Diex - Принудителен метод
Контролът на напрегнато-деформираното състояние (SSS) на стоманените конструкции е един от определящите фактори при оценката на надеждността на повдигащата конструкция по време на експлоатация.
С въвеждането на заварени метални конструкции в производството, необходимостта от определяне на ДДС става все по-актуална на всички етапи от жизнения цикъл на продукта, т.к. темповете на стареене на оборудването изпреварват далеч темповете на техническо преоборудване.
През последните двадесет години, поради физическо стареене, повече от 85% от крановия парк е надхвърлил нормативния експлоатационен живот, което представлява заплаха за промишлената безопасност. Освен това, след разпадането на СССР и последиците от финансовата и икономическата криза, вместо фалирали предприятия, в освободените райони се появиха нови, но с различен производствен профил, чиито собственици станаха основните потребители на „вторичния пазар“ на евтино краново оборудване, не е известно колко години е работило.
Като една от посоките за решаване на този проблем, въз основа на дългогодишни изследвания, широко разпространена е практиката за диагностика на метални конструкции на повдигащи конструкции при изследване на промишлената безопасност въз основа на измерване на магнитните характеристики на метала - коерцитивна сила (Hc).
Теоретични основи за оценка на напрегнато-деформираното състояние на носещата метална конструкция на крана
1. Връзката на магнитните и механичните свойства със структурното състояние на стоманите и сплавите
При оценката на напрегнато-деформираното състояние на металните конструкции на кранове методите за магнитна диагностика (методи за безразрушителен контрол) се основават на взаимовръзката и корелационните зависимостимагнитни, електромагнитни и механични свойства на стоманите и сплавите, които се определят от структурното състояние, химичния и фазовия състав на веществото.
От всички магнитни свойства структурно-чувствителните характеристики включват кривата на намагнитване, формата и площта на магнитната хистерезисна верига (което означава конкретен постоянен цикъл, за който магнитното поле многократно се превключва от +Hmax към –Hmax) и техните основни параметри: коерцитивна сила Hc; остатъчна индукция Br, (N) или остатъчна магнетизация Mg (H), магнитна проницаемост (чувствителност) на веществото Mg и магнитна проницаемост на кривата на намагнитване (Mn, Mmax).
Чувствителните към структурата магнитни характеристики са анизотропни; те са чувствителни към кристалографската структура, промените в микро и макронапреженията, микроструктурата, формата и размера.
Стойността на коерцитивната сила Hc зависи от обема и размера (дисперсията) на включванията.
Например: магнитните и електрическите свойства на микроструктурата на стоманите зависят от съдържанието на въглерод и легиращи елементи.
Увеличаването на съдържанието на въглерод води до увеличаване на коерцитивната сила, електрическото съпротивление и намаляване на магнетизацията на насищане.
Наличието на легиращи елементи в стоманите 09G2S, 20KhN3A също води до увеличаване (Cr, Si, Ni, Cu) или намаляване (Mn) на коерцитивната сила.
Анализирайки влиянието на различни структурни параметри върху забавянето на плъзгащите се дислокации и забавянето на изместването на доменните стени, може да се отбележи общността на тяхното влияние върху механичните и магнитните свойства.
По този начин увеличаването на плътността на дислокация (N) в стоманената конструкция е придружено от увеличаване на якостните характеристики и стойностите на коерцитивната сила.
Трябва да се отбележи, че σ0.2 (условна граница на провлачване) и Hcса пропорционални на N.
Увеличаването на микронапреженията в стоманата води до увеличаване на σ0,2 и Hc.
Увеличаването на обема на перлитния компонент в структурата на стоманата е придружено от увеличаване на Hc и σ0,2.
Показателно е, че коерцитивната сила и условната граница на провлачване са пропорционални на обема на включванията в стоманата; според теорията на Керстен Hc
v 2 /3 и експерименталните данни за σ0.2 дават същата зависимост.
Увеличаването на размера на зърното (d) е придружено от намаляване както на σ0,2, така и на Hc; вярно, hc
По този начин методът за безразрушителен магнитен контрол се използва при наличие на стабилни двойки или множество вероятностни връзки между контролираните качествени показатели на металната структура и магнитните характеристики на стоманата.
2. Физическа основа на магнитното управление.
Безразрушителният магнитен контрол на механичните свойства на феромагнитните материали се основава на връзката между магнитните и физико-механичните свойства, когато те едновременно зависят от едни и същи фактори: химичен състав, режим на термична обработка, пластична деформация, микро- и макронапрежения, местоположение на дислокации и др.
При нисколегираните въглеродни стомани горните фактори влияят едновременно и недвусмислено върху механичните и магнитните свойства на метала. Следователно, безразрушителният магнитен метод може успешно да се използва за контрол на напрегнатото състояние на метала, нивото на пластична деформация и увреждане от умора на най-натоварените възли на метални конструкции, работещи в условия на дългосрочно циклично натоварване, като I-греди и елементи на опорни възли.
Микро- и макродефекти на структурата, натрупващи се в метала в процеса на циклично натоварване на опън,компресия, огъване или усукване, така да се каже, те събират и съхраняват информация, която е уникално свързана с максималните стойности на действащите натоварвания, в резултат на което металната конструкция на стоманената част на конструкцията действа като вид сензор за съхранение на пиковата стойност на силата. И редица магнитни параметри, недвусмислено свързани с броя на нарушенията на металната конструкция, по този начин са своеобразно отражение на мощностния режим на работа на конструкцията.
Стойността на коерцитивната сила Hc е избрана като основен контролиран магнитен параметър, тъй като тя е недвусмислено свързана с остатъчната пластична деформация εpl при статично и циклично натоварване на метални конструкции по време на работа.
По своето естество Hc и εpl са взаимосвързани параметри, които се увеличават при циклично натоварване, както може да се види в анализа на магнитни и деформационни хистерезисни вериги, Фигура 1. В своето физическо значение коерцитивната сила Hc е силата на магнитното поле, необходима за пълно демагнетизиране на феромагнетик, предварително намагнетизиран до насищане (при B = 0 по дължината на ограничаващата хистерезисна верига), и може да бъде представена като:
| IN | остатъчна индукция; |
| ДА СЕ | фактор на цикличен стрес; |
| н | фактор на циклично втвърдяване; |
| д | модул на еластичност. |
Остатъчната деформация εpl - амплитудата на необратимата деформация - се определя от подобни параметри:
| σ | амплитуда на натоварване; |
| д | модул на еластичност. |
H c = B E + B K 1 n (3)
ε pl = σ E + σ K 1 n (4)
| Ns | принудителна сила | epl | трайна деформация |
| изток | остатъчна индукция | σa | амплитуда на натоварване |
| ДА СЕ | коефициент на циклично напрежение | н | фактор на циклично втвърдяване |
Фигура 1. Магнитни и деформационни хистерезисни вериги при MCC.
Ако има корелации между Hc и εpl, големината на коерцитивната сила може да се използва за контролиране на натрупването на повреда в метала, еластично-пластичната деформация на метала, а също и за прогнозиране на живота на метала при умора.
Почти всички видове стомани, използвани при проектирането на носещи елементи на подемни машини и механизми, принадлежат към класа на омекотяващите стомани, в които H c 0
В зависимост от критериите, приети в нормативната и техническата документация, при изчисляване на конструктивната якост на носещите елементи критичните стойности на коерцитивната сила могат да бъдат зададени на нивото на границата на провлачане H c T или крайната якост H c B .
Характерно е, че при оценка на ресурса на метална конструкция стойностите на H c N и H c B съвпадат, тъй като граничното състояние на метала по отношение на големината на коерцитивната сила е еднакво за циклично и статично натоварване.
В съответствие с MV 0.00-7.01-05 контрол на състоянието на елементи от метални конструкцииизвършва се въз основа на номограми, изградени за всеки тип стомана със статистическа обработка на резултатите в съответствие с GOST 30415-96.
Промяната на стойността на коерцитивната сила в метала, както беше посочено по-горе, се извършва от магнитния структуроскоп КРМ-ЦК-2М, разработен от SPF "SNR" и MNPO "SPECTR" за диагностика на обекти на Gospromgornadzor на Министерството на извънредните ситуации на Украйна и Gosgortekhnadzor на България. Структуроскопът е преминал Междуведомствена комисия и притежава Сертификат за съответствие с метрологичните стандарти № 0000482. При наличие на корелационни зависимости в съответствие с GOST 30415-96 устройството може да контролира напреженията, деформациите и ресурса на стоманените конструкции.
Количествените критерии за оценка на състоянието на метална конструкция са максималните стойности на коерцитивната сила H c max в конструктивните елементи на повдигащите конструкции по време на работа. Увеличаването на Hc в сравнение с първоначалната стойност на H c 0 показва увеличение на остатъчните вътрешни напрежения и деформации. С прехода към еластично-пластично състояние ( H c max = H c T ), металът започва да губи пластичност, която окончателно се изчерпва на етапа на омекване и преминаване към повреда, когато ( H c max = H c B ). Следователно целият прогнозен живот на повдигащата конструкция (ПС) може да бъде разделен на етапи според степента на натрупване на остатъчни деформации и микроповреди в най-натоварените елементи на металните конструкции. MV 0.00-7.01-05 предвижда три режима на работа на подстанцията:
- режим на "надеждна" работа при H c max H c T , когато металът работи в еластичната област на диаграмата на натоварване и максималните напрежения не надвишават физическата еластична граница на стоманата.
- режим на "контролирана" работа при H c max ≤ H c T , когато отделните елементи на металната конструкция работят в еластично-пластиченна диаграмата на натоварване, а максималните остатъчни напрежения достигат физическата граница на провлачване на стоманата. При работа в режим на "контролирана" работа са необходими:
- организиране на постоянен визуален контрол върху елементите на металните конструкции, които са попаднали в зоната на еластично-пластични деформации;
- по време на следващите пълни технически прегледи (PTO) да се извърши магнитен (коерциметричен) контрол с фиксиране на резултатите от измерванията на HC в паспорта на подстанцията, което ще позволи проследяване на динамиката на развитието на умората на напрегнато-деформираното състояние на метала.
- "критичен" режим на работа при H c T ≤ H c max ≤ H c B , когато отделни елементи на SS работят в еластично-пластичните и пластичните области на диаграмата на натоварване и максималните напрежения превишават границата на провлачване на стоманата, което води до пукнатини от умора. При работа в "критичен" режим е необходимо:
- за укрепване на елементите, при които H c max ≥0,9 H c B, тъй като техническият риск от разрушаване се увеличава няколко пъти;
- премахване на възможността за претоварване на PS;
- ограничете следващия преглед до 1 година.
Нормативната рамка за магнитно (коерциметрично) изпитване (МТкс) е: Международен стандарт ISO 4301, междудържавен стандарт ГОСТ 30415-96 (с измененията 1), указания РД ИЦ Кран 07/97/02 (България), МВ 0.00-7.01-05 (Украйна).
От 2012 г. магнитното коерциметрично изпитване е въведено като задължителен етап от работата при извършване на експертно изследване на носещите елементи на метални конструкции на портални кранове, които са завършили своя стандартен експлоатационен живот (OMD 22460848.003-2012).