Применение магнитных методов контроля при проведении экспертизы подъемных сооружений

Application of magnetic control methods when carrying out examination of lifting constructions Kuzminov A.1, Golubev A.2, Zelenkov N.3, Glazunov A.4

Применение магнитных методов контроля при проведении экспертизы подъемных сооружений Кузьминов А. Л.1, Голубев А. В.2, Зеленков Н. Н.3, Глазунов А. Е.4 (Российская

Федерация)

1 Кузьминов Александр Леонидович / Kuzminov Aleksandr - доктор технических наук,

генеральный директор;

2Голубев Александр Викторович / Golubev Aleksandr - технический директор,

Общество с ограниченной ответственностью «ПТМСеверо-Запад»;

3Зеленков Николай Николаевич / Zelenkov Nikolay - заместитель начальника отдела

ЭПБ ГПМ иКП, эксперт;

4Глазунов Алексей Евгеньевич / Glazunov Aleksey - инженер-механик,

Общество с ограниченной ответственностью «Промышленная экспертиза», г. Череповец

Аннотация: рассмотрен метод магнитного контроля, в значительной мере дополняющий традиционные его методы, а при оценке структуры и механических свойств превосходящий ранее известные. Основным контролируемым параметром является коэрцитивная сила, величина остаточной намагниченности материала металлоконструкций крана. Для оценки возможности использования метода коэрциметрии производили нагрев горелкой одного и того же участка образца стального каната со стальным сердечником диаметром 42 мм. Анализ результатов контроля показал, что применение метода магнитной дефектоскопии стальных канатов отражает изменения остаточной намагниченности материала каната от интенсивности и длительности воздействовавших на него в процессе эксплуатации термоциклических нагрузок. Приведены данные магнитного контроля стальных конструкций главной балки мостового крана. Установлено, в сочетании с системой регистрации режима нагружения метод гарантирует наиболее объективный контроль остаточного ресурса металлоконструкций кранов и тем самым обеспечивает возможность продления срока эксплуатации подъемных сооружений.

Abstract: the method of magnetic control, to a great extent complementary his traditional methods, is Considered, and at the estimation of structure and mechanical properties to excelling before known. The basic controlled parameter is a coercitivity, size of retentivity of material of металлоконструкций offaucet. For the estimation of possibility of the use of method of коэрциметрии produced heating the gas-ring of the same area of standard of steel rope with a steel mandrel by a diameter 42 мм. Analysis of control results showed, that application of method of magnetic fault detection of steel ropes reflected the changes of retentivity of material of rope from intensity and duration of the affecting him in the process of exploitation thermal-cycle loading. Cited data magnetic control of steel constructions of main beam of travelling crane. It is set, in combination with the system of registration of the mode of ladening a method guarantees the most objective control of remaining resource

Ключевые слова: грузоподъемный кран, канат, остаточный ресурс, неразрушающий контроль, магнитный метод, коэрцетивная сила.

Keywords: loading crane, rope, remaining resource, non-destructive control, magnetic method, коэрцетивная force.

УДК 66-6

Прогнозирование работоспособности подъемных сооружений на основе экспертизы промышленной безопасности во многом связано с объективной оценкой механических свойств металла и контролем за фактическим режимом нагружения кранов. Использование прямых разрушающих методов трудоемко и не оперативно. Контроль по твердости характеризует состояние только наружных поверхностных слоев металла и не отличается высокой чувствительностью. Ультразвуковой контроль сварных соединений оценивает качество швов, а не металла, по которому в основном происходит разрушение.

Как альтернатива описанным методам, многими экспертными организациями используются методики оценки остаточного ресурса, которые базируются на применении метода неразрушающего магнитного контроля напряженно-деформированного состояния металла [1]. Метод основан на известном эффекте корреляции между магнитными и физико-механическими свойствами, когда они одновременно зависят от одних и тех же факторов: химического состава, режима термической обработки, пластической деформации, микро- и макронапряжений, положения дислокаций и т. д. Микро- и макродефекты структуры, накапливаясь в металле в процессе циклического нагружения при растяжении, сжатии, изгибе или кручении, как бы собирают и хранят информацию, однозначно связанную с максимальными величинами действовавших нагрузок, в результате чего структура металла стальной детали конструкции выполняет функции своеобразного запоминающего датчика пикового значения силы. А ряд магнитных параметров, однозначно связанных с количеством нарушений структуры металла является своеобразным отображением силового режима работы конструкции.

Неразрушающий магнитный метод может успешно применяться для контроля напряженно -деформированного состояния металла, уровня пластической деформации и усталостных повреждений наиболее нагруженных узлов металлоконструкций, работающих в условиях длительного циклического нагружения.

Основным контролируемым параметром является коэрцитивная сила, величина остаточной намагниченности (при значении величины магнитной индукции равной нулю).

В общем виде остаточный ресурс металлоконструкции определяется по формуле:

T =

где: Т - остаточный ресурс конструкции, год;

Я уст

- предельное значение коэрцитивной силы для данной стали, характеризующее накопление усталостных повреждений, А/см, И(У/т =9,0 А/см для стали 09Г2С;

H - среднее значение коэрцитивной силы, полученное в результате замеров, А/см;

АН - скорость роста коэрцитивной силы (скорость накопления повреждений), (А/см)/год.

Скорость роста коэрцитивной силы определяется из выражения:

Ан =

где: Нс0 - исходное значение коэрцитивной силы (для поставки металла), А/см, согласно РД ИКЦ «Кран» для стали 09Г2С Нс0=1,6 А/см.

Практически все виды сталей, применяемых при конструировании несущих элементов машин и механизмов, относятся к классу разупрочняемых, у которых n < 0,1, а величина Нс в состоянии поставки сравнительно невысока: от 1,5 до 10 А/см. Для таких сталей, как правило, существует устойчивая корреляция, не хуже, чем 0,9. Поэтому магнитный метод может обеспечить оперативный контроль структурного состояния несущих элементов машин и механизмов.

При эксплуатации металлические конструкции, как правило, работают в условиях сложнонапряженного состояния. Однако магнитный контроль вдоль направления действия главных напряжений (деформаций) позволяет определить максимальные действующие внутренние напряжения, а с учетом реального режима нагружения оценить остаточный ресурс отдельных несущих элементов и всей металлоконструкции в целом. Оценить НДС и остаточный ресурс объектов повышенной опасности магнитным методом в реальных условиях можно на примере мостовых кранов. Теоретический расчет напряженного состояния несущих элементов подъемных сооружений представляет сложную задачу. Поэтому практические возможности неразрушающего магнитного контроля для объективной оценки состояния металлоконструкций делают его перспективным.

Отсутствие каких-либо публикаций, подтверждающих возможность применения магнитного дефектоскопа стальных канатов «ИНТРОС» МДК-21 для контроля стальных канатов, работающих в условиях воздействия термоциклических нагрузок, определило необходимость исследований влияния термоциклических нагрузок на магнитные свойства проволок каната.

Для этой цели с определенной периодичностью производили нагрев горелкой одного и того же участка образца стального каната со стальным сердечником диаметром 42 мм.

Производили контроль отрезка каната магнитным дефектоскопом до начала нагрева каната и после каждого термического воздействия. Дефектограмма ПС (потери сечения) в % и ЛД (локальные дефекты) мВ представлены на рис. 1.

Рис. 1. Дефектограмма ПС (потери сечения) в % и ЛД (локальные дефекты) мВ

Анализ результатов контроля показывает, что магнитный дефектоскоп стальных канатов «ИНТРОС» МДК-21 качественно и количественно отражает изменения остаточной намагниченности материала каната от интенсивности и длительности воздействовавших на него в процессе эксплуатации термоциклических нагрузок. В то же время существуют и эффективно применяются для контроля напряженно -деформированного состояния металла магнитные структуроскопы серии КРМ-ЦК. В связи с этим поставлена задача разработки нового прибора неразрушающего контроля стальных канатов с целью фиксации числа циклов нагружений и одновременно количества термических воздействий, который бы объединил в себе возможности и функции магнитного дефектоскопа стальных канатов «ИНТРОС» МДК-21 и магнитного структуроскопа серии КРЦ-ЦК.

Применение метода диагностики подъемных сооружений можно рассмотреть на примере контроля мостового крана, сравнив при этом наиболее очевидные нагруженные места и значения коэрцитивной силы в этих сечениях.

В качестве примера возьмем мостовой кран грузоподъемностью 20 т.

Правая пролётная балка

Вертикальная стенка

) (

2 3 Верхний пояс 4 5 б

8 9 Ю 11 12

Рис. 2. Графики замеров коэрцитивной силы элементов мостового крана

На рис. 2 показана зависимость среднего значения коэрцитивной силы от сечения пролетной балки мостового крана. Точками с максимальными значениями коэрцитивной силы являются 3, 7, 9. Точка 9 является стыком концевой и пролетной балки. Точки 3 и 7 являются сечением с местным концентратором напряжений. Отсюда видно, что наиболее напряженные районы имеют максимальные значения коэрцитивной силы.

Таким образом, аттестованные оборудование, методика, а также нормативная база делают этот вид контроля перспективным при использовании на объектах, подконтрольным Ростехнадзору (Федеральной службе по технологическому, экологическому и атомному надзору РФ). В сочетании с системой регистрации режима нагружения метод гарантирует наиболее объективный контроль остаточного ресурса металлоконструкций кранов и тем самым обеспечивает возможность продления срока эксплуатации подъемных сооружений.

Литература

1. Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса подъёмных сооружений при проведении их обследования и техническом диагностировании. [Текст]: Методические указания. РД ИКЦ КРАН-007-97. М.: ИКЦ «КРАН», 1997.