Магнітний коерцитиметричний контроль технічного стану зварних з'єднань

Abstract

Дисертаційна робота присвячена питанню розробки магнітного коерцитиметричного методу оцінки технічного стану зварних з’єднань трубопроводів та прогнозування залишкового ресурсу. Проаналізовано методи неруйнівного контролю зварних конструкцій та обгрунтувано вибір магнітного коерцитиметричного методу для оцінки технічного стану та прогнозування залишкового ресурсу зварних з’єднань. Запропонована і теоретично обгрунтована математична модель, що встановлює зв'язок між геометричними розмірами і коерцитивною силою зварного шва, зони термічного впливу, основного металу і зварного з'єднання, що дає можливість локальної оцінки пошкодженості зварних конструкцій. Вперше побудовано фізичну модель зварного з’єднання для виявлення локальних особливостей розподілу коерцитивної сили в зварному з’єднанні з точки зору фізики магнітних явищ. Досліджено характер взаємозв’язків між втомою, напруженнями, деформаціями зварного з’єднання та інформативним параметром магнітного методу — коерцитивною силою. Досліджено вплив структурних змін металу зварних з’єднань в результаті руйнування на його магнітні властивості та визначено причини зміни величини коерцитивної сили. Вперше розроблено методику з оцінки та прогнозування залишкового ресурсу зварних з’єднань трубопроводів при моніторингу за допомогою магнітного коерцитиметричного методу неруйнівного контролю. Досліджено вплив реальних умов експлуатації газопроводу на зміну величини коерцитивної сили в зварних з’єднаннях.

Диссертационная работа посвящена вопросу разработки магнитного коэрцитиметрического метода оценки технического состояния сварных соединений трубопроводов и прогнозирования остаточного ресурса. В первом разделе проанализированы современные методы неразрушающего контроля и диагностики сварных конструкций. Отдельно рассмотрены магнитные методы, получившие распростанение в последнее время, а также обоснован выбор коэрцитиметрического метода для оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса сварных соединений. Во втором разделе предложена и теоретически обоснована математическая модель, устанавливающая связь между геометрическими размерами и коэрцитивной силой сварного шва, зоны термического влияния, основного металла, сварного соединения, что дает возможность локальной оценки поврежденности сварных конструкций. Впервые построена физическая модель сварного соединения для выявления локальных особенностей распределения коерцитивной силы в сварном соединении с точки зрения физики магнитных явлений. Предложена схема поперечного сканирования сварного соединения с помощью устройства магнитного контроля, а также аналитическое выражение для определения величин коэрцитивных сил сварного шва и зоны термического влияния в сечении сварного соединения. В третьем разделе представлены результаты экспериментальных исследований взаимосвязей между усталостью, напряжениями, деформациями сварного соединения и информативным параметром магнитного метода неразрушающего контроля — коэрцитивной силой. Определены пороговаые значения коэрцитивной силы, соответствующие состоянию предразрушения сварного соединения. С помощью электронно-микроскопических исследований установлено влияние структурных изменений металла сварных соединений, происходящих в результате разрушения, на его магнитные свойства и определены причины изменения величины коэрцитивной силы. Четвертый раздел посвящен оценке остаточного ресурса сварных соединений магнитным коэрцитиметрическим методом и разработке методики оценки и прогнозирования остаточного ресурса сварных соединений трубопроводов с применением магнитного коэрцитиметрического метода неразрушающего контроля. Методика включает определение трех групп параметров: магнитных, геометрических, временных и состоит в локальной оценке пороговых и исходных значений величин коэрцитивной силы сварных соединений на образцах-свидетелях и дальнейшем прогнозировании остаточного ресурса на основе анализа кинетики изменения полученных при мониторинге текущих значений коэрцитивной силы в сварном соединении. Разработанная методика апробирована на практике. Исследовано влияние реальных условий эксплуатации газопровода Борислав-Дрогобич на изменение величины коэрцитивной силы в сварных соединениях. Результаты исследований и анализ статистического распределения значений коэрцитивных сил позволили определить текущее техническое состояние сварных соединений трубопровода.

Dissertational work is devoted to the question of development of magnetic coercimetric method of an estimation of a technical condition of welded joints of pipelines and forecasting of a residual life. Methods of nondestructive testing of welded designs are analysed and the choice magnetic coercimetric method for an estimation of a technical condition and forecasting of a residual life of welded joints is proved. The mathematical model establishing communication between the geometrical sizes and coercive force of a welded seam, zone of thermal influence, the basic metal and welded joint that enables a local estimation of damaging od welded designs is offered and theoretically proved. For the first time the physical model of welded joint for revealing local features of distribution coercive forces in welded joint from the point of view of physics of the magnetic phenomena is constructed. Character of interrelations between metal fatigue, pressure, deformation of welded joint and informative parameter of a magnetic method - coercive force is investigated. Influence of structural changes of metal of welded joints as a result of destruction on its magnetic properties is investigated and the reasons of change of coercive forces are certain. For the first time the technique of estimation and forecasting of a residual life of welded joints of pipelines with application magnetic coercimetric method of nondestructive testing is developed. Influence of real conditions of operation of a gas main on change of coercive forces in welded joints is investigated.