Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Гончаров А.В., д.т.н., проф. Костоглотов А.А., к.т.н., проф. Решенкин А.С., к.т.н. Тихомиров А.Г.

Донской государственный технический университет, Россия

Влияние пластического деформирования ферромагнитных конструкций на параметры магнитного шума

Современную ситуацию в стране характеризуют непрерывно растущая энергонапряженность, а также тяжелые условия эксплуатации технологического оборудования и технических систем различного назначения, обусловленные сложившейся экономической обстановкой и невозможности полноценной замены оборудования, выслужившего установленные гарантийные сроки. Такое положение стимулирует применение новых методов оценки технического состояния и, в том числе, методов неразрушающего контроля, основанных на последних достижениях науки и техники, позволяющих без существенных затрат провести качественный и достоверный анализ всех изменений происходящих с различными агрегатами и системами.

В настоящее время существует достаточно большое количество хорошо разработанных методов неразрушающего контроля [1]. Среди них: оптико-визуальные; магнитные; проникающих жидкостей; акустические; и многие другие. Все эти методы при использовании по назначению дают достаточно объективную картину. Однако необходимо отметить, что в принципе универсальных методов не существует, и каждый из них ориентирован на решение узких и конкретных задач.

Одной из таких задач является оценка текущего состояния силовых элементов конструкций технологического оборудования и технических систем различного назначения эксплуатирующихся за пределами гарантийных сроков.

Как правило, в эксплуатационной документации оговорен, при проведении различных видов технического обслуживания и освидетельствования, только внешний осмотр силовых элементов на предмет обнаружения усталостных трещин и мест появления пластических деформаций. Такой подход не может быть оправдан в связи с наличием на указанных элементах слоя лакокрасочных покрытий и незначительностью начальных изменений в поверхностном слое конструкций.

В связи с этим возникает интерес в разработке и применении новых методов контроля, позволяющих при незначительных экономических затратах, с высокой оперативностью и достоверностью оценивать техническое состояние силовых элементов ТО и ТС различного назначения.

Одним из перспективных методов является магнитошумовой метод неразрушающего контроля, основанный на анализе информативных параметров магнитных шумов, возникающих в процессе взаимодействия переменного электромагнитного поля с ферромагнитной средой [2].

В отличие от хорошо разработанных электромагнитных методов, в которых в качестве источника информации о состоянии материала используются электропроводность и магнитная проницаемость, являющиеся интегральными характеристиками свойств материалов, метод, основанный на измерении параметров потока скачков магнитного шума, позволяет проследить за поведением каждого домена в процессе перемагничивания и, следовательно, получить информацию более высокого уровня.
Использование магнитошумового метода для оценки технического состояния, структуры материала и изделий, является новым направлением в практике разработки и создания методов и средств контроля элементов ТО и ТС.

Целью исследования влияния циклического деформирования за пределами упругости на параметры магнитного шума являлось установление корреляционной зависимости между отличной от нуля средней деформацией цикла и спектральной плотностью магнитного шума.

Количество образцов для испытаний было выбрано исходя из положений математической теории планирования эксперимента.

Эксперименты проводились на образцах, изготовленных из малоуглеродистой стали (Сталь 3), в состоянии поставки в виде полосы. Размеры образцов: длина- 600 мм; ширина-50 мм; толщина – 5 мм.

Образцы подвергались циклическому растяжению со средней деформацией в цикле от 5 до 50 мм. При этом нагружение проводилось с помощью разрывной машины, а параметры магнитного шума снимались опытным прибором ИТ-2.

Партия образцов подвергалась циклическому растяжению с уровнями относительной деформации 1.6 % , 4.1 %, 5.8 %, 8 % и 10 % сериями по 10 шт. на каждый уровень. При этом после каждого цикла снимались показания прибора ИТ-2 в одиннадцати сечениях по длине образующей. Испытания проводились до разрушения образца. В 34 случаях, по методике представленной ниже, проводились мероприятия по прогнозу места разрушения образцов в условиях циклического растяжения.

Анализ показывает, что разрушение образцов наступает при большей амплитуде циклической деформации и меньшем уровне спектральной плотности шума. При этом деформация перед разрушением составляет порядка 60%, а уровень спектральной плотности порядка 370% - 400% от параметров недеформированного образца.

В рамках проводимого эксперимента осуществлялись исследования по возможности прогнозирования места разрушения деформируемого образца.

Так методика прогнозирования заключалась в следующем:

- С помощью прибора ИТ-2 определяется распределение уровня спектральной плотности магнитного шума по длине недеформированного образца.

- Испытуемый образец устанавливался в разрывную машину.

- Образец нагружается до конца площадки текучести.

- Определяется распределение уровня спектральной плотности магнитного шума по длине деформированного образца и выявляется сечение с ее максимальным значением.

- Сечение маркируется мелом.

- Образец нагружается до разрушения

- Визуально проводится сравнение маркированного места с местом разрушения.

В целом при решении задачи о возможности применения магнитошумового метода неразрушающего контроля для прогнозирования места возможного разрушения конструкций при нагрузках превысивших предел упругости материала было испытано 34 лабораторных образца. Испытания по предложенной выше методике показали 100 % прогноз места разрушения в 32 случаях, что говорит о высокой достоверности контрольных операций по результатам применения магнитошумового метода неразрушающего контроля.

В заключении следует отметить, что результаты исследований, представленные в работе, показали возможность применения магнитошумового метода неразрушающего контроля для оперативного контроля текущего технического состояния силовых элементов конструкций в процессе эксплуатации.

Литература:

1. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ В.В.Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др.; Под ред. В.В.Клюева. 2-е изд., испр. и доп.- М: Машиностроение, 2003. 656 с., ил.

2. Венгринович В.Л. Магнитошумовая структуроскопия. -Минск: Наука и техника, 1991,-273 с.