КОЭРЦИТИВНАЯ СИЛА

УДК 621.8

григоров О. В., д.т.н., проф. НТУ "ХПІ"; 

Губський С.О., ст. викладач  НТУ "ХПІ";

Окунь А. О., асистент  НТУ "ХПІ".

ВРАХУВАННЯ ВПЛИВУ ТОВЩИНИ МЕТАЛУ НА ПОКАЗникИ КОЕРЦИТИВНОЇ СИЛИ

У статті порівнюються існуючі методи вирішення проблеми заниження показників коерцитивної сили, отриманих за допомогою структуроскопа типу КРМ-ЦК-2М, при збільшенні товщини елементів контрольованої металоконструкції. Зроблені висновки на основі проведених досліджень і намічені подальші напрями досліджень

Постановка проблеми. Промисловість України переживає зараз не кращі часи. Через скрутне економічне становище, коли промислові підприємства змушені боротися за виживання, оновлення парку вантажопідйомних машин (ВПМ) відбувається повільно, або і зовсім не відбувається. Тому ситуація щодо кранового парку складна. З кожним роком вона погіршується (рисунок 1). За останніми даними [1] 84 % вантажопідйомних кранів відпрацювали свій нормативний строк.

Рис. 1 – Графік зміни кількості вантажопідйомних кранів, які відпрацювали свій нормативний строк та прогноз (екстраполяція) до 2014 р.

Через ці обставини актуальним завданням є визначення реального стану металу вантажопідйомних кранів для подальшого прогнозування строку безпечної експлуатації. Одним із інструментів визначення властивостей металу є методи неруйнівного контролю (НК). Значного поширення отримав магніто-коерцитивний метод НК.

Аналіз останніх досліджень. В Україні нормативна база для використання магніто-коерцитивного методу НК досить обмежена та недосконала. У 2005 році були затверджені «Методичні вказівки з проведення магнітного контролю напружено-деформованого стану металоконструкцій підйомних споруд та визначення їх залишкового ресурсу» МВ 0.00-7.01-05 [2]. Вони базуються на російській методиці «РД ИКЦ «КРАН»-007-97/02» [3]. Про дозвіл використання Методичних вказівок при експертному обстеженні мостових кранів указано в ОМД 00120253.001-2005 [4].

Дослідженням магнітного контролю на основі коерцитивної сили металоконструкцій (МК) вантажопідйомних споруд присвячені роботи Котельникова В. С., Григорова О. В., Попова В. А., Попова Б. Є., Ліпатова А. С., Левіна Є. А. [3, 4, 7, 8, 9].

Невирішені частини загальної проблеми. Якщо в приставному магнітному ланцюзі збільшувати величину струму, що намагнічує (I_нc, А) зразок металу товщиною δ (мм), то поступово буде досягнуто індукцію насичення (В_н, Гн) при певному значені товщини контрольованого елемента δ = δ_м  (мм). Подальше збільшення I_нc не призведе до збільшення індукції. Тобто буде досягнуто мінімальну товщину промагнічування однорідного за структурою масивного тіла. І подальше збільшення товщини однорідного за структурою контрольованого об’єкта ( δ › δ_м ) не впливатиме на показання коерцитиметра. Щоб змінити глибину проникнення магнітного потоку в контрольований метал, необхідно змінити геометричні розміри приставного електромагніта [10]. δ = δ_м  – величина мінімальної товщини промагнічування однорідного за структурою масивного тіла розраховується за формулою  

де S_е (мм) – площа перерізів полюсів приставного електромагніта.

Отже, при контролі елементів металоконструкції з одного металу, але з різними товщинами будемо отримувати поступове заниження показників коерцитивної сили зі збільшенням товщини металу [6] до певної величини δ_м . Що, в свою чергу, призведе до значної похибки при аналізі результатів магніто-коерцитивного методу НК металоконструкції крана з різними товщинами елементів.

Більше того, всі номограми, що приведені в [2, 3], виводилися для металу товщиною 8–12 мм. Тому подальше використання цих номограм на товщинах більше 10–12 мм призведе до значної похибки в кінцевих результатах.

Мета статті. Порівняти існуючі методи вирішення проблеми заниження показань коерцитивної сили, заміряних структуроскопом типу КРМ-ЦК-2М, при збільшенні товщини елементів контрольованої металоконструкції.

Основний матеріал. У МВ 0.00-7.01-05 [2] пропонується значення коерцитивної сили в стані постачання (Н_С⁰, А/см) та значення коерцитивної сили, що відповідають критичному режиму експлуатації (Н_С^крит., А/см). Вони розраховуються за формулою (2):

де Н_{С(табл.)}, А/см – коерцитивна сила отримана на об’єкті контролю;

h, мм – товщина стінки контрольованого об’єкта;

k – коефіцієнт, що залежить від величини коерцитивної сили отриманої на об’єкті контролю. Вибирається з таблиці 1:

Таблиця 1 – Залежність коефіцієнта k, від величини коерцитивної сили отриманої на об’єкті контролю

Використання перерахунку запропонованого в МВ 0.00-7.01-05 [2] на практиці, викликає декілька запитань, які будуть розглянуті в цій роботі.

Використовувати формулу 2 пропонують для всіх кранових сталей: від Ст3 (з порівняно малими значеннями Н_Сº = 1,7 А/см) до сталі 10ХСНД (з порівняно великими значеннями Н_Сº = 4,0 А/см). При цьому, значення коефіцієнта k не змінюється. Але ж, магнітні параметри (коерцитивна сила) різних сталей відрізняються. Тому, такий алгоритм перерахунку може привести до значних похибок при оцінці стану металу контрольованої конструкції за параметром коерцитивна сила.

Практика використання перерахунку з використанням формули 2 показує, що правильніше було давати залежність Н_С(k) не в формі таблиці, а в формі інтерполяції у графік залежності коефіцієнта k від величини коерцитивної сили отриманої на об’єкті контролю (рисунок 2). В результаті чого, точність перерахунку значно збільшиться. Наприклад, на зразку зі сталі 09Г2С товщиною 16 мм заміряна коерцитивна сила склала Н_{С(табл.)} = 6,0 А/см. Після перерахунку по формулі (2):

– коефіцієнт k = 0,1 брався з таблиці 1, Н_С(нов.) = 7,7 А/см

– коефіцієнт k = 0,14 брався з рисунку 2, Н_С(нов.) = 8,56 А/см.

Різниця в перерахунку більше 10 %, що досить суттєво.

Рис. 2 – Залежність коефіцієнта k від величини коерцитивної сили отриманої на об’єкті контролю

Важливою характеристикою метала є бал зерна. Збільшення його розміру супроводжується зниженням границі текучості (σ_0,2, МПа), а також коерцитивної сили (Н_С, А/см) [10]. Щоправда 

Н_С   ~ 1 / d, σ_0,2 ~ 1 /  √ d 

де d – розмір зерна.

Продолжение http://koercitiv.ucoz.ru/index/vrakhuvannja_tovshhini_metalu_2/0-28