствии с теорией упругости и с теорией сопротивления материалов (СОПРОМАТ) концентрация напряжений описывается количественно величиной, называемой «коэффициент концентрации напряжений». Это – безразмерная величина, поскольку она определяется как отношение напряжения в точке к тому напряжению, которое было бы там, если бы в точке отсутствовала «местная» концентрация напряжений. Поскольку приборы МММ не являются измерителями механических напряжений, то по их результатам и делить-то нечего – нет результата «напряжение», значит нет и результата деления – коэффициента концентрации напряжений! То есть можно повторить: В общем, это не «измерители», а «индикаторы», и не концентрации напряжений или самих напряжений, а напряженности магнитного поля рассеяния! Кстати, заметим, что производители МММ не имеют право строить карты распределения коэффициента концентрации напряжений! Это наш действующий патент, на который "Энергодиагностика" не приобретала лицензии. Как же приборы МММ стали сертифицированными? Дело в том, что они – обычные магнитоизмерительные приборы! Возьмите микротесламетр или микровеберометр (их цена 150-200 долларов) и Вы сможете получить точно такие же результаты, как с помощью ИКН-3М-12 или любого другого прибора МММ. Заметим, что цена ИКН-3М-12 – неоправданно завышена. Это не 150 – 200 долларов, а много более 10000 долларов! Объясняется это тем, что ИКН-3М-12 якобы «измеритель». «Хитрость» состоит в том, что на сертификацию представляется не «измеритель механического напряжения», а «измеритель напряженности» (магнитного поля). Именно поэтому в паспортах приборов указывается диапазон измерений в А/м – это единица измерения напряженности магнитного поля! Вот на измеритель напряженности магнитного поля и выдается сертификат приборам МММ. А все остальное – очень просто – просто так назвали «измеритель напряженности»! Приборы МММ – не дают достоверной информации! Возьмите достаточно мощный постоянный магнит и проведите им по металлу: так называемая "красная линия" прибора МММ убежит куда только Вы пожелаете! Вот и вся его "метрология". Мнение научной общественности сугубо отрицательное!
И на НТС, и в научно-технической литературе ученые и профессионалы показывают, что домыслы авторов МММ (теперь они этот "метод" стали именовать аббревиатурой "ММПМ") не состоятельны. В числе представительных критиков и ведущие специалисты НПО "Спектр" (Москва), и ученые Института физики металлов УрО РАН, г. Екатеринбург, и многие другие. Очень подробно "ММПМ" разобран в статье
Щербинина В.Е., Мужицкого В.Ф. и Кулеева В.Г. "О "новых физических эффектах" открытых А.А.Дубовым и В.Т.Власовым", опубликованной в журнале РОНКТД "Контроль.Диагностика" №9(63) за 2003 год, в статье М.Бабича "О связи градиента нормальной составляющей поля рассеяния с упругими изгибающими напряжениями в стальных трубах", где прямо сказано: Вместе с тем, этот частный случай магнитоиндукционных методов, как и любой другой метод, использующий обычный, но достаточно чувствительный прибор измерения любой магнитной величины (Вы такой можете приобрести даже на барахолке), вполне интересен для использования на стадиях предварительных обследований конструкций в качестве ИНДИКАТОРА (не измерителя!) следов развитого (уже свершившегося!) пластического течения металла и мест с закритическим состоянием металла (то есть не для профилактики, а для констатации свершившегося разрушения). Но не по "методикам" авторов МММ (теперь - ММП), а ОЧЧЧЕНЬ аккуратно и чрезвычайно осторожно, непременно с детальным физическим анализом наблюдаемых результатов. То есть, как раньше писали: "Люди! Будьте бдительны!", когда Вам "втюхивают" приборы МММ (или ММПМ). Так где же выход?
Отличие изделия КОМПЛЕКС-2.05 от приборов МММ В отличие от приборов МММ изделия КОМПЛЕКС-2.05 регистрируют не параметры магнитных полей, а непосредственно касательные напряжения. Более того, в режиме «Проверка» проверяется именно идентичность результата измерений свойствам касательных напряжений. Результаты измерений выдаются (строго по определениям СОПРОМАТа) в виде карт разности главных механических напряжений (РГМН) – это по-сути графическое отображение Ш критерия прочности (критерий Треска), карт распределения коэффициента концентрации механических напряжений КМН (именно, как отношения механических напряжений, а не параметров магнитных полей!), карт распределения коэффициента неоднородности напряжений КНН и карт градиента РГМН. Именно эти параметры поля механических напряжений, а не параметры магнитных полей (как в приборах А.А.Дубова), определяют в соответствии с теорией упругости и сопротивления материалов (СОПРОМАТа) условия разрушения материала. Из всего описанного у Вас не должно сложиться чисто отрицательное отношение к методам неразрушающего контроля - каждый физически обоснованный метод (разумется, к таковым "метод" Дубова отнести нельзя) имеет достоинства и недостатки. Но достоинства проявляются в области применимости метода. Просто для трубопроводов, резервуаров и сосудов высокого давления сегодня эти методы пока еще сложно использовать. |
||||||||||||||||||||||
| У Вас возникли вопросы
или есть, что обсудить? |
Практически применимые методы магнитного вида
неразрушающих методов контроля (НМК), как
правило, основаны на корреляционных связях между
физико-химическими, механическими свойствами и
структурными состояниями материала
контролируемого участка конструкции и одной или
несколькими 
Поясним на
примере. Пусть металл циклически намагничивают и
размагничивают полями с возрастающим значением
напряженности Нм
на ФОРУМ: здесь обсуждаем насущные
вопросы
