+37517 335-04-35, +37517 335-07-35, +37517 335-08-35
info@ctms.by
220113, Республика Беларусь, г.Минск, ул.Мележа, д.1а, офис 115
  • Контроль
  • Тестинг
  • Измерения

Метод магнитной памяти металла

Метод магнитной памяти металла
На основе установленной взаимосвязи дислокационных процессов с физикой магнитных явлений в металлах изделий введено понятие "магнитная память металла" и разработан новый метод диагностики. По аналогии с эффектом памяти формы, "магнитная память металла" - это эффект магнитной памяти деформации металла, обусловленной ориентированными внутренними напряжениями. Уникальность метода магнитной памяти металла (МПМ) заключается в том, что он основан на использовании эффекта возникновения высокой намагниченности металла в зонах больших деформаций металла элементов конструкций, обусловленных действием рабочих нагрузок.

При этом никакого источника искусственного намагничивания нет, кроме слабого магнитного поля Земли, в котором мы все находимся. 

Многие из нас наблюдали также эффекты возникновения высокой намагниченности металла, например в случае распила ножовкой какого-либо металлического изделия, или на конце отвертки после её воздействия на шурупы, в местах трения при соприкосновении металлических изделий (например, зубьев шестеренок). Появление аномальной намагниченности можно наблюдать на металлической проволоке, в месте её циклической деформации. Когда мы ломаем проволоку, циклическим ее изгибая в разные стороны, мы ощущаем пальцами нагрев проволоки в месте максимальной деформации. И если в этом месте сделать измерение с помощью прибора-магнитометра, то мы зафиксируем увеличение намагниченности металла. Демпфирование колебаний – поглощение энергии механических колебаний (например, лопаток турбин), сопровождается выделением магнитной энергии и, соответственно, ростом остаточной намагниченности металла. Перечень наблюдаемых на практике случаев возникновения намагниченности металла изделий без источника искусственного магнитного поля можно еще продолжить.

К истории возникновения и развития метода магнитной памяти металла, как нового направления в диагностике, следует отнести явление сильной намагниченности металла котельных труб в местах их разрушений, обнаруженное в 70-е годы прошлого века начальником лаборатории металлов "Волгоградэнерго" Филимоновым О.В. Обнаруженное явление заинтересовало многих специалистов энергетики, в том числе и меня в те годы, работавшего в производственной службе "Мосэнерго" и занимавшегося вопросами обеспечения надежности котельных труб. Тогда было сделано предположение о возможности использования явления самонамагничивания труб в условиях их эксплуатации для определения потенциальных повреждений. А возникновение высокой намагниченности на отдельных участках котельных труб было предположительно объяснено действием циклических деформаций и напряжений от рабочих нагрузок.

В случае подтверждения этого предположения открывалась уникальная возможность путём считывания магнитной информации, которую исследователю предоставляет сама трубная система котла, выявлять по остаточной намагниченности металла места концентрации напряжении – источники возникновения и развития повреждений.

В связи с этим обстоятельством автором данной статьи с привлечением специалистов института физики металлов РАН (г.Екатеринбург) были организованы и проведены специальные лабораторные и промышленные исследования с целью изучения явления намагничивания котельных труб в условиях их эксплуатации. Результаты этих исследований отражены в диссертационной работе и в монографии Дубова А.А. "Диагностика котельных труб с использованием магнитной памяти металла" (М.: "Энергоатомиздат", 1995, 112 с.).

 

В результате выполненных исследований было показано, что причиной аномально высокого намагничивания отдельных участков котельных труб является магитоупругий эффект, известный в физике магнитных явлений.

На рис.1 показана схема проявления магнитоупругого эффекта, вызывающего рост остаточной намагниченности (М). Если, например, в каком-то месте конструкции действует циклическая нагрузка Δσ, и есть внешнее магнитное поле Н0 (например, поле Земли), то в этом месте происходит рост остаточной намагниченности ΔМσ. После снятия нагрузки обратимая составляющая исчезает, а остаётся только необратимая составляющая остаточной намагниченности  (ΔМσн). В силу магнитоупругого эффекта происходит как бы "самонамагничивание" труб в зонах концентрации напряжений от рабочих нагрузок. В ходе дальнейших промышленных исследований было установлено, что "самонамагничиванию" подвержены практически все узлы оборудования и конструкций.

 

Рис.1. Схема проявления магнитоупругого эффекта.

 С явлением "самонамагничивания" оборудования и конструкций повсеместно борются путём периодического их размагничивания (судостроение, энергетика, шарикоподшипниковая и другие отрасли). Достаточно привести в качестве примера борьбы с самонамагничиванием, как с "вредным" явлением, известную историю борьбы с магнитными минами, которую вели наши учёные в начале второй мировой войны с Германией. В то время было обнаружено, например, возникновение сильной намагниченности корпусов кораблей вследствие ударов волн, особенно после шторма. И тогда под руководством академика Александрова А.П. было впервые изучено это явление намагничивания корпусов под воздействием циклических напряжений от ударов волн в условиях слабого магнитного поля Земли. Это явление было объяснено действием магнитоупругого эффекта. Для борьбы с магнитными минами тогда были разработаны специальные размагничивающие устройства для периодического размагничивания корпусов кораблей.

И с тех пор с природным явлением "самонамагничивания" оборудования и конструкций повсеместно борются путём периодического их размагничивания.

Изучив это явление на примере котельных труб и других узлов, было впервые предложено использовать его для целей технической диагностики, а новый метод диагностики был назван как метод магнитной памяти металла.