Метод магнитной памяти металла

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Реферат на тему:

Метод магнитной памяти металла

Подготовила студентка 5 курса 3 группы

Шевелёва Виктория Викторовна

Минск, 2020

Содержание

Введение

Глава 1. История возникновения

Глава 2. Развитие нового направления

Глава 3. Принципиально новое в методе магнитной памяти металла

Заключение

Список источников

Введение

метод магнитной памяти металла

Понятие "магнитная память металла" введено впервые в 1994 году 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 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. По аналогии с эффектом памяти формы, "магнитная память металла" - это эффект магнитной памяти деформации металла, обусловленной ориентированными внутренними напряжениями. Уникальность метода магнитной памяти металла (МПМ) заключается в том, что он основан на использовании эффекта возникновения высокой намагниченности металла в зонах больших деформаций металла элементов конструкций, обусловленных действием рабочих нагрузок. При этом никакого источника искусственного намагничивания нет, кроме слабого магнитного поля Земли, в котором мы все находимся.

Метод МПМ - метод неразрушающего контроля, основанный на анализе распределения собственного магнитного поля рассеяния изделия (СМПР) на поверхности изделий для определения зон концентрации напряжений (ЗКН), дефектов и неоднородности структур металла и сварных соединений.

Глава 1. История возникновения

К истории возникновения и развития метода магнитной памяти металла, как нового направления в диагностике, следует отнести явление сильной намагниченности металла котельных труб в местах их разрушений, обнаруженное в 70-е годы прошлого века начальником лаборатории металлов "Волгоградэнерго" Филимоновым О.В. Обнаруженное явление заинтересовало многих специалистов энергетики, в том числе и меня в те годы, работавшего в производственной службе "Мосэнерго" и занимавшегося вопросами обеспечения надежности котельных труб. Тогда было сделано предположение о возможности использования явления самонамагничивания труб в условиях их эксплуатации для определения потенциальных повреждений. А возникновение высокой намагниченности на отдельных участках котельных труб было предположительно объяснено действием циклических деформаций и напряжений от рабочих нагрузок.

В случае подтверждения этого предположения открывалась уникальная возможность путём считывания магнитной информации, которую исследователю предоставляет сама трубная система котла, выявлять по остаточной намагниченности металла места концентрации напряжении - источники возникновения и развития повреждений.

Многие из нас наблюдали также эффекты возникновения высокой намагниченности металла, например в случае распила ножовкой какого-либо металлического изделия, или на конце отвертки после её воздействия на шурупы, в местах трения при соприкосновении металлических изделий (например, зубьев шестеренок). Появление аномальной намагниченности можно наблюдать на металлической проволоке, в месте её циклической деформации. Когда мы ломаем проволоку, циклическим ее изгибая в разные стороны, мы ощущаем пальцами нагрев проволоки в месте максимальной деформации. И если в этом месте сделать измерение с помощью прибора-магнитометра, то мы зафиксируем увеличение намагниченности металла. Демпфирование колебаний - поглощение энергии механических колебаний (например, лопаток турбин), сопровождается выделением магнитной энергии и, соответственно, ростом остаточной намагниченности металла. Перечень наблюдаемых на практике случаев возникновения намагниченности металла изделий без источника искусственного магнитного поля можно еще продолжить.

Глава 2. Развитие нового направления

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 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 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;

· 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 в режиме экспресс - контроля со скоростью 100 м/час и более.

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

Предлагаемый метод диагностики, основанный на использовании магнитной памяти металла, позволяет выполнить интегральную оценку состояния узла с учётом качества металла, фактических условий эксплуатации и конструктивных особенности узла.

Основная задача метода МПМ - определение на объекте контроля наиболее опасных участков и узлов, характеризующихся зонами КН. Затем, с использованием, например, УЗД в зонах КН определяется наличие конкретного дефекта. На основе поверочного расчёта на прочность наиболее напряжённых узлов, выявленных методом МПМ, выполняется оценка реального ресурса оборудования.

Кроме того, метод МПМ 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.

Глава 3. Принципиально новое в методе магнитной памяти металла

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 тоже время известно, что большинство металлоконструкций и оборудования, изготовленных из ферромагнитных материалов, под действием рабочих нагрузок подвержены "самонамагничиванию" в магнитном поле Земли.

На рис.1 показана схема проявления магнитоупругого эффекта, вызывающего рост остаточной индукции (ДB_r - изменение остаточной индукции; Ду - изменение циклической нагрузки; Нe - внешнее магнитное поле). Если в каком-то месте конструкции действует циклическая нагрузка у, и есть внешнее магнитное поле (например, поле Земли), то в этом месте происходит рост остаточной индукции и остаточной намагниченности.

Рис.1 Схема проявления магнитоупругого эффекта.

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. При "самонамагничивании" оборудования и конструкций проявляются различные эффекты магнитострикции. Однако, используется при новом методе контроля последействие (во всех разновидностях эффектов магнитострикции), которое проявляется в виде магнитной памяти металла к фактическим деформациям и структурным изменениям в металле оборудования.

Магнитная память металла - последействие, которое проявляется в виде остаточной намагниченности металла изделий и сварных соединений, сформировавшейся в процессе их изготовления и охлаждения в слабом магнитном поле или в виде необратимого изменения намагниченности изделий в зонах концентрации напряжений и повреждений от рабочих нагрузок.

Метод МПМ - метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния (СМПР) на поверхности изделий с целью определения зон концентрации напряжений, дефектов, неоднородности структуры металла и сварных соединений.

Собственное магнитное поле рассеяния изделия (СМПР) - магнитное поле рассеяния, возникающее на поверхности изделия в зонах устойчивых полос скольжения дислокаций под действием рабочих или остаточных напряжений или в зонах максимальной неоднородности структуры металла на новых изделиях.

Для отдельных деталей и изделий, а также для сварных соединений метод МПМ основан на регистрации СМПР, возникающих в зонах концентрации остаточных напряжений после их изготовления и охлаждения в магнитном поле Земли. В процессе изготовления любых ферромагнитных изделий (плавка, ковка, термическая и механическая обработка) механизм формирования реальной магнитной текстуры происходит одновременно с кристаллизацией при охлаждении, как правило, в магнитном поле Земли. В местах наибольшей концентрации дефектов кристаллической решётки (например, скоплений дислокаций) и неоднородностей структуры образуются доменные границы с выходом на поверхность изделия в виде линий смены знака нормальной составляющей СМПР. Эти линии соответствуют сечению детали с максимальным магнитным сопротивлением и характеризуют зону максимальной неоднородности структуры металла и, соответственно, зону максимальной концентрации внутренних напряжений (ЗКН).

В настоящее время в энергетике, химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей, нефтяной, газовой и в других отраслях промышленности разработаны и применяются на практике более 60 руководящих документов и методик контроля. Проведён комплекс экспериментальных и теоретических исследований в содружестве с рядом российских и зарубежных институтов. Разработаны количественные и качественные критерии, позволяющие осуществлять раннюю диагностику усталостных повреждений и оценки ресурса оборудования с использованием метода МПМ.

Метод магнитной памяти металла и соответствующие приборы контроля используются более чем на 1000 предприятиях России. Кроме России метод получил распространение в 44 странах мира: Австралия, Азербайджан, Ангола, Аргентина, Бахрейн, Беларусь, Болгария, Босния и Герцеговина, Бразилия, Венгрия, Германия, Израиль, Индия, Ирак, Иран, Италия, Казахстан, Канада, Китай, Колумбия, Корея, Латвия, Литва, Македония, Малайзия, Молдова, Монголия, Нидерланды, ОАЭ, Оман, Польша, Румыния, Сербия, США, Таджикистан, Туркменистан, Украина, Финляндия, Хорватия, Черногория, Чехия, Швейцария, ЮАР, Япония.

Заключение

Метод магнитной памяти металла является первоочередным по отношению к известным методам неразрушающего дефектоскопического контроля (ультразвуковой, радиационный, магнитопорошковый, капиллярный и т.д.) и относится к неразрушающему пассивному феррозондовому магнитному методу.

Метод магнитной памяти металла позволяет контролировать сварные соединения любых размеров и форм (стыковые, тавровые, угловые, нахлесточные, торцевые, прерывистые и др.) без ограничения толщины свариваемого металла на всех видах ферромагнитных и аустенитных сталей и сплавов и на чугунах. Метод МПМ может проводиться как при работе объекта контроля (ОК), так и при его ремонте. Температурный диапазон применения метода МПМ составляет от минус 20°С до плюс 60°С и регламентируется условиями нормальной работы оператора и приборов контроля. При контроле используют естественную намагниченность, сформировавшуюся в процессе изготовления изделия в слабом магнитном поле.

При использовании метода магнитной памяти металла оборудование и конструкции контролируют как в рабочем состоянии (под нагрузкой), так и при их останове (после снятия рабочей нагрузки). Зачистка и подготовка поверхности не требуются. Акустические шумы и механические вибрации ОК не оказывают влияния на результаты контроля.

К ограничивающим факторам применения метода МПМ относят:

- наличие искусственной намагниченности металла;

- присутствие постороннего ферромагнитного изделия на объекте контроля;

- наличие вблизи (ближе 1 м) ОК источника внешнего магнитного поля и поля от электросварки.

Для контроля оборудования с использованием метода МПМ применяют специализированные магнитометрические приборы. Принцип действия указанных приборов должен быть основан на фиксации импульсов тока в обмотке феррозонда при помещении его в СМПР приповерхностного пространства ОК.

Список источников

1. Метод магнитной памяти металла [Электронный ресурс] / Эталон. - Режим доступа: https://etalon-rk.ru/metod-magnitnoj-pamyati-metalla/ - Дата доступа: 13.11.2020

2. Метод магнитной памяти металла [Электронный ресурс] / Энергодиагностика. - Режим доступа: http://www.energodiagnostika.ru/article-about-mmm-method.html - Дата доступа: 18.11.2020

3. Метод магнитной памяти металла - новое направление в технической диагностике [Электронный ресурс] / Энергодиагностика. - Режим доступа: http://www.energodiagnostika.ru/about-mmm-method.html - Дата доступа: 15.11.2020

4. Метод магнитной памяти металла [Электронный ресурс] / Научно-технический центр «Анклав». - Режим доступа: http://anklav.com/nerazrushayushchij-kontrol/metod-magnitnoj-pamyati-metalla - Дата доступа: 19.11.2020

Размещено на Allbest.ru