В настоящее время построены и эксплуатируются многие тысячи километров металлических магистральных и распределительных нефтегазопроводов. Надежность и безопасность работы такой сложной разветвленной системы зависит от многих факторов, связанных с состоянием металла трубопроводов. В результате эксплуатации на поверхности трубопроводов появляются микротрещины, связанные с малоцикловыми нагружениями, которые при дальнейшей эксплуатации могут привести к росту трещины и разрыву трубопровода.
Сегодня для решения задач технической диагностики нефтегазопроводов [1] широко используются методы неразрушающего контроля, среди которых наибольшее распространение получили магнитные [2]. Это объясняется возможностью их использования для ранней диагностики, поскольку они позволяют контролировать на практике напряженно–деформированное состояние. Взаимосвязи механических и магнитных свойств металла целесообразно использовать для определения фактического состояния металла оборудования в процессе эксплуатации. Исследованиям данного направления посвящены работы Баширова М.Г., Дубова А.А., Загидуллина Р.В., Максимочкина В.И., Султанова М.Х., Мужицкого В.Ф., Новикова В.Ф., ПрохороваА.В. и др. [3]. В качестве магнитных характеристик используются коэрцитивная сила, остаточная намагниченность, магнитная проницаемость, уровень магнитных шумов, напряженность магнитного поля и др. В работах показано, что по изменениям магнитных параметров можно отслеживать динамику поврежденности материала в условиях эксплуатации. Это говорит о том, что результаты исследований с применением магнитных методов могут быть положены в основу методов оценки остаточного ресурса оборудования.
Для реализации магнитных измерений использовался магнитоизмерительный феррозондовый прибор Ф–205.30А (рис.1), погрешность измерений которого не превышала 5 %. Он предназначен для обнаружения дефектов в намагниченных ферромагнитных деталях, в том числе в сварных конструкциях, а также измерения нормальной (Hn), тангенциальной (Ht) составляющих напряженности постоянного магнитного поля и градиента напряженности постоянного магнитного поля (G) на поверхностях деталей и в свободном пространстве.
С целью установления диагностического параметра, определяющего на ранних стадиях поврежденности металла зоны с максимальной вероятностью разрушения, исследования проводились на металлических образцах по схеме одностороннего нагружения реализованным воздействием малоцикловых нагрузок.
В настоящее время построены и эксплуатируются многие тысячи километров металлических магистральных и распределительных нефтегазопроводов. Надежность и безопасность работы такой сложной разветвленной системы зависит от многих факторов, связанных с состоянием металла трубопроводов. В результате эксплуатации на поверхности трубопроводов появляются микротрещины, связанные с малоцикловыми нагружениями, которые при дальнейшей эксплуатации могут привести к росту трещины и разрыву трубопровода.
Для проведения малоцикловых усталостных испытаний металла применялась установка (рис. 2), которая позволяет нагружать металлические образцы плоского типа по схеме чистого симметричного изгиба. Частота нагружения исключала возможность их саморазогрева, влияющего на результаты исследования.
Измерения магнитных характеристик осуществлялись по длине рабочей зоны образцов от исходного состояния через каждые 500 циклов до полного разрушения.
Установка состоит из привода, блока нагружения образцов и блока регистрации экспериментальных данных. Контроль величины прогиба образца осуществляется с помощью специального устройства.
Взаимосвязи механических и магнитных свойств металла целесообразно использовать для определения фактического состояния металла оборудования в процессе эксплуатации.
В ходе экспериментов, проведенных на образцах плоского типа (рис. 3 и 4), была получена зависимость Hn = f (Ni/Nр), закономерность изменения которой носит циклический характер. В связи со сложностью оценки [4] влияния малоциклового нагружения на результаты изменения магнитных характеристик металла были введены относительные параметры. На рис. 5 представлена зависимость степени изменения напряженности магнитного поля Hni/Hрпр. (отношение нормальной составляющей напряженности магнитного поля i-го цикла нагружения к той же магнитной характеристике при разрушении) по длине рабочей зоны образца при накоплении усталостных повреждений.С целью установления диагностического параметра, определяющего на ранних стадиях поврежденности металла зоны с максимальной вероятностью разрушения, исследования проводились на металлических образцах по схеме одностороннего нагружения реализованным воздействием малоцикловых нагрузок.
Из графика видно, что в течение всего периода нагружения образцов в зоне их разрушения наблюдаются экстремумы значений магнитных характеристик. Это означает, что в материале с самого начала деформирования проявляется зона разрушения, причем, если в исходном состоянии потенциально возможных областей разрушения несколько, то уже после начала нагружения и до полного разрушения образца остается одна. Полученные результаты также подтвердились на образцах с различной толщиной. Установлено, что при накоплении усталостных повреждений в стали 09Г2С в зоне разрушения максимальное значение Hni/Hnр. составляет (3÷ 4)± 0,5. Однако применение данного параметра на реальной конструкции не представляется возможным, поэтому для количественной оценки изменения магнитного состояния металла оборудования в процессе эксплуатации в данной работе предложено использовать параметр относительной напряженности магнитного поля Hni/Hnисх (отношение нормальных составляющих напряженности магнитного поля i-го циклов нагружения и исходного значений). в течение всего периода нагружения образцов в зоне их разрушения наблюдаются экстремумы значений магнитных характеристик. Это означает, что в материале с самого начала деформирования проявляется зона разрушения, причем, если в исходном состоянии потенциально возможных областей разрушения несколько, то уже после начала нагружения и до полного разрушения образца остается одна. Полученные результаты также подтвердились на образцах с различной толщиной.
