zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-8-49-57zldm-1261Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSЭлектромагнитные и магнитные методы неразрушающего контроля для контроля накопления поврежденности в конструкционных сталях и сплавах (обзор)Electromagnetic and magnetic methods of non-destructive testing for control of damage accumulation in structural steels and alloys (review)ЕфимовА. Г.EfimovA. G.

Алексей Геннадьевич Ефимов

19048, Москва, ул. Усачева, д. 35, стр. 1

Alexey G. Efimov

35, str. 1, Usacheva ul., Moscow, 119048

grazier@mail.ruЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР»РоссияJSC RII «SPECTRUM»Russian Federation2020140820208684957Copyright © Ефимов А.Г., 20202020Ефимов А.Г.Efimov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1261

Контроль напряженно-деформированного состояния, действующих напряжений, накопленной усталостной поврежденности — одна из задач неразрушающего контроля. В данном обзоре рассмотрены современные исследования в области вихретокового и электромагнитного методов, направленные на решение задачи контроля накопленной поврежденности в конструкционных сталях и сплавах. Отмечены разработки для практической реализации метода коэрцитивной силы, вихретоковой структуроскопии немагнитных материалов, метода высших гармоник, метода контроля по остаточной намагниченности, метода магнитных шумов (шумов Баркгаузена). Рассмотрены физические основы методов неразрушающего контроля, проведен их краткий сравнительный анализ. Приведены примеры контроля изделий ответственного назначения, таких как действующие нефте- и газопроводы, авиационные детали, детали подшипников, сосуды под давлением, детали кранового хозяйства и др. Исследована возможность применения вихретокового метода для контроля аустенитной фазы холоднокатаных аустенитных сталей (AISI 304, AISI 321, AISI 316). Показаны примеры статических и усталостных испытаний образцов из различных сталей и сплавов: Ст3, Ст20, Ст45, Д16Т, АМг6, АМг6Н, 12Х18Н9Т, 08Х18Н9, 40Х, Р91. Рассмотрены вопросы метрологии, отмечены мешающие параметры, влияющие на погрешность измерения. Для ряда методов продемонстрированы примеры используемой аппаратуры. Сделаны выводы о границах применимости указанных методов и существующих ограничениях. В обзорной статье приведены ссылки как на основополагающие труды в области электромагнитной структуроскопии, так и на современные исследования в данной области, имеющие значение для практического внедрения приборов, основанных на электромагнитном и магнитном методах неразрушающего контроля.

Control of the stress-strain state, compressive and tension stresses, accumulated fatigue damage is one of the goals of non-destructive testing. We consider data of current research in the field of eddy current and electromagnetic methods of non-destructive testing aimed at solving the problem of monitoring the accumulated damage in structural steels and alloys. Developments for practical implementation of the coercive force method, the eddy current structurescopy of non-magnetic materials, the method of higher harmonics and remanence-based control, the method of magnetic noise (Barkhausen noise) are considered. The physical foundations of non-destructive testing methods are considered along with their brief comparative analysis. Examples of non-destructive testing of critical units, such as operating oil and gas pipelines, aircraft parts, bearing parts, pressure vessels, crane parts, etc. are given. The possibility of using the eddy current method for control of the austenitic phase of cold rolled austenitic steels (AISI 304, AISI 321, AISI 316) is analyzed. The examples of static and fatigue tests of the samples of various steels and alloys are given: St3, St20, St45, D16T, AMg6, AMg6N, 12Kh18N9T, 08Kh18N9, 40Kh, R91. Metrology issues and the impact of interfering parameters affecting the measurement error are considered. The equipment used for a number of methods is discussed. Conclusions regarding the limits of applicability and limitations of the considered methods are drawn. The review provides links to both the fundamental works in the field of electromagnetic structurescopy and to modern research in this area which is important for the practical implementation of the devices based on electromagnetic and magnetic methods of non-destructive testing.

напряженно-деформированное состояниепластичностьразрушениенакопление повреждениймалоцикловая усталостьдолговечностьресурснеразрушающий контрольэлектромагнитный контрольмагнитный контрольstress-strain stateductilityfracturedamage accumulationlow-cycle fatiguedurabilityresourcenon-destructive testingelectromagnetic controlmagnetic controlРабота выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 19-19-00674.ReferencesДорофеев А. Л., Ершов Р. Е. Физические основы электромагнитной структуроскопии. — Новосибирск: Наука, 1985. — 172 с.Dorofeev A. L., Ershov R. E. Physical Basis of Electromagnetic Structuroscopy. — Novosibirsk: Nauka, 1985. — 172 p. [in Russian].Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. — М.: Наука, 1993. — 252 с.Mikheev M. N., Gorkunov E. S. Magnetic Methods of Structural Analysis and Non-destructive Testing. — Moscow: Nauka, 1993. — 252 p. [in Russian].Бида Г. В. Магнитные свойства термоупрочненных сталей и неразрушающий контроль их качества. — М.: Маршрут, 2006. — 304 с.Bida G. V. Magnetic Properties and and Non-destructive Testing of Thermal Hardened Steel. — Moscow: Marshrut, 2006. — 304 p. [in Russian].Ничипурук А. П. Модель магнитного гистерезиса и ее применение в магнитной структуроскопии конструкционных сталей: дис. ... докт. техн. наук. — Екатеринбург, 2007. — 262 с.Nichipuruk A. P. Magnetic Hysteresis Model and its Application in the Magnetic Structuretroscopy of Structural Steels. Doctoral Thesis. — Yekaterinburg, 2007. — 262 p. [in Russian].Клюев В. В., Мужицкий В. Ф., Горкунов Э. С., Щербинин В. Е. Неразрушающий контроль: Справочник / Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 6. Магнитные методы контроля. — М.: Машиностроение, 2006. — 827 с.Klyuev V. V., Muzhitsky V. F., Gorkunov E. S., Shcherbinin V. E. Non-destructive testing. Handbook / V. V. Klyuev (general editor). Vol. 6. Magnetic control methods. — Moscow: Mashinostroenie, 2006. — 827 p. [in Russian].Покровский А. Д., Хвалебнов Ю. П. Метод высших гармоник в электромагнитной дефектоскопии. — М.: Машиностроение, 1980. — 55 с.Pokrovsky A. D., Khvalebnov Yu. P. The method of higher harmonics in electromagnetic defectoscopy. — Moscow: Mashinostroenie, 1980. — 55 p. [in Russian].Тютин М. Р., Ботвина Л. Р., Левин В. П., Ефимов А. Г. и др. Исследование механических свойств конструкционных сталей акустическими и магнитными методами / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 7. С. 44 – 48.Tyutin M. R., Botvina L. R., Levin V. P., Efimov A. G., et al. Evaluation of Cyclic Damage of Structural Steels by Acoustic and Magnetic NDT Methods / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2017. Vol. 83. N 7. P. 44 – 48 [in Russian].Соковец К. А. Магнитный контроль параметров ферромагнитных объектов методом высших гармоник: магистерская диссертация. — Томск: ТПУ, ИШНКБ, 2018. — 92 с.Sokovets K. A. Magnetic Control of Ferromagnetic Objects Parameters by Higher Harmonics Method. Master’s Thesis. — Tomsk: TPU, ISHNKB, 2018. — 92 p. [in Russian].Кошельников В. С., Покровский А. Д. Исследование сигналов вихретокового преобразователя при контроле методом высших гармоник / Вестник МЭИ. 2016. № 3. С. 50 – 53.Koshel’nikov V. S., Pokrovskii A. D. Study of Eddy Current Probe Signals During Control by Higher Harmonics Method / Vestn. MÉI. 2016. N 3. P. 50 – 53 [in Russian].Зайвенко Г. М., Зайцев А. М., Куракин Г. М. Применение метода высших гармоник для оценки работоспособности деталей подшипников качения / Неразрушающий контроль электромагнитными методами. Материалы конференции. Сб. 1. — М.: МДНТП, 1971. С. 79 – 84.Zaivenko G. M., Zaitsev A. M., Kurakin G. M. The Application of the Method of Higher Harmonics to Assess the Performance of Parts of Rolling Bearings / Non-destructive Testing by Electromagnetic Methods. Chapter I. — Moscow: MDNTP, 1971. P. 79 – 84 [in Russian].Бакунов А. С., Мужицкий В. Ф., Попов Б. Е. Контроль механических свойств алюминиевых сплавов электромагнитным методом / Дефектоскопия. 1995. № 3. С. 61 – 67.Bakunov A. S., Muzhitskii V. F., Popov B. E. The Control of the Mechanical Properties of Aluminum Alloys by the Electromagnetic Method / Defectoscopiya. — 1995. N 3. P. 61 – 67 [in Russian].Хайлов А. Н., Пенькова Т. Н., Бакунов А. С., Мужицкий В. Ф. и др. Неразрушающий контроль механических характеристик алюминиевых сплавов по удельной электрической проводимости / Дефектоскопия. 2006. № 7. С. 3 – 14.Khailov A. N., Pen’kova T. N., Bakunov A. S., Muzhitskii V. F., et al. Non-destructive Testing of the Mechanical Characteristics of Aluminum Alloys by Electrical Conductivity / Defectoskopiya. 2006. N 7. P. 3 – 14 [in Russian].Филинов В. В., Резников Ю. А., Вагин А. В., Кузнецов Н. С. Опыт применения метода эффекта Баркгаузена для контроля напряженного состояния деталей из высокопрочной стали / Дефектоскопия. 1992. ¹ 5. С. 17 – 20.Filinov V. V., Reznikov Yu. A., Vagin A. V., Kuznetsov N. S. The Experience of Applying the Barkhausen Effect Method to Control the Stress State of Parts Made of High-strength Steel / Defectoskopiya. 1992. N 5. P. 17 – 20 [in Russian].Mishakin V. V., Klyushnikov V. A., Gonchar A. V., Kachanov M. On assessing damage in austenitic steel based on combination of the acoustic and eddy current monitoring / Int. J. Engin. Sci. 2019. Vol. 135. P. 17 – 22.Mishakin V. V., Klyushnikov V. A., Gonchar A. V., Kachanov M. On assessing damage in austenitic steel based on combination of the acoustic and eddy current monitoring / Int. J. Engin. Sci. 2019. Vol. 135. P. 17 – 22.Гончар А. В., Бизяева О. Н., Клюшников В. А., Мишакин В. В. Исследование ультразвуковым и вихретоковым методами процесса пластического деформирования сварного соединения из аустенитной стали / Дефектоскопия. 2016. ¹ 10. С. 76 – 83.Gonchar A. V., Bizyaeva I. T., Klyushnikov V. A., Mishakin V. V. Ultrasonic and Eddy-current Research of the Process of Plastic Deformation of a Welded Joint Made of Austenitic Steel / Defectoskopiya. 2016. N 10. P. 76 – 83 [in Russian].Khan S. H., Farhad Ali, Iqbal M. A., Khan A. Nusair. Eddy current detection of changes in stainless steel after cold reductions / NDT. Net Journal. 2007. P. 1 – 6.Khan S. H., Farhad Ali, Iqbal M. A., Khan A. Nusair. Eddy current detection of changes in stainless steel after cold reductions / NDT. Net Journal. 2007. P. 1 – 6.Горкунов Э. С., Драгошанский Ю. Н., Маховски М. Эффект Баркгаузена и его использование в структуроскопии ферромагнитных материалов / Дефектоскопия. 1998. № 1. С. 5 – 27.Gorkunov E. S., Dragoshanskii Yu. N., Makhovski M. The Barkhausen Effect and its Implementation in the Structuroscopy of Ferromagnetic Materials / Defectoskopiya. 1998. N 1. P. 5 – 27 [in Russian].Венгринович В. Л., Винтов Д. А. Распределение шумов баркгаузена в зоне концентрации напряжений при усталостных испытаниях стали 10ХСНД / Контроль. Диагностика. 2015. № 8. С. 31 – 38.Vengrinovich V. L., Vintov D. A. Barkhausen Noise Distribution in the Stress Concentration Zone During Fatigue Tests of 10HSND Steel / Kontrol’. Diagnostika. 2015. N 8. P. 31 – 38 [in Russian].Венгринович В. Л., Винтов Д. А., Прудников А. Н., Подугольников П. А. и др. Особенности измерения напряжений в ферромагнетиках методом эффекта Баркгаузена / Контроль. Диагностика. 2017. № 8. С. 10 – 17.Vengrinovich V. L., Vintov D. A., Prudnikov A. N., Podugol’nikov P. A. Features of Measuring Stresses in Ferromagnets by the Barkhausen Effect Method / Kontrol’. Diagnostika. 2017. N 8. P. 10 – 17 [in Russian].Гарифуллин Н. М. Система дистанционного контроля напряженно-деформированного состояния трубопроводов на базе электромагнитного метода / Вестник башкирского университета. 2017. Т. 22. № 2. С. 336 – 339.Garifullin N. M. Remote the Stress-strain State Pipelines Control System Based on the Electromagnetic Method / Vestn. Bashkir. Univ. 2017. Vol. 22. N 2. P. 336 – 339 [in Russian].Агиней Р. В. Разработка методики оценки напряженного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла: дис. ... канд. техн. наук. — Ухта, 2005. — 143 с.Aginei R. V. Development of a Methodology for Assessing the Stress State of Oil and Gas Pipelines by the Coercive Force of a Metal. Candidate’s thesis. — Ukhta, 2005. — 143 p. [in Russian].Бердник М. М. Развитие метода оценки напряженно-деформированного состояния нефтегазопроводов по коэрцитивной силе металла: дис. ... канд. техн. наук. — Ухта, 2010. — 175 с.Berdnik M. M. Development of a Method for Assessing the Stress-strain State of Oil and Gas Pipelines by the Coercive Force of a Metal. Candidate’s thesis. — Ukhta, 2010. — 175 p. [in Russian].Сандомирский С. Г. Взаимосвязь между магнитными параметрами металла околошовной зоны трубных сталей при действии касательных и нормальных напряжений/ Деформация и разрушение материалов. 2016. № 10. С. 30 – 34.Sandomirskii S. G. The Relationship Between the Magnetic Parameters of the Metal of the Weld Zone of Pipe Steels Under the Action of Tangential and Normal Stresses / Deform. Razrush. Mater. 2016. N 10. P. 30 – 34 [in Russian].Сандомирский С. Г. Взаимосвязь между магнитными параметрами металла трубных сталей в напряженном состоянии. — В сб.: Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций. — Екатеринбург: Изд. ИМАШ УрО РАН, 2016. С. 121.Sandomirskii S. G. The Relationship Between the Magnetic Parameters of the Metal Pipe Steel in Tension / Mechanics, resource and diagnostics of materials and structures. Collection of materials. — Yekaterinburg: Izd. IMASH Uro RAN, 2016. P. 121 [in Russian].Gorkunov E. S., Zadvorkin S. M., and Goruleva L. S. Correlation of residual stresses with magnetic properties of Armco iron / AIP Conference Proceedings 2053,030022 (2018).Gorkunov E. S., Zadvorkin S. M., and Goruleva L. S. Correlation of residual stresses with magnetic properties of Armco iron / AIP Conference Proceedings 2053,030022 (2018).Сандомирский С. Г. Корреляционные зависимости между механическими свойствами и магнитным параметром стали 40х / Механика машин, механизмов и материалов. 2019. ¹ 3(48). С. 43 – 50.Sandomirskii S. G. Correlation Between Mechanical Properties and Magnetic Parameter of Steel 40x / Mekh. Mash. Mekhanizmov Mater. 2019. N 3(48). P. 43 – 50 [in Russian].Zakharov V., Bezlyudko G., Solomakha R., Aman A. Monitoring of Fatigue and Stress-Strain State of Structures and Equipment with New Magnetic Transducer / WCNDT 2016, Book of Abstracts. I1. P. 1 – 4.Zakharov V., Bezlyudko G., Solomakha R., Aman A. Monitoring of Fatigue and Stress-Strain State of Structures and Equipment with New Magnetic Transducer / WCNDT 2016, Book of Abstracts. I1. P. 1 – 4.Xin W., Ding K., Lv Q. Theory and Experimental Study on Magnetic Monitoring of Steel Structure Fatigue Damage Based on Different Exciting Current / 7th Asia-Pacific Workshop on Structural Health Monitoring. 2018. https://www.ndt.net/article/apwshm2018/papers/94.pdf (дата доступа 26 ноября 2019).Xin W., Ding K., Lv Q. Theory and Experimental Study on Magnetic Monitoring of Steel Structure Fatigue Damage Based on Different Exciting Current / 7th Asia-Pacific Workshop on Structural Health Monitoring. 2018. https://www.ndt.net/article/apwshm2018/papers/94.pdf (accessed November 26, 2019) [in Russian].Нехотящий В. А., Палиенко А. Л., Гопкало А. П. Оценка деградации стали 08Х18Н9 по кинетике коэрцитивной силы / В мире неразрушающего контроля 2015. Т. 18. ¹ 4. С. 14 – 16.Nekhotyashchii V. A., Palienko A. L., Gopkalo A. P. Assessment of Degradation of Steel 08Kh18N9 According to the Kinetics of Coercive Force/ V Mire Nerazrush. Kontr. 2015. Vol. 18. N 4. P. 14 – 16 [in Russian].Piotrowski L., Chmielewski M., Kowalewski Z. The Dominant Influence of Plastic Deformation Induced Residual Stress on the Barkhausen Effect Signal in Martensitic Steels/ Journal of Nondestruct Evaluation. 2017. N 36. DOI: 10.1007/s10921- 016-0389-x.Piotrowski L., Chmielewski M., Kowalewski Z. The Dominant Influence of Plastic Deformation Induced Residual Stress on the Barkhausen Effect Signal in Martensitic Steels/ Journal of Nondestruct Evaluation. 2017. N 36. DOI: 10.1007/s10921- 016-0389-x.Загидулин Р. В., Загидулин Т. Р., Мардамшин В. Р., Бакиев Т. А. К вопросу контроля сложного напряженного состояния металла стальных труб. Расчет напряженности поля остаточной намагниченности при сложном сопротивлении металла / Нефтегазовое дело. 2019. Т. 17. № 1. С. 91 – 98. DOI: 10.17122/ngdelo-2019-1-91-98.Zagidulin R. V., Zagidulin T. R., Mardamshin V. R., Bakiev T. A. Issues of Controlling the Complex Stress State of Metal in Steel Pipes. Calculation of the Field Strength of the Remanent Magnetization with a Complex Metal Resistance / Neftegaz. Delo. 2019. Vol. 17. N 1. P. 91 – 98. DOI: 10.17122/ ngdelo-2019-1-91-98 [in Russian].Загидулин Р. В., Загидулин Т. Р., Осипов К. О. Исследование влияния структуры и элементного состава сплава на результаты магнитного контроля напряженного состояния металла / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 7. С. 55 – 61. DOI: 10.26896/1028-6861-2018- 84-7-55-61.Zagidulin R. V., Zagidulin T. R., Osipov K. O. Investigation of the Influence of the Structure and Elemental Composition of the Alloy on the Results of Magnetic Control of the Stress State of the Metal / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2018. Vol. 84. N 7. P. 55 – 61 DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-7-55-61 [in Russian].Загидулин Р. В., Загидулин Т. Р., Аминев А. Ф., Осипов К. О. К вопросу непрерывного магнитного контроля напряженно-деформированного состояния металла по напряженности поля остаточной намагниченности / Нефтегазовое дело. 2017. Т. 15. № 1. С. 169 – 174.Zagidulin R. V., Zagidulin T. R., Aminev A. F., Osipov K. O. Issues of Continuous Magnetic Control of the Stress- strain State of a Metal by the Field Strength of the Remanent Magnetization / Neftegaz. Delo. 2017. Vol. 15. N 1. P. 169 – 174 [in Russian].Загидулин Т. Р. Исследование и разработка метода локального магнитного контроля напряженно-деформированного состояния металла элементов корпусного оборудования и металлоконструкций: дис. ... канд. техн. наук. — Уфа, 2015. — 134 с.Zagidulin T. R. Research and Development of a Local Magnetic Control Method of the Stress-strain State of Metal Elements of Hull Equipment and Metal Structures. Candidate’s thesis. — Ufa, 2015. — 134 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.