WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Нс,А/см Нс, А/см U, м В Нс, А/см 3 3 2 2 1 1, МПа 0 100 200 300 400 500, МПа 0 1 5 0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 7 5 Рисунок 1 - Зависимость Рисунок 2 - Зависимость величины коэрцитивной силы магнитной анизотропии металла от напряжения от механического в образцах трубной напряжения в образцах стали 17ГС трубной стали 17ГС Н мТл U, мВ, мТл H r, r 3,2,2,1,0 100 200 300, МПа, МПа 0 150 300 450 Рисунок 3 - Зависимость напряженно- Рисунок 4 - Зависимость величины сти поля остаточной магнитного шума от намагниченности величины напряжения от напряжения в образцах в образцах трубной трубной стали 17ГС стали 17ГС Оценка величины механического напряжения металла нефтепродуктопровода на основе отдельных магнитных параметров (на основе эмпирических зависимостей, приведенных на рисунках 1- 4) имеет существенную относительную погрешность. Например, при определении величины напряжения металла на основе измеренной с инструментальной погрешностью величины коэрцитивной силы относительная погрешность оценки механического напряжения металла находится в пределах от 23 до 37 %.

При этом, как показали результаты обработки экспериментальных данных, невозможно обеспечить достоверность контроля из-за неоднозначности определения области деформации на основе измеренных значений (с инструментальной погрешностью) магнитных шумов или магнитной анизотропии металла. Для них относительная погрешность достигает 35 % и выше в упругой области деформации металла.

Исследование количества информации I(Х) (в экспоненциальных единицах) о напряженном состоянии металла методами теории информации показало, что увеличение количества измеряемых диагностических параметров N неаддитивно увеличивает количество полезной информации о НДС металла трубы (рисунок 5).

I(X ),э.е.

2, = 10 % e= 10 % 1, 10% 20% 20% 0, N 01 23 Рисунок 5 - Зависимость количества информации о НДС металла от количества магнитных параметров ( – погрешность измерения магнитных параметров) Показано, что увеличение количества информации о НДС металла трубопровода происходит при увеличении количества измеренных диагностических параметров от 1 до 3, далее рост их количества приводит к существенно меньшему росту количества информации о механическом напряжении металла, то есть было установлено, что использование более трех диагностических параметров для оценки НДС элементов конструкции нефтепродуктопроводов является нецелесообразным.

Предложен многопараметровый метод контроля НДС металла трубопровода, где принято значение НДС указывать точкой в признаковом пространстве с координатами Х1, Х2, Х3 (где Х1, Х2, Х3 – значения измеренных магнитных параметров металла. Например, Х1 – величина коэрцитивной силы металла Нс, Х2 – величина магнитного шума металла U, Х3 – напряженность поля остаточной намагниченности металла Hr ).

Механическое напряжение металла трубопровода определяется на основе сравнения измеренных магнитных параметров с признаками обучающей выборки для данной марки стали путем измерения расстояния от экспериментально полученной точки с координатами Х1, Х2, Х3 до точки расположения каждого объекта обучающей выборки. Состояние объекта обучающей выборки, которая имеет наименьшее расстояние от измеренной точки, будет соответствовать НДС металла трубопровода:

= i, если L (, i) = min j L (, i), (2) где i j = 1, 2, …, m, m – количество дискретных напряженных состояний металла, - значение механического напряжения участка трубопровода, i – напряжение i - ого состояния металла трубопровода, L – расстояние между точками в признаковом пространстве.

Расстояние между объектами в признаковом пространстве определяется по следующей формуле в метрике Эвклида:

N L = X - X, (3) ij ik jk k = где Lij - расстояние между i-ым и j-ым объектами в признаковом пространстве, Xik, Xjk - признаки классификации i-ого и j-ого напряженнодеформированного состояния металла (значения магнитных параметров металла) соответственно.

Однако из-за существенного различия абсолютных величин магнитных параметров металла в формуле (3) магнитные параметры с большими значениями подавляют магнитные параметры с малыми значениями, что приводит к снижению достоверности оценки НДС металла трубопровода.

В связи с этим расстояние между объектами в признаковом про- странстве измерялось в метрике Камберра, в которой исключен эффект подавления магнитных параметров с малыми значениями:

X - X N ik jk L =. (4) ij X + X k = ik jk На основе численных расчетов с использованием формулы (4) установлено, что относительная погрешность измерений магнитного параметра, характеризующего механическое напряжение металла в области упругой деформации, составляет в среднем 35 % для коэрцитивной силы и магнитного шума металла и не более 14 % для поля остаточной намагниченности (с учетом инструментальной погрешности измерения). Эти данные согласуются с экспериментальными данными лабораторных и стендовых испытаний приборов контроля НДС стальных трубопроводов по магнитным диагностическим параметрам.

При использовании совокупности двух магнитных параметров (например Х1Х2, Х2Х3 или Х1Х3), наряду с повышением точности оценки НДС металла трубопровода, также исключается неоднозначность интерпретации измеренных значений магнитных шумов металла.

На основе результатов исследований установлено, что относительная погрешность оценки величины механического напряжения металла, определенная по величинам коэрцитивной силы Нс и магнитных шумов U, составляет около 20 % (за исключением начальной части кривой механического нагружения металла) и не превышает 15 % при совместном использовании коэрцитивной силы Нс и напряженности поля остаточной намагниченности металла Нr.

Наиболее точные результаты контроля НДС металла трубопровода получаются при совместном использовании таких магнитных параметров как коэрцитивная сила Нс и напряженность поля остаточной намагниченности Нr, а также величины магнитных шумов металла U и напряженности поля остаточной намагниченности Нr, которые наименее коррелированы между собой. В таблице 1 (столбцы 2, 3, 4) приведены относительные погрешности оценки механического напряжения металла при попарном использовании магнитных параметров.

Таблица 1 - Относительная погрешность оценки механического напряжения металла при совместном использовании магнитных параметров, МПа (Нс, U), % (Нс, Hr), % (U, Hr), % (Нс,U, Hr), % 0 - - 0 50 35,0 - 9,1 - 8,8 - 4,150 13,0 - 2,3 - 2,3 - 1,200 7,9 - 2,6 - 2,56 - 1,300 - 8,7 - 2,3 - 2,1 - 1,400 - 9,0 - 2,5 - 2,2 - 0,При использовании совокупности трех магнитных параметров (измеренных с инструментальной погрешностью) происходит существенное снижение относительной погрешности оценки НДС металла, которая не превышает 5 %, что показано в таблице 1. По сравнению с данными, полученными для двух совместных магнитных параметров металла, относительная погрешность оценки механического напряжения металла уменьшилась почти в два раза (в таблице 1 параметр (Нс,U,Hr) означает относительную погрешность оценки механического напряжения металла при совместном использовании трех магнитных параметров).

При трехкратном увеличении относительной погрешности измерения величины магнитных параметров металла относительная погрешность оценки величины механического напряжения, определенная на основе совокупности трех измеренных магнитных параметров, не превышает 12 % (рисунок 6), что указывает на значительную устойчивость внешним возмущениям получаемых значений НДС металла нефтепродуктопровода с использованием многопараметрового метода.

Рисунок 6 - Зависимость погрешности оценки механического напряжения металла от погрешности измерения магнитных параметров Разработана структурная схема измерительно-диагностического комплекса, реализующего многопараметровый метод оценки НДС элементов конструкции трубопровода. В состав комплекса включены следующие технические средства магнитного контроля: магнитошумовой прибор «ПИОН-01» (или прибор ИНИ-1Ц для измерения магнитной анизотропии металла), магнитный структуроскоп типа КРМ-Ц для измерения коэрцитивной силы металла и прибор, реализующий метод измерения напряженности поля остаточной намагниченности (магнитометр дефектоскопический типа МФ-23ИМ или МХ-10). В техническом исполнении измерительно-диагностический комплекс для оценки НДС металла элементов конструкции трубопровода представляет собой единый переносной модуль с автономным питанием. В состав измерительно-диагностического комплекса входит персональная микроЭВМ со специальным программным обеспечением, позволяющая оперативно проанализировать измеренные магнитные параметры металла трубопровода, определить область деформации (упругая или упругопластическая), оценить НДС и запас работоспособности контролируемого участка трубопровода на текущий момент времени.

В третьей главе рассматриваются результаты лабораторных и стендовых испытаний нового измерительно-диагностического комплекса для контроля напряженно-деформированного состояния элементов конструкций трубопровода на специально изготовленных контрольных образцах из трубных сталей, а также приведены результаты исследования напряженнодеформированного состояния кольцевого сварного шва трубопровода, выполненного электродуговой сваркой.

Образцы для контроля НДС металла трубопровода представляли собой отрезки труб из стали 17Г1С. На внешней поверхности трубы была сделана наплавка металла путем электродуговой сварки с применением электрода типа Э-09Х1МФ марки ТМЛ-3. Образцы труб отличались различным напряженно-деформированным состоянием металла, которое создавалось при различных режимах наплавки металла на образец трубы с последующей вибрационной обработкой зон наплавки металла (рисунок 7).

Исследования на образцах труб показывают существенное влияние остаточной намагниченности металла на величину магнитных шумов.

Вследствие этого оценка НДС металла трубы получается сильно заниженной (на 30…50 % меньше истинного значения). Для исключения этого фактора рекомендуется последовательность операций по измерению величины напряжения металла трубы, при которой измерение величины магнитных шумов металла следует проводить до появления магнитного пятна, образующегося после контроля поверхности металла трубы магнитным структуроскопом, и после измерения поля остаточной намагниченности.

а – труба, б – область наплавки металла Рисунок 7 – Точки контроля НДС поверхности трубы с наплавкой металла Нс, А/см Нr, мТл Нс, А/см Нr, мТл 2,№6 №№№1,№№№№0,0 2 4 6 № точки № точки 0 2 4 6 Рисунок 8 - Изменение Рисунок 9 - Изменение поля коэрцитивной силы остаточной намагниченнов контрольных точках сти в контрольных точках образца трубы образца трубы По величине коэрцитивной силы металла трубы, измеренной магнитным структуроскопом КРМ-Ц в зонах концентрации напряжений металла, и по величине напряженности поля остаточной намагниченности, измеренной магнитометром МХ-10, установлены величины НДС металла образцов труб. Показания приборов КРМ-Ц и МХ-10 полностью согласуются между собой (рисунки 8, 9). Неоднозначность зависимости величины магнитных шумов металла от величины напряжения проявляется в том, что наибольшие показания магнитошумового прибора «ПИОН-01» соответствуют контрольным точкам на образцах труб, где, по показаниям предыдущих магнитных приборов контроля, не существуют места концентрации механических напряжений в металле.

В контрольных точках 6, 7, находящихся в области пластической деформации металла, показания магнитошумового прибора «ПИОН–01» имеют наименьшие значения, при этом такие же значения соответствуют контрольным точкам 1, 2, которые находятся в области упругой деформации металла. Измерения магнитных шумов с помощью магнитошумового прибора «ПИОН-01» на образцах труб показали, что по ним нельзя однозначно определить действительное напряженно-деформированное состояние металла трубы.

При совместном анализе показаний магнитошумового прибора «ПИОН-01» или магнитометра МХ-10 в составе измерительнодиагностического комплекса неоднозначность в интерпретации показаний магнитошумового прибора устраняется. В этом случае наибольшие значения показаний магнитошумового прибора «ПИОН-01» соответствуют области упругой деформации металла, а меньшие значения в точках 1, 2 и 6, 7 – области упругопластической деформации металла образцов труб.

Для исследования напряженного состояния сварного шва и околошовной зоны трубопровода были использованы контрольные образцы труб из стали 09Г2С с кольцевым электросварным швом. На основе результатов радиографического контроля с помощью портативного рентгеновского аппарата «Сарма-01» было установлено, что в сварных швах контрольных образцов имелись внутренние дефекты в виде скопления пор и шлаковых включений.

Была также проведена толщинометрия сварных швов с помощью электромагнитно-акустического толщиномера ЭМАТ-100, позволяющего измерить толщину металла при неровностях поверхности высотой до 2 мм.

В случае контроля НДС сварного шва трубы для снижения погрешности измерений из-за неровностей поверхности было решено использовать адаптируемые наконечники преобразователя магнитного структуроскопа. Они были изготовлены на основе пластичной массы с определенной концентрацией ферромагнитных частиц для снижения магнитного сопротивления воздушного зазора между преобразователем и поверхностью сварного шва трубы. Оптимальная плотность ферромагнитных частиц в липкой мастике определялась на основе экспериментальных исследований влияния воздушного зазора.

Результаты исследований магнитных параметров металла контрольных образцов показали, что концентраторы механических напряжений, возникшие в корне сварного шва (из-за наличия дефектов сплошности, изза остывания сварного шва с высоким градиентом температуры и т.п.), оказывают значительное влияние и на металл околошовной области трубы, поэтому их можно обнаружить также по магнитным измерениям в околошовной области трубы (рисунки 10-12).

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.