Способ оперативного обнаружения дефектов и механических напряжений в протяженных конструкциях


 


Владельцы патента RU 2521753:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) (RU)

Изобретение относится к области магнитной дефектоскопии в промышленности и на транспорте. Сущность: протяженные конструкции в процессе их эксплуатации, изготовленные из однородного ферромагнитного материала и имеющие сечение профиля простой симметричной формы, намагничивают с образованием полюсов симметричного магнитного поля на оси симметрии сечения профиля по всей длине объекта наблюдения. О наличии дефектов или механических напряжений в зонах сечения профиля конструкции судят по изменению величин электрических напряжений, непрерывно снимаемых с индуктивных датчиков, установленных в одной плоскости в попарно симметричных точках сечения на его границах, при движении этих датчиков вдоль длины профиля конструкции. Технический результат: возможность оперативного выявления дефектов и оценки местных напряжений в материале протяженных конструкций, с помощью автоматизированных мобильных технических средств. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области магнитной дефектоскопии в промышленности и на транспорте. Может быть использовано при оперативном обнаружении дефектов, избыточных механических напряжений в протяженных конструкциях, изготовленных из однородного ферромагнитного материала, имеющих простую симметричную форму профилей сечений, например, рельсов, металлических профилей, осей, трубопроводов в процессе их эксплуатации.

Известны способы [1, 2, 3] магнитной дефектоскопии, обнаружения избыточных изгибных напряжений и оценки прочности изделий, имеющих простую симметричную форму сечений профилей и изготовленных из однородного ферромагнитного материала. В способах [1, 2, 3] под понятием «неоднородность» подразумевается наличие разрывов (пустот, раковин) в сплошности структуры однородного по химическому составу и физическим свойствам ферромагнитного изделия. К «неоднородностям» такого рода могут быть отнесены зоны сечений в изделии, в которых в процессе эксплуатации возникают напряжения сжатия, растяжения, сдвига, являющиеся предпосылкой разрушения изделия при превышении допустимых значений механических напряжений или вследствие усталости материала. Способы [1, 2, 3] разработаны с учетом взаимозависимости неоднородности материала изделия в его сечении и сопутствующих появлению изменений магнитных свойств объекта наблюдения. В частности, в случае механических напряжений в ферромагнитном материале эта взаимозависимость проявляется в виде эффекта Виллари [4], согласно которому появление или изменение местных напряжений в локальных зонах сечений намагниченных изделий изменяет величину намагниченности материала в этих зонах. В способах [1, 2, 3] осуществляется непосредственное измерение параметров магнитного поля в характерных точках симметрии сечений изделий, таких как магнитная индукция или его напряженность, что при большой протяженности изделий может служить ограничением при их практическом использовании из-за не достаточно высокой скорости измерения параметров магнитного поля.

Предлагаемый способ решает задачу ускоренного обнаружения дефектов, избыточных изгибных напряжений, оценки прочности протяженных изделий в процессе их эксплуатации, изготовленных из однородного ферромагнитного материала и имеющих симметричную форму профилей сечений. Согласно предлагаемому изобретению для этих изделий о наличии дефекта или об изменениях значений местных механических напряжений в зонах сечений судят по непрерывному изменению величин электрических напряжений, полученных от движущихся катушек индуктивности (датчиков) вдоль изделия, установленных в попарно симметричных точках сечения профиля на его границах. При этом изделие предварительно намагничивается с образованием полюсов симметричного магнитного поля на оси симметрии сечения профиля по всей длине объекта наблюдения.

В качестве примера на рис 1. показано сечение рельса. При однородности материала и отсутствии в нем механических напряжений магнитное поле в сечении будет симметрично относительно оси симметрии сечения [5], поэтому индукция магнитного поля в характерных (попарно симметричных точках) будет одной и той же. В случае возникновения дефектов или механических напряжений в сечении изделия симметрия магнитного поля относительно оси симметрии сечения нарушается, и величина индукции в характерных точках сечения будет отличаться друг от друга. При движении датчиков, установленных в характерных точках плоскости сечения протяженного изделия, в катушках индуктивности датчиков, по закону электромагнитной индукции, наводится электродвижущая сила (равная по величине электрическому напряжению на зажимах катушек U), величина которой пропорциональна производной по времени от величины магнитной индукции В в точке установки соответствующего датчика [5]. При движении блока датчиков проводится непрерывное сканирование каждого сечения протяженного изделия в целях обнаружения участков с дефектом или предельных механических напряжений. Например, при изгибе рельса имеем следующие соотношения по абсолютным значениям индукции магнитного поля в характерных точках [2] и соотношения для электрических напряжений в катушках индуктивности датчиков, установленных в этих же точках, рис.1:

1) изгиб рельса в горизонтальной плоскости, слева от оси симметрии сечения рельса материал растянут, справа сжат:

Вг1г2, Вп1п2 или δгг1г2>0, δпп1п2>0,

тогда для электрических напряжений

г=Uг1-Uг2>0, Uδп=Uп1-Uп2>0;

2) изгиб рельса в горизонтальной плоскости, слева от оси симметрии сечения рельса материал сжат, справа растянут:

Вг1г2, Вп1п2 или δгг1г2<0, δпп1п2<0,

тогда для электрических напряжений

г=Uг1-Uг2<0, Uδп=Uп1-Uп2<0;

3) изгиб рельса в вертикальной плоскости, материал головки рельса растянут, материал подошвы рельса сжат:

Вг1г2, Вп1п2, Вг1>Bп1, Вг2п2 или

δ1г1п1>0, δ2г2п2>0, δ12,

тогда для электрических напряжений

1=Uг1-Uп1>0, Uδ2=Uг2-Uп2>0, Uδ1=Uδ2;

4) изгиб в вертикальной плоскости, материал головки рельса сжат, материал подошвы рельса растянут:

Вг1г2, Вп1п2, Вг1п1, Вг2п2 или

δ1г1п1<0, δ2г2п2<0, δ12

тогда для электрических напряжений

1=Uг1-Uп1<0, Uδ2=Uг2-Uп2<0, Uδ1=Uδ2.

Здесь введены следующие обозначения:

величина индукции магнитного поля для симметричной пары точек головки рельса Вг1 и Вг2, а также для симметричной пары точек подошвы рельса Вп1 и Вп2, где индекс «1» относится к левой части от оси симметрии, индекс «2» - к правой части от оси симметрии; падения напряжения в этих же точках Uг1, Uг2 и Uп1, Uп2, а также разность индукций и падений напряжения δг, δп, δ1, δ2 и Uδг, Uδп, Uδ1, Uδ2 соответственно.

Приведенные соотношения справедливы при условии работы однотипных индуктивных датчиков, установленных в одной плоскости сечения изделия на его границе. При этом скорость движения датчиков вдоль протяженного изделия выбирается из условия удовлетворения необходимой чувствительности приборов, снимаемых непрерывное электрическое напряжение с индуктивных датчиков.

По данным датчиков судят о месте дефекта и (или) о механических напряжениях в материале сканируемого изделия.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом: намагничивание исследуемого протяженного изделия (с помощью постоянных магнитов или путем пропускания тока по нему), с целью получения симметричного магнитного поля относительно геометрии профиля, осуществляется с образованием магнитных полюсов на выбранной оси симметрии профиля сечения объекта. В зависимости от вида симметрии картины магнитного поля выбираются характерные точки на границе сечения профиля так, чтобы при однородности материала и отсутствии механических напряжений в нем картина магнитного поля была симметричной и соответствовала геометрической симметрии сечения, а также была возможность установки соответствующих индуктивных датчиков. Количество пар характерных точек и количество датчиков выбираются исходя из вида профиля изделия. Датчики устанавливаются в одной плоскости, которая совпадает с плоскостью контролируемого сечения профиля изделия. Скорость движения датчиков выбирается такой, чтобы величина напряжений на датчиках обеспечивала достоверность снимаемой с них информации. Процесс снятия и обработки информации может быть автоматизирован.

Технический результат реализации предлагаемого способа заключается в возможности оперативного выявления дефектов и оценки местных напряжений в материале протяженных конструкций с помощью автоматизированных мобильных технических средств.

Информационные источники

1. Пат. №2441227 Российская Федерация, RU 2441227 С1, МПК G01N 27/72 (2006.1). Способ магнитной дефектоскопии изделий в напряженном состоянии / Степанов Л.П., Милованов А.И., Степанов М.А.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. - №2010121417/28, заявл. 26.05.2010, опубл. 27.01.2012, Бюл. №3. - 3 с.

2. Пат. №2452943 Российская Федерация, RU 2452943 С1, МПК G01N 27/82 (2006/01). Способ обнаружения изгибных напряжений / Степанов А.П., Степанов М.А., Милованов A.M., Саломатов В.Н.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. - №2010142042/28, заявл. 13.10.2010, опубл 10.06.2012, бюл. №16. - 5 с.

3. Пат. №2455634 Российская Федерация, RU 2455634 С1, МПК G01N 27/80 (2006/01). Способ оценки запаса прочности изделий в процессе эксплуатации / Степанов Л.П., Степанов М.А., Милованов А.И., Милованова Е.А., Саломатов В.Н.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. - №2010145975/28, заявл. 10.11.2010, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19. - 5 с.

4. Физическая энциклопедия. .

5. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле: учебник для электротехн., энерг., приборостроит. спец. вузов. 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986 г. - 263 с.: ил.

Способ оперативного обнаружения дефектов и механических напряжений в сечениях профилей протяженных конструкций в процессе их эксплуатации, изготовленных из однородного ферромагнитного материала, имеющих сечения профилей простой симметричной формы и намагниченных с образованием полюсов симметричного магнитного поля на оси симметрии сечения профиля по всей длине объекта наблюдения, отличающийся тем, что о наличии дефектов или механических напряжений в зонах сечения профиля конструкции судят по изменению величин электрических напряжений, непрерывно снимаемых с индуктивных датчиков, установленных в одной плоскости в попарно симметричных точках сечения на его границах, при движении этих датчиков вдоль длины профиля конструкции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и средствам неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для диагностики рельсов и других протяженных объектов.

Предлагаемое техническое решение относится к области дефектоскопического контроля состояния трубопровода и может быть использовано для обнаружения и оконтуривания зон напряженно-деформированного состояния металла трубопровода, нарушения целостности трубопровода и его изоляционного покрытия, выявления несанкционированных врезок, а также диагностики технического состояния других подземных металлических трубопроводов и металлоконструкций.

Изобретение относится к производственной промышленности и может быть использовано для обнаружения и локализации металлических предметов в готовой продукции или в сырье.

Изобретение относится к бесконтактной диагностике металлических труб в процессе эксплуатации. Сущность: способ включает определение места и глубины залегания трубопровода на исследуемом участке, установку вдоль оси трубопровода, по крайней мере, двух идентичных датчиков для измерения напряженности (тангенциальной составляющей) магнитного поля, синхронную запись изменения напряженности магнитного поля, вызванного блуждающими токами, сравнительную обработку информации от всех датчиков и диагностическое заключение.

Изобретение относится к внутритрубной дефектоскопии и может быть использовано для обнаружения отверстий в трубопроводах. Сущность: инструмент содержит соединенные между собой блок питания (1), позиционирующий и управляющий блок (2) и блок магнитных датчиков (3).

Изобретение относится к способам бесконтактной внетрубной диагностики стальных нефтяных труб, применяемых при транспортировке нефти трубопроводным способом, в том числе малого и среднего диаметра (100-500 мм), а также при дефектоскопии стальных и чугунных металлоконструкций.

Предлагаемое техническое решение относится к способам бесконтактной внетрубной диагностики стальных нефтяных труб, применяемых при транспортировке нефти трубопроводным способом, в том числе, малого и среднего диаметра (100-500 мм), а также при дефектоскопии стальных и чугунных металлоконструкций.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля технического состояния колесной пары железнодорожного транспорта при его движении по рельсовому пути.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе контролируемый объект намагничивают постоянным магнитным полем, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя на контролируемом участке вихревые токи, регистрируют вносимое в вихретоковый преобразователь напряжение U _ в н и по нему судят о наличии дефектов, и согласно изобретению путем изменения параметра Р, регулирующего воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект, плавно изменяют напряженность Н постоянного магнитного поля от минимальной величины до максимальной, регистрируют максимум Uмax амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и величину соответствующего ему значения параметра Р, а параметры дефекта оценивают по совокупности значений Uмах и Р.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества стальных канатов. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности средствам бесконтактной диагностики, представляет собой устройство для диагностики технического состояния металлических трубопроводов и может быть использовано при дефектоскопическом контроле состояния, например напряженно-деформированного состояния металла трубопровода, нарушения целостности трубопровода и изоляционного покрытия и т.п., подводных и/или подземных нефте- и газопроводов и других металлических трубопроводов. Устройство содержит, по меньшей мере, два трехкомпонентных датчика индукции магнитного поля, расположенных на разных уровнях по высоте относительно трубопровода, первый и второй усилители, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), устройство определения разности значений индукции магнитного поля по осям X, Y, Z, контроллер, блок памяти и устройство отображения информации. Дополнительно устройство содержит блок определения величины и направления полного вектора индукции магнитного поля, измеряемой первым трехкомпонентным датчиком, блок определения величины и направления полного вектора индукции магнитного поля, измеряемой вторым трехкомпонентным датчиком, и блок определения разности и угла между полными векторами индукции магнитного поля, измеряемой первым и вторым трехкомпонентными датчиками. Обеспечивается возможность установить полную и достоверную картину флуктуации магнитного поля, включая их величину и форму. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для наружного неразрушающего контроля стенок труб (обнаружение дефектов, потери металла и растрескиваний в стенках труб) непосредственно во время проведения ремонтных работ, замены изоляции труб трубопроводов, транспортирующих природный и промышленный газы, нефть и нефтепродукты. Сущность изобретения заключается в том, что дефектоскоп наружного неразрушающего контроля содержит магнитную поисковую систему, в которую входит подпружиненный блок преобразователей с измеряющими датчиками, которые измеряют магнитное поле рассеяния над поверхностью исследуемого объекта, блок намагничивания, блок электроники и транспортирующие элементы. Кроме того, магнитная поисковая система имеет устройство блокирования магнитного поля, что позволяет без затруднения снять дефектоскоп с исследуемого объекта после окончания работ. В блок преобразователей включены двухкоординатные энкодеры, которые конструктивно изготовлены единым узлом с блоком преобразователей и подпружиненной подвеской. Двухкоординатные энкодеры предназначены для преобразования линейного или углового перемещения и являются упорами для блока преобразователей, а пружины подвески обеспечивают постоянное поджатие двухкоординатных энкодеров к исследуемой поверхности. Транспортирующие элементы выполнены в виде шаровых опор, которые конструктивно входят в блок преобразователей и способны передвигаться по обеим координатам исследуемой поверхности объекта одинаково. Технический результат - упрощение процесса переориентации дефектоскопа на продольное или поперечное его перемещение по исследуемой поверхности объекта. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для вихретоковой дефектоскопии и может быть использовано для выявления и определения параметров подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах. Устройство содержит источник постоянного магнитного поля, линейку вихретоковых преобразователей между его полюсами, параллельную полюсам, и узел регулировки напряженности намагничивающего постоянного магнитного поля. Узел регулировки выполнен в виде рамы и подрамника, соединенных с возможностью поворота относительно оси вращения, направленной вдоль одной из сторон рамы и перпендикулярной линейке преобразователей, а также фиксатора подрамника относительно рамы с заданным углом между их плоскостями. Система обеспечивает создание постоянного магнитного поля, монотонно изменяющегося вдоль линейки преобразователей. Технический результат изобретения - повышение чувствительности и информативности контроля. 4 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для магнитной дефектоскопии как плоских изделий, так и изделий сложной формы (шестерни, болты, ступенчатые и коленчатые валы, галтельные переходы и др.). Технический результат - повышение селективной чувствительности к дефектам сплошности и расширение области применения. Способ магнитной дефектоскопии заключается в том, что намагничивают контролируемый объект, устанавливают индукционный преобразователь над его поверхностью, ориентируя ось витков индукционного преобразователя параллельно поверхности контролируемого объекта, перемещают индукционный преобразователь относительно поверхности контролируемого объекта и по выходному напряжению индукционного преобразователя судят о наличии и параметрах дефектов сплошности, при этом в процессе сканирования создают виброперемещение индукционного преобразователя вдоль оси его витков в направлении перемещения, выделяют из выходного напряжения индукционного преобразователя гармоническую составляющую с частотой, равной удвоенной частоте виброперемещения, регистрируют ее максимальную величину и по ней судят о местоположении и параметрах дефекта. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предложенный комплекс внутритрубной дефектоскопии с тросовой протяжкой относится к средствам для проверки технического состояния коротких прямолинейных или изгибных отрезков трубопровода. Данный комплекс содержит внутритрубный магнитный дефектоскоп, первую и вторую лебедку, вытяжной трос, силовой трос, кроулер, компьютер, подвижный маркирующий модуль с краскопультом, радиопередающее устройство, радиоприемное устройство, направляющий трос, первый и второй держатель направляющего троса, промежуточный держатель направляющего троса, идентификатор кольцевого шва. Первый держатель направляющего троса установлен на поверхности грунта над трубой около рва над входом в контролируемую трубу, второй держатель направляющего троса установлен на поверхности грунта над трубой около рва над выходом из контролируемой трубы, а направляющий трос укреплен одним концом к первому держателю направляющего троса, вторым концом - ко второму держателю направляющего троса, а на повороте трубы в горизонтальной плоскости направляющий трос крепится к промежуточному держателю направляющего троса с помощью эластичных растяжек. Направляющий трос введен в канавки первого и второго направляющих шкивов подвижного маркирующего модуля, магнитный датчик установлен в геометрическом центре тележки подвижного маркирующего модуля, радиопередающее устройство и его антенна установлены в кормовой части внутритрубного снаряда-дефектоскопа, а к входам модулятора радиопередатчика подключен выход идентификатора кольцевого шва, на множественные входы которого подключены выходы магнитных датчиков снаряда дефектоскопа. Данное изобретение обеспечивает повышение точности наземной привязки обнаруженных в трубопроводе дефектов относительно положения известных точек трубки. 5 ил.

Использование: для магнитной дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что магнитная дефектоскопия трубопровода проводится с учетом различных магнитных свойств материалов, связанных с применением при строительстве трубопроводов труб из различных марок стали и влиянием направления намагничивания относительно направления проката листа. Учет различных магнитных свойств материалов возможен с применением в устройстве магнитного дефектоскопа специального датчика, сигнал которого примерно пропорционален относительной дифференциальной проницаемости материала трубы в точке поля намагничивания относительно направления проката листа. Вводится информационный параметр «P», который примерно пропорционален дифференциальной относительной магнитной проницаемости материала, а также амплитуде поля рассеяния дефекта. Информационный параметр «P» используется как поправка к измеренным полям рассеяния в условиях, когда сегменты трубопровода выполнены из материалов с различными магнитными свойствами. Технический результат: уменьшение погрешности определения размеров дефектов трубопровода. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества изделий методом магнитных потоков рассеяния и предназначено, прежде всего, для дефектоскопического контроля канатов из стальной ферромагнитной проволоки и устройству для осуществления способа. Способ контроля технического состояния каната заключается в том, что для обнаружения обрывов проволок одновременно с помощью датчиков Холла и индуктивных катушек осуществляют измерение сигнала по каналу локальных дефектов и по каналу потери сечения каналов, после чего полученные сигналы датчиков обрабатываются совместно с добавлением вблизи обнаруженного обрыва зоны нечувствительности, чтобы исключить таким образом двойной учет одного и того же обрыва, в том числе при наличии смещения сигнала от обрыва по разным каналам. Также предложена конструкция дефектоскопа для осуществления описанного выше способа, которая включает магнитную головку, состоящую из намагничивающей системы в виде двух полуцилиндров и измерительной системы с расположенными в двух плоскостях по окружности датчиками Холла и двумя седлообразными индуктивными катушками, соединенную кабелем с блоком управления и индикации, выполненным с возможностью автоматической обработки и отображения интегрального результата контроля на цветовом индикаторе (красный/желтый/зеленый) и дополнительной информации на алфавитно-цифровом дисплее. Изобретение обеспечивает высокую достоверность определения плотности обрывов проволок и повышение точности диагностики за счет корректного суммирования обрывов, обнаруженных по каналу датчиков Холла и каналу индуктивных катушек. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх