По мере увеличения срока эксплуатации металлических конструкций происходит деградация некоторых важных свойств материалов. Сложная экономическая обстановка в стране поставила проблему продления срока эксплуатации оборудования действующих высокорисковых объектов (энергетика, трубопроводный транспорт, нефтегазохимия и др.), отработавшего проектный срок. В действующих нормативно-технических документах при расчете остаточного ресурса оборудования не учитывается уровень деградации материалов и конструкций в процессе эксплуатации, что существенно снижает достоверность прогноза. Обеспечение безопасной эксплуатации оборудования возможно только на основе получения и анализа объективных инструментальных данных о фактическом состоянии материалов и конструкций.
Механические и электрофизические свойства материалов «закладываются» на уровне структуры и взаимосвязаны. Все изменения в структуре материала в процессе деформирования-разрушения, зарождение и развитие микроповреждений отражаются в соответствующих изменениях электрофизических параметров. Макроповреждения структуры материала - развитые дефекты типа нарушения сплошности материала, также вызывают изменение электрофизических параметров материала. Изменения электрофизических параметров материала могут быть измерены электромагнитными методами и использованы для оценки текущего технического состояния и ресурса оборудования. Механическим критериям предельных нагрузок и деформаций оборудования соответствуют электрофизические критерии предельного состояния, значения которых могут быть определены при доведении модели или натурного образца до предельного состояния.
Электромагнитное устройство диагностики содержит преобразователь, состоящий из обмотки возбуждения и измерительной обмотки [1]. Обмотка возбуждения генерирует переменное электромагнитное поле, которое взаимодействует с электропроводящим объектом контроля. Результирующее электромагнитное поле наводит переменную ЭДС в измерительной обмотке. Параметры этой ЭДС характеризуют электрофизические свойства материала объекта контроля, а через них и механические свойства материала. Таким образом, в системе электромагнитный преобразователь - объект контроля параметры электрических сигналов обмоток связаны через электрофизические и геометрические параметры объекта контроля. Эта связь в операторной форме может быть записана как
W(p) = y(p)/x(p), (1)
где W(p) называется передаточной функцией объекта контроля;
y(p) - преобразованный по Лапласу сигнал в измерительной обмотке;
x(p) - преобразованный по Лапласу сигнал в обмотке возбуждения.
Величина W(p) зависит только от параметров объекта, поэтому она полностью определяет ее электрофизические и геометрические параметры. Зная передаточную функцию, можно найти переходный процесс y(t) (изменение во времени сигнала в измерительной обмотке) при любом заданном воздействии и определенных начальных условиях. И наоборот, анализируя кривую переходного процесса можно получить численное выражение передаточной функции. Сопоставление текущей передаточной функции с передаточной функцией объекта в исходном состоянии позволяет оценить уровень деградации его свойств в процессе эксплуатации.
Метод, основанный на анализе передаточной функции, позволяет оценить степень усталостного повреждения путем определения изменения ферритной фазы в аустенитной стали в процессе пластической деформации. Изменение количества ферритной фазы в аустенитных метастабильных материалах обусловлено трансформацией кристаллической гамма-решетки аустенита в альфа- и дельта-феррит под действием циклической нагрузки. Происходящие на микроуровне изменения структуры материала носят аддитивный характер в течение эксплуатации и в результате становятся инициаторами макроразрушения элемента при его нагружении. Моделируя данный процесс локальным нагружением материала вдавливанием шарового индентора, по скорости прироста ферритной фазы в зависимости от величины нагрузки в процессе деформирования можно оценить накопленную усталость элемента в данном месте. Принцип измерения ферритной фазы основан на различии магнитных свойств парамагнитного аустенита и ферромагнитного феррита. Для измерения ферритной фазы при вдавливании используется электромагнитный преобразователь, совмещенный в одном блоке с инденторным узлом [2].
Литература
- Пат. 2204131 RU, МКИ 7 G 01N 27/90. Электромагнитный преобразователь / И.Р. Кузеев., М.Г. Баширов, Н.М. Захаров, Г.И. Евдокимов, Э.М. Баширова // О. И. П. М. - 2003. - № 13.
- Абагян А.А., Бакиров М.Б., Камышников О.Г. и др. Опыт продления срока службы энергоблоков с РУ ВВЭР-440 первого поколения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2003. - № 10. - С. 49 - 56.