СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВНУТРЕННЕГО РАЗРУШЕНИЯ ПОЛЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК G01N17/00 

Изобретение относится к области неразрушающего магнитного контроля и может использоваться для экспресс-измерения скорости коррозионно-эрозионного разрушения внутренних поверхностей замкнутых конструкций, доступ к которым ограничен или невозможен, например резервуаров и трубопроводов.

Известен способ измерения скорости коррозионного разрушения внутренних поверхностей стенок полых конструкций (трубопроводов, резервуаров), основанный на регистрации потери за единицу времени массы образца-свидетеля, изготовленного из того же материала, что и контролируемый объект, и помещенного в коррозионную (рабочую для объекта) среду. Образцы периодически извлекают из коррозионной (рабочей) среды и взвешивают (см. Р.Коллакот, Диагностика повреждений.- М.: Мир., 1989, с.352).

Данный способ требует существенных временных затрат, проводится в лабораторных условиях, дает информацию только о скорости общего коррозионного разрушения, не позволяя фиксировать процесс локальной эрозии внутренней поверхности конструкций.

Известен способ измерения скорости разрушения стенки конструкций путем измерения скорости коррозии материалов по регистрации изменения во времени электрического сопротивления стандартного образца-свидетеля в виде электрода, помещаемого в коррозионную (рабочую) среду. Потеря массы электрода, вызванная коррозионным разрушением, пропорциональна изменению его электрического сопротивления (см. Р. Коллакот, Диагностика повреждений. -М.: Мир., 1989, с.352).

Представленный способ технологичнее предыдущего, дает значительную экономию по времени, однако далеко не всегда материал электрода (выпускается как правило серийно в комплекте с измерительной аппаратурой) соответствует материалу контролируемого объекта, кроме того, локально-эрозионные разрушения также не фиксируются.

Недостатком данного метода является его низкая точность, связанная с измерением остаточного поля, величина которого зависит от внешних нерегламентированных полей (например, поле Земли), магнитной предыстории контролируемого материала. Кроме того, сама процедура измерения остаточного поля с низкой погрешностью достаточно сложна (требуется первоначально намагнитить материал, а затем удалить электромагнит из точки контроля) и приближается к лабораторной.

Наиболее близким к патентуемому относится способ определения стойкости труб из ферромагнитной стали к внутрикотловой коррозии (см. а.с. N 571658, МКИ G 01 N 17/00, опубл. Бюл. изобр. N 33, 1977), состоящий в измерении коэрцитивной силы материала стенки конструкции, значение которой меняется при коррозионном разрушении стали.

К недостаткам подобного способа следует отнести значительную методическую сложность процедуры измерения магнитного параметра "коэрцитивная сила" материала стенки в "полевых" условиях, кроме того, при эксплуатации полых конструкций более востребованной является величина скорости коррозионного разрушения, причем, как правило, внутренней поверхности, доступ к которой чаще всего затруднен (резервуары) или даже исключен (трубопроводы).

Известно устройство для измерения механических характеристик ферромагнитных материалов (см. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник /Под ред. В.В.Клюева. -М.: Машиностроение, 1976, Т.2.- с. 83, КИФМ-1), имеющее в составе П-образный электромагнит с двумя обмотками, блоки намагничивания и размагничивания, индикаторы остаточного поля и тока размагничивания, принимаемого за меру магнитной жесткости (коэрцитивная сила) контролируемого материала.

К недостаткам данного устройства можно отнести отсутствие информационной обратной связи между измерителем остаточного поля и блоком размагничивания (эта связь осуществляется посредством оператора), кроме того, устройство для измерения остаточного поля (одна из обмоток П-образного преобразователя - так называемый феррозонд) является частью сердечника и достаточно массивно, что затрудняет варьирование геометрией преобразователя.

Наиболее близким к патентуемому устройству, реализующему вышеназванный способ, является автоматический коэрцитиметр (см. а.с. N 1377789 СССР, МКИ³ G 01 R 33/12 Автоматический феррозондовый дифференциальный коэрцитиметр, опубл. 29.02.88, бюл. N 8). В автоматическом коэрцитиметре обратная связь между измерителем остаточного поля и блоком размагничивания реализована путем введения в устройство задающего генератора, двоичного счетчика, цифроаналогового преобразователя и масштабного усилителя размагничивающего тока, последовательно связанных между собой, при этом цикл размагничивания, синхронизированный тактом намагничивания (блокируется двоичный счетчик), начинается по сигналу блока измерения остаточного поля и заканчивается по сигналу нулевого поля. За меру тока размагничивания принимается двоичный код на выходе счетчика.

Как показала практика, связь между двоичным кодом и током размагничивания оказалась нелинейной, особенно для магнитомягких материалов, что является существенным недостатком, снижающим точность метода. Вдобавок не определено соотношение геометрических размеров П-образного датчика с толщиной контролируемого материала, что в некоторых случаях делает контроль невозможным.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение достоверности и точности контроля скорости коррозионно-эрозионного разрушения внутренней поверхности стенок полых конструкций (резервуаров, трубопроводов), выполненных из ферромагнитных сталей с ограниченной возможностью доступа.

Поставленная задача достигается тем, что определяют физический (корреляционный) параметр, по которому судят о скорости внутреннего коррозионно-эрозионного разрушения полых конструкций и в отличие от прототипа на внешнюю поверхность стенки контролируемой полой конструкции (стенка трубы, резервуара) из ферромагнитного материала устанавливают полюса П-образного магнитопровода с двумя обмотками, намагничивают часть стенки между полюсами до магнитного насыщения посредством пропускания тока через одну из обмоток, затем после снижения до нуля намагничивающего тока размагничивают часть стенки между полюсами возрастающим от нуля током, полярностью обратной полярности намагничивающего тока, посредством пропускания тока через ту же обмотку, что и при намагничивании, одновременно с размагничиванием контролируют ЭДС во второй обмотке, а в момент равенства ее нулю фиксируют и запоминают величину тока размагничивания, после чего полую конструкцию подвергают выдержке в течение заданного времени, после выдержки проводят дополнительные, повторяющие основные операции намагничивания и последующего размагничивания, определяют значение тока размагничивания для дополнительной операции и разность величин токов размагничивания для основной и дополнительной операции, а в качестве параметра, по которому судят о скорости внутреннего разрушения полых конструкций, используют отношение этой разницы ко времени выдержки.

Заявляемый способ реализуется устройством для измерения скорости внутреннего разрушения полых конструкций из ферромагнитного материала, которое содержит П-образный магнитопровод с обмоткой намагничивания-размагничивания, соединенной с блоками намагничивания и размагничивания, и измерительной обмоткой, соединенной со входом измерителя остаточного поля в замкнутой магнитной цепи "магнитопровод - участок контролируемого материала", индикатор, на вход которого поступает сигнал с выхода блока размагничивания, и блок управления, соединенный выходом с блоками намагничивания, размагничивания и измерителем остаточного поля и в отличие от прототипа измеритель остаточного поля соединен входом с блоком размагничивания, при этом П-образный магнитопровод выполнен прямоугольным в поперечном сечении, размер меньшей стороны которого выбирают из соотношения N = (1,6 - 2,0)d, где N - линейный размер меньшей стороны поперечного сечения магнитопровода; d - начальная толщина стенки полой конструкции.

На фиг. 1 предлагается функциональная схема устройства для реализации способа.

Заявляемый способ и устройство функционируют следующим образом. П-образный магнитный сердечник 7 размещают на наружной поверхности контролируемого ферромагнитного объекта 9, начальная толщина стенки d которого известна. По команде блока управления 1 в обмотку намагничивания 6 от блока намагничивания 1 подают ток, по величине достаточный для намагничивания межполюсного участка объекта до технического насыщения, затем доводят ток до нуля и посредством измерителя остаточного поля 4 в комплекте с феррозондовыми обмотками 8, размещенными в торцах магнитопровода, фиксируют величину остаточной индукции в замкнутой магнитной цепи "магнитопровод - участок объекта". По окончании цикла магнитной подготовки в обмотку намагничивания 6 подается возрастающий от нуля ток от блока размагничивания 3, по направлению противоположный току намагничивания. При этом измеритель остаточного поля 4 фиксирует уменьшение остаточной индукции в замкнутой магнитной цепи. В момент, когда показания измерителя 4 сравняются с нулем, размагничивание прекращают, а величину тока размагничивания I_р1 регистрируют индикатором 5 и запоминают.

При воздействии агрессивной среды на внутреннюю поверхность объекта его толщина стенки уменьшается. Для определения скорости разрушения внутренней поверхности через определенный временной интервал (например, ежемесячно) проводят дополнительные измерения, полностью повторяющие вышеприведенный процесс, в результате которого каждый раз регистрируют новое значение размагничивающего тока I_р2. После получения результата дополнительных измерений каждый раз рассчитывают разность I_р = I_р2 - I_р1. Величина этой разности, отнесенная к длительности временного интервала между первым и соответствующим дополнительным измерениями, и ставится в соответствие со скоростью разрушения внутренней поверхности ферромагнитного объекта.

Для проведения действенного контроля толщина полюсов N П-образного магнитопровода выбирается в соответствии с начальной толщиной d контролируемого материала. Экспериментально определено, что изменение величины I_р = f (d) зависит от соотношения N и d (см. фиг.2) при этом, как видно из представленных графиков, при изменении начальной толщины контролируемого материала необходимо корректировать и толщину N магнитопровода, иначе возможна ситуация, когда зона чувствительности датчика не совпадет с зоной опасных коррозионных разрушений.

Для действенного контроля скорости коррозионно-эрозионного разрушения внутренних поверхностей полых конструкций следует руководствоваться эмпирическим соотношением N = (1,6 - 2,0)d.

При реализации способа намагничивают часть стенки между полюсами П-образного магнитопровода до магнитного насыщения, размагничивают ее возрастающим от нуля током полярностью, обратной полярности намагничивающего тока, и контролируют ЭДС. В момент равенства ЭДС нулю фиксируют величину тока размагничивания. После выдержки проводят дополнительные операции намагничивания и размагничивания, определяют величину тока размагничивания. О скорости внутреннего разрушения судят по отношению разности токов размагничивания для основной и дополнительной операций ко времени выдержки. Устройство содержит П-образный магнитопровод с обмоткой намагничивания-размагничивания, блоки намагничивания и размагничивания, измерительную обмотку, измеритель остаточного поля, индикатор и блок управления. Магнитопровод выполнен прямоугольным в поперечном сечении, размер меньшей стороны N которого выбирают из соотношения N=(1,6 - 2,0)d, где d - начальная толщина стенки полой конструкции. Обеспечивается повышение достоверности и точности контроля. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения скорости внутреннего разрушения полых конструкций из ферромагнитного материала, при котором определяют параметр, по которому судят о скорости внутреннего коррозионно-эрозионного разрушения полых конструкций, отличающийся тем, что на внешнюю поверхность стенки полой конструкции из ферромагнитного материала устанавливают полюса П-образного магнитопровода с двумя обмотками, намагничивают часть стенки между полюсами до магнитного насыщения посредством пропускания тока через одну из обмоток, размагничивают часть стенки между полюсами возрастающим от нуля током полярностью, обратной полярности намагничивающего тока, посредством пропускания тока размагничивания через ту же обмотку, что и при намагничивании одновременно с размагничиванием контролируют ЭДС во второй обмотке, а в момент равенства ее нулю фиксируют и запоминают величину тока размагничивания, после чего полую конструкцию подвергают выдержке в течение заданного времени, после выдержки проводят дополнительные, повторяющие основные операции намагничивания и размагничивания, определяют величину тока размагничивания для дополнительной операции и разность токов размагничивания для основной и дополнительной операций, а в качестве параметра, по которому судят о скорости внутреннего разрушения полых конструкций, используют отношение этой разницы ко времени выдержки. 2. Устройство для измерения скорости внутреннего разрушения полых конструкций из ферромагнитного материала, содержащее П-образный магнитопровод с обмоткой намагничивания-размагничивания, соединенной с блоками намагничивания и размагничивания, и измерительной обмоткой, соединенной со входом измерителя остаточного поля в замкнутой магнитной цепи "магнитопровод - участок контролируемого материала", индикатор, на вход которого поступает сигнал с выхода блока размагничивания, и блок управления, соединенный выходом с блоками намагничивания, размагничивания и измерителем остаточного поля, отличающееся тем, что измеритель остаточного поля соединен входом с блоком размагничивания, при этом П-образный магнитопровод выполнен прямоугольным в поперечном сечении, размер меньшей стороны которого выбирают из соотношения N = (1,6 - 2,0)d, где N - линейный размер меньшей стороны поперечного сечения магнитопровода, d - начальная толщина стенки полой конструкции.