Способ определения зон остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитного материала Советский патент 1992 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к измерению механических напряжений в изделиях и образцах из ферромагнитного материала и может быть использовано в различных отраслях промышленности для определения остаточных напряжений, возникающих в местах пластической деформации под действием приложенных осевых нагрузок, появившихся в процессе испытаний образцов изготовления, ремонта и эксплуатации изделий.

Изобретение.направлено на выявление участков в элементах конструкций, которые работают в условиях пластической деформации металла и являются наиболее предрасположенными в повреждениям в процессе их эксплуатации.

Известен способ определения остаточных напряжений в сварных соединениях магнитоупругим методом, основанным на зависимости магнитной проницаемости объема металла от величины действующих в данном объеме остаточных напряжений.

Применение этого метода для определения остаточных напряжений в околошовной зоне и в самом шве может приводить к заметным погрешностям, так как он зависит от качества контакта магнитоупругого датчика с поверхностью контролируемого участка. Кроме того, он требует построения гадуировочных графиков для магнитной проницаемости материала в зоне шва и в целом месте. Использование способа также ограничено областью сварных соединений

XJ

К XI

О

i.

и он не может быть применен для всей конструкции.

Известен способ определения величины и распределения остаточных напряжений магнитным неразрушающим методом с использованием эффекта магнитострикции, при котором в ферромагнитном образце определяют зависимость магнитной проницаемости от приложенных нагрузок, изучают влияние пластической деформации на эту зависимость и, используя эту зависимость в приложенном магнитном поле большой величины, определяют зоны распределения остаточных напряжений на поверхности контролируемого изделия.

Указанный способ может быть применен для определения зон остаточных напряжений на поверхности всей конструкции (в околошовной зоне и в целом месте) и не требует механического контакта датчика прибора с контролируемым изделием.

Указанные способы могут быть использованы для определения зон остаточных напряжений только на поверхности контролируемого изделия, но не в его объеме. При их использовании необходимо также знать заранее направление действия максимальных напряжений, вызывающих пластическую деформацию металла.

Известен способ определения остаточных напряжений в образцах из ферромагнитного материала, основанный на измерении электрического потенциала, образующегося на поверхности материала под воздействием приложенных нагрузок, превышающих предел текучести для контролируемого материала.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения остаточных напряжений в образцах из ферромагнитного материала, заключающийся в том, что образец нагружают до появления скачка наведенной ЭДС и фиксируют соответствующую этому состоянию образца величину нагрузки, по которой определяют остаточные напряжения.

Эти способы позволяют определять зоны остаточных напряжений в объемах контролируемых изделий, так как они основаны на использовании (эффекта Степанова А.В.) скачкообразного изменения ЭДС образца, происходящего вдоль полос скольжения как на поверхности, так и в объеме материала, под действием пластический деформации.

Однако эти способы не могут быть использованы для практического применения в промышленных условиях, так как приборы контроля ЭДС и электрического потенциала громоздки, методики измерений указанных величин требуют зачистки поверхности металла контролируемых изделий, а сами измерения производятся в процессе приложения нагрузки.

Цель изобретения - сокращение трудоемкости контроля при определении остаточных напряжений в трубопроводах, стержнях, деталях машин и конструкциях из ферромагнитного материала.

Поставленная цель достигается тем, что

0 согласно способу определения зон остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитного материала, заключающемуся в измерении скачкообразного изменения магнитного поля изделия в местах возник5 новения пластической деформации металла под действием приложенных осевых нагрузок, измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля рассеяния (Нр) в одних и

0 тех же точках контроля на наружной поверхности изделия и по равенству значений тангенциальной (Нрг) и нормальной (Нрв) составляющих напряженности магнитного поля рассеяния определяют зоны остаточных

5 напряжений.

При таком способе обеспечивается определение зон пластической деформации металла, которые соответствуют зонам остаточных напряжений. При этом направле0 ние действия максимальных остаточных напряжений в точке контроля составляет угол 45° с нормальной (вертикальной) составляющей напряженности магнитного поля рассеяния (Нрв) и с направлением

5 движения полемера вдоль контролируемой образующей наружной поверхности изделия.

Известно, что полосы скольжения, возникающие при пластической деформации

0 металла, как в объеме, так и на поверхности изделия, расположены под углом 45° к направлению действия максимальных напряжений растяжения или сжатия.

Вдоль полос скольжения, возникающих

5 при пластической деформации, фиксируется скачкообразное изменение ЭДС при отсутствии внешнего магнитного поля. Очевидно, что вдоль этих же полос скольжения в силу электромагнитного и магнитоме0 ханического эффектов волны происходить скачки изменения намагниченности образца и соответственно напряженности магнитного поля рассеяния на его поверхности. В местах пластической деформации ме5 талла, соответствующих зонам остаточных напряжений, в условиях приложенных осевых нагрузок и замкнутого магнитного контура на поверхности контролируемых изделий из ферромагнитного материала должны фиксироваться аномальные значения напряженности магнитного поля рассеяния, направление векторов которых должно составлять угол 45° к контролируемой поверхности изделия. Для определения этого угла требуется выполнить измерение в одних и тех же точках поверхности контроля величин тангенциальной и нормальной составляющих напряженности магнитного поля рассеяния.

Поскольку в предлагаемом способе используются относительные величины, измерение не требует специального намагничивания и создания особого измерительного поля; при этом можно использовать явление намагничивания контролируемых изделий из ферромагнитного материала даже в условиях магнитного поля Земли. Измерение напряженности магнитного поля рассеяния не требует калибровочных кривых, никакой специальной подготовки контролируемой поверхности изделия (зачистки, накладок для датчиков и т.п.).

При предлагаемой последовательности операций способа и при использовании предлагаемого критерия (направление век- тора напряженности результирующего магнитного поля рассеяния, составляющее угол 45° с контролируемой поверхностью изделия) и измеряемых параметров (одновременное измерение двух компонент магнитного поля Нрг и Нрв в каждой точке контроля) становится возможным определение зон остаточных напряжений простым магнитным методом с использованием феррозондовых измерителей магнитного поля или датчиков Холла. При этом измерения напряженности магнитного поля на поверхности контролируемого изделия осуществляются после приложения нагрузки.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстри- рующая измерение нормальной составляющей величины напряженности магнитного поля (Нрв) вдоль образующей трубы; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1.

Предлагаемый способ определения ос- таточных напряжений, обусловленных, например, действием сжимающих нагрузок Р при потере устойчивости участка котельной трубы, осуществляют следующим образом.

Сначала измеряют нормальную (верти- кальную) составляющую напряженности магнитного поля рассеяния трубы 1 вдоль одной и той же образующей в направлении, перпендикулярном этой образующей (Нрв) при соответствующем вертикальном распо- ложении датчика полемера 2В (фиг. 2). Затем вдоль этой же образующей трубы 1 измеряют тангенциальную составляющую напряженности магнитного поля рассеяния (Нрг) при расположении датчика полемера

2Г в горизонтальном (аксиальном) направлении (фиг. 2). Направление перемещения датчиков полемеров 2В и 2Г должно быть при этом одинаковым, например, по стрелке 3 на фиг. 2. Измерения величин Нрг и Нрв можно выполнять одновременно при наличии соответствующего устройства для их осуществления. При этом можно использовать явление намагничивания труб под действием магнитомеханического и магнитоупругого эффектов в магнитном поле Земли. После выполнения указанных измерений выделяют зону на длине контролируемой образующей трубы с одинаковыми значениями величин Нрг и Нрв (узел I).

В указанной зоне, например на участке трубы ВС, по измеренным величинам Нрв и Нрг определяют направление вектора напряженности результирующего магнитного поля рассеяния (Нр), которое при этом составляет с контролируемой образующей трубы, угол, близкий к 45°. При построении векторного треугольника DBC, состоящего из векторов DB,BC (Hj/). (HPS) и бС (Нр), длина векторов DB и ВС принимается равной и пропорциональной в масштабе длине контролируемой образующей трубы, расположенной между точкой контроля, где Нрв О (или Нрг макс, точка С), и точкой контрол, где Нрв Нрг (точка В). Направление Нр отображает направление площадки скольжения, в которой действуют максимальные касательные напряжения по толщине стенки трубы, и характеризует пластическую деформацию металла. При этом направление действия максимальных напряжений (растяжения или сжатия) составляет с направлением площадки скольжения угол, равный 90°. Эти напряжения являются главными и нормальными к площадке скольжения (напряжения а на фиг. 2).

Формула изобретения

Способ определения зон остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитного материала, заключающийся в измерении скачкообразного изменения магнитного поля изделия в местах возникновения пластических деформаций под действием приложенных осевых нагрузок, отличающийся тем, что, с целью сокращения трудоемкости контроля, одновременно или последовательно измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля рассеяния в одних и тех же точках на наружной поверхности контролируемого изделия, а зоны остаточных напряжений определяют по равенству значений тангенциальной и нормальной составляющих напряженности магнитного поля рассеяния.

Изобретение относится к приборостроению и позволяет уменьшить трудоемкость контроля при определении зон остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитного материала. Для определения зон остаточных напряжений одновременно или последовательно измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля рассеяния в одних и тех же точках на наружной поверхности контролируемого изделия. Зоны остаточных напряжений определяют по равенству значений тангенциальной и нормальной составляющих напряженности магнитного поля рассеяния в одной в той же точке.2 ил. со