Диагностика металлоконструкций из ферро- и парамагнитных материалов методом коэрцитивной силы

При техническом обследовании потенциально опасных металлоконструкций основной метод магнитного контроля (при классификации по первичному информативному параметру) — коэрцитиметрия, использующая эффект Холла в качестве источника получения первичной информации. Коэрцитивная сила, понимаемая как напряженность внешнего магнитного поля, приложенная к намагниченному до насыщения ферромагнетику для полного его размагничивания, — наиболее структурочувствительная характеристика материала, изменение которой позволяет проводить экспресс-диагностику в производственных условиях. Изменение коэрцитивной силы при приложении циклически меняющихся во времени напряжений носит линейный характер, что дает возможность надежно определять остаточный ресурс конструкции. В работе представлен способ определения остаточного ресурса конструкций из неферромагнитных материалов, испытывающих циклически меняющиеся во времени механические нагрузки, по изменению коэрцитивной силы стальных образцов-свидетелей (образцов из ферромагнитного материала, работающих совместно с исследуемой конструкцией из неферромагнитного материала). Показано, что по скорости изменения коэрцитивной силы в ферромагнитном образце-свидетеле можно определять напряжения в нем, соотносящиеся с напряжениями в неферромагнитной конструкции. Это позволяет напрямую определять остаточный ресурс неферромагнитной конструкции, что существенно повышает точность оценки остаточного ресурса потенциально опасных конструкций из неферромагнитных материалов. Полученные результаты могут быть использованы при определении технического состояния (по уровню накопленной повреждаемости), например, конструкций из алюминиевых сплавов (пешеходных мостов и др.).

1. Махутов Н. А., Гаденин М. М., Резников Д. О. Интегральные экономические риски крупномасштабных чрезвычайных ситуаций / Всероссийская науч.-практ. конф. «Россия в XXI веке в условиях глобальных вызовов: проблемы управления рисками и обеспечения безопасности социально-экономических и социально-политических систем и природно-техногенных комплексов»: сб. мат. — М.: РАН, МНЭПУ, ГУУ, 2022. С. 78 – 84.

2. Москвичев В. В. Основы конструкционной прочности технических систем и инженерных сооружений. — Новосибирск: Наука, 2002. — 106 с.

3. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Научная информационно-аналитическая база промышленной безопасности / Безопасность труда в промышленности. 2023. № 10. С. 20 – 26. DOI: 10.24000/0409-2961-2023-10-20-26

4. Махутов Н. А. Развитие технической диагностики в академических и отраслевых лабораториях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 10. С. 52 – 54. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-10-52-54

5. Махутов Н. А. Развитие лабораторных исследований и диагностики материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 11. С. 5 – 13. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-I-5-13

6. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Научно-методическая база технического диагностирования потенциально опасных промышленных объектов / Безопасность труда в промышленности. 2021. № 6. С. 7 – 14. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-6-7-14

7. Гобов Ю. Л. Новые возможности измерения коэрцитивной силы / XXXIV Уральская конференция «Физические методы неразрушающего контроля» (Янусовские чтения): тезисы докладов. — Екатеринбург: Институт физики металлов имени М. Н. Михеева УрО РАН, 2023. С. 34 – 35.

8. Неразрушающий контроль: справочник. Т. 6. — М.: Машиностроение, 2006. — 842 с.

9. Максимов А. Б., Ерохина И. С. Рекомендации по применению коэрцитиметрии на предприятиях Керчи / Науч.-практ. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников КГМТУ «Морские технологии: проблемы и решения – 2023»: сб. тр. — Керчь, 2023. С. 236 – 239.

10. Арефьев Ю. В., Конин Д. В., Бажина Е. В., Малкин А. В. Диагностика напряженно-усталостного состояния стальных конструкций многоэтажного здания / Строительная механика и расчет сооружений. 2023. ¹ 1(306). С. 45 – 55.

11. Wang Q., Cong G., Lyu Y., Yu W. A new Cr25Ni35Nb alloy critical failure time prediction method based on coercive force magnetic signature / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022. Vol. 549. N 168809. DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.168809

12. Verbeno C., Zvorka J., Nowak L., Veis M. Magnetic coercivity control via buffer layer roughness in Pt/Co multilayers / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2023. Vol. 585. N 171124. DOI: 10.1016/j.jmmm.2023.171124

13. Srinithi A., Tang X., Sepehri-Amin H. et al. High-coercivity SmFe12-based anisotropic sintered magnets by Cu addition / Acta Materialia. 2023. Vol. 256. N 119111. DOI: 10.1016/j.actamat.2023.119111

14. Майстренко И. Ю., Зиннуров Т. А., Майстренко Т. И. Исследования коэрцитивной силы стальных конструкций мостовых сооружений / Известия КГАСУ. 2022. № 2(60). С. 24 – 36. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_24

15. Лукке К. Ю., Воронова Ю. В. Коэрцитивная сила — один из важных параметров технической диагностики подвижного состава / Молодая наука Сибири. 2022. № 3(17). С. 9 – 12.

16. Карпухин И., Корнилова А., Тет П. Возможности применения метода коэрцитивной силы для обследования технического состояния металлургического оборудования / IV Международ. науч. конф.: сб. мат. — 2019. С. 88 – 96.

17. Kornilova A., Zaya K., Paing T., Dobrolyubova M. Properties of metallic materials near the edges of fatigue crack / Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1687. N 012028. DOI: 10.1088/1742-6596/1687/1/012028

18. Новослугина А. П., Смородинский Я. Г. Анализ топографии магнитных полей рассеяния в ферромагнитных изделиях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 2. С. 33 – 37. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-2-33-37

19. Гобов Ю. Л., Попов С. Э. Восстановление топографии поверхностных дефектов ферромагнетиков при нормальном намагничивающем поле / Дефектоскопия. 2021. ¹ 4. С. 35 – 41. DOI: 10.31857/S0130308221040047

20. Gopkalo O., Bezlyudko G., Nekhotiashchiy V., et al. Damage evaluation for AISI 304 steel under cyclic loading based on coercive force measurements / International Journal of Fatigue. 2020. Vol. 139. N 105752. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2020.105752

21. Балина О. В., Нассонов В. В. Применение коэрцитиметрического метода для диагностики коррозионных повреждений металлоконструкций / Инженерный вестник Дона. 2021. № 4(76). С. 398 – 407.

22. Kornilova A. V., Selishchev A. I., Idarmachev I. M. Application of magnetic kinds of nondestructive inspection to parts from die tool steels / Metal Science and Heat Treatment. 2016. Vol. 57. P. 632 – 637. DOI: 10.1007/s11041-016-9934-6

23. Безлюдько Г. Я., Мужицкий В. Ф., Крутикова Л. А. и др. Оценка текущего состояния и остаточного ресурса прокатных валков на основе магнитного (по коэрцитивной силе) метода неразрушающего контроля / Специальные научные разработки. 2003. № 2. С. 31 – 33.

24. Silverstov I. N., Karpukhin I. I., Kornilova A. V. Determination of damage extent of backup roll by changes in coercive force and hardness of its working surface / Steel in translation. 2022. Vol. 52. N 11. P. 1086 – 1091. DOI: 10.3103/S0967091222110134

25. Мохнаткин Д. П., Завьялова Г. М. Определение направления главных напряжений в элементах металлоконструкций по значениям коэрцитивной силы / Физика и механика материалов. 2021. Т. 47. № 2. С. 386 – 397. DOI: 10.18149/mpm.4722021_16

26. Balina O. V., Nassonov V. V. Application of the coercimetric method to the evaluation of uniaxial stresses without stress relie / AIP Conference Proceedings. 2020. Vol. 2315. N 040004. DOI: 10.1063/5.0036760

27. Бердник М. М., Бердник А. Г. Перспективы применения коэрцитиметрии для оценки параметров напряженно-деформированного состояния конструкций / Технология машиностроения. 2019. № 1. С. 37 – 43.

28. Агиней Р. В., Исламов Р. Р., Мамедова Э. А. Определение напряженно-деформированного состояния участка трубопровода под давлением по результатам измерения коэрцитивной силы / Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. Т. 9. № 3. С. 284 – 294.

29. Корнилова А. В., Идармачев И. М., Тет Паинг, Чжо Зайяр. Методика определения ресурса штампового инструмента с применением магнитных методов неразрушающего контроля и диагностики / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 5. С. 98 – 104.

30. Селищев А. И., Аюпов Т. Х., Корнилова А. В., Батарин Р. В. Исследование изменения коэрцитивной силы инструментальных штамповых сталей в процессе изготовления и эксплуатации ковочных штампов / Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2018. ¹ 1. С. 85 – 93.

31. Wang X., Qiang W., Shu G., et al. The ageing behavior and the correlation between hardness and coercivity of Cu-rich reactor pressure vessel model steels / Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2021. Vol. 527. N 167698. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167698

32. Kornilova A., Kyaw Z. The influence of heating temperature on coercive force and hardness changes in carbon hypoeutectoid steels / RUDN Journal of Engineering Research. 2022. Vol. 23. N 2. P. 140 – 145. DOI: 10.22363/2312-8143-2022-23-2-140-145

33. Корнилова А. В. К вопросу о точности определения температуры огневого воздействия по следам пожара / Безопасность труда в промышленности. 2022. № 5. С. 42 – 47.

34. Чешко И. Д. Экспертиза пожаров (объекты, методы, методики исследования). — СПб.: МВД России, 1997. — 562 с.

35. Корнилова А. В. Микроструктурный мониторинг как фактор управления рисками при эксплуатации металлоконструкций / Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 3. С. 36 – 41. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.03.36-41

36. Martínez-de-Guerenu A., Jorge-Badiola D., Gutiérrez I. Assessing the recovery and recrystallization kinetics of cold rolled microalloyed steel through coercive field measurements / Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 691. P. 42 – 50. DOI: 10.1016/j.msea.2017.03.033