Спосіб оцінки ступеня наводнення феромагнітних сплавів

Спосіб оцінки ступеня наводнення феромагнітних сплавів, який полягає у збудженні та реєструванні пружних хвиль при їх проходженні у феромагнетику та згасанні внаслідок цього, який відрізняється тим, що здійснюють оцінку місць різного ступеня локального наводнення феромагнетиків, утворених за час їх тривалого експлуатування, які визначають за зміною амплітуд сигналів магнітопружної акустичної емісії, яку збуджують в локальному об'ємі феромагнетику, скануючи його змінним магнітним полем низької частоти, з урахуванням коефіцієнта згасання пружних хвиль у даному феромагнітному матеріалі до і після наводнення його до різної концентрації, залежність якого від віддалі проходження пружної хвилі у феромагнетику встановлюють попередньо в лабораторних умовах чи безпосередньо на об'єкті контролю. Винахід відноситься до корозійних випробувань матеріалів, а саме до випробувань на водневе деградування феромагнетних сплавів. Водневе деградування конструкційних сплавів, які мають магнетні властивості, відбувається внаслідок їх тривалого експлуатування. Особливо актуальною є проблема виявлення місць локального деградування таких матеріалів, що широко застосовуються в енергетиці, трубопровідному транспорті, нафтохімічній промисловості тощо. Останнім часом спостерігається тенденція до зростання споживання водню в якості універсального високоефективного та екологічно чистого пального енергоносія та енергоакумулюючого засобу для найрізноманітніших сфер промисловості, транспортної сфери та інших галузей народного господарства. Водневе деградування феромагнетних конструкційних матеріалів призводить до втрати ними службових характеристик. Одним із найнебезпечніших проявів наводнення є водневе окрихчення, що призводить до зниження пластичності і крихкої міцності феромагнетиків. Відомий спосіб визначення ступеню наводнення конструкційних матеріалів який полягає у визначенні його кількості шляхом нагрівання конс труктційного матеріалу у вакуумі. Водень та інші гази, що виділяються із металу після нагрівання, вимірюють за допомогою відповідних газоаналітичних установок [1]. Недоліками способу є складність його проведення та велика трудом-ність. Він належить до руйнівних способів контролю, за допомогою яких здійснюють інтегральну оцінку кількості водню. Окрім того поглинутий металом водень нерівномірно розподіляється в його об'ємі і тому в такий спосіб місця локального водневого деградування феромагнетика виявити практично неможливо. Найближчим за технологічною суттю є спосіб оцінки водневої крихкості сталей, який полягає у монотонному статичному навантаженні зразків, до і після їх наводнення у пружній області діаграми навантаження з вимірюванням сигналів акустичної емісії (АЕ). В момент появи останніх фіксують величини навантаження і за співвідношенням зусиль моментів часів появи сигналів АЕ у ненаводненому та наводненому зразках судять про водневу крихкість сталі [2]. Недоліком прототипу є те, що він дає опосередковану інформацію про інтегральну кількість водню, яка призводить до окрихчення зразка матеріалу в цілому. Окрім того, спосіб важко адапту (19) UA (11) 88249 (13) C2 (21) a200814440 (22) 15.12.2008 (24) 25.09.2009 (46) 25.09.2009, Бюл.№ 18, 2009 р. (72) СКАЛЬСЬКИЙ ВАЛЕНТИН РОМАНОВИЧ, НАЗАРЧУК ЗІНОВІЙ ТЕОДОРОВИЧ, КЛИМ БОГДАН ПЕТРОВИЧ, ПОЧАПСЬКИЙ ЄВГЕН ПЕТРОВИЧ, МИХАЛЬЧУК ВІТАЛІЙ БОГДАНОВИЧ (73) ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМ. Г.В.КАРПЕНКА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) SU 1716430 A1, 29.02.1992 RU 2207562 A, 27.06.2003 RU 2229121 C1, 20.05.2004 RU 2234079 C2, 10.08.2004 JP 62179662 A, 06.08.1987 3 вати до застосування на реальнодіючому об'єкті контролю, оскільки тоді виникає проблема селекції сигналів АЕ, які однозначно вказували б на розвиток тріщиноподібних дефектів саме від водневого окрихчення матеріалу. Технічна задача, яка розв'язується заявленим способом полягає у створенні спрощеного ефективного способу неруйнівного контролю, який дав би можливість виявляти місця локального насичення матеріалу воднем, що спонукає до водневого деградування феромагнетиків. Особливо це стосується оцінки ступеню їх наводнення, який можна було б виявляти без додаткового навантаження чи деформування матеріалу, як того вимагає прототип. Поставлена задача розв'язується тим, що у способі оцінки ступеню наводнення феромагнетних сплавів застосовують локальне збудження сигналів магнетопружної АЕ (МАЕ) зовнішнім магнетним полем. її фізична природа полягає у пружному стрибкоподібному переміщенні доменної стінки внаслідок чого генерується пружна хвиля АЕ, що несе інформацію про величину стрибка (ефект Баркгаузена). Ця величина стрибка залежить від концентрації водню у феромагнетику, оскільки водень змінює локально доменну структуру феромагнетиків [3]. Під час експлуатування феромагнетних матеріалів у водневих середовищах водень проникає у них по границях зерен і через тіло зерна. Абсорбований феромагнетиком, наприклад сталлю він прагне концентруватися по границях зерен на недосконалостях кристалічної ґратки, несуцільностях, порах тощо. Там локально забезпечується підвищена його концентрація, що призводить до локальної зміни доменної структури матеріалу, збільшення місць локальної пошкодженості. Для забезпечення надійної експлуатації конструкцій, елементи яких виготовлені з феромагнетних матеріалів і працюють у воденьвмісних середовищах, виникає необхідність виявляти місця наводнення неруйнівними методами і здійснювати їх моніторинг на предмет концентрації там водню. Його наявність призводить до локального окрихчення, а відтак і до тріщиноутворення. На Фіг.1 показано структурну схему реалізації способу, а на Фіг.2, та Фіг.3 - результати перевірки його чутливості до ступеню наводнення з урахуванням заникання пружних хвиль магнепружної АЕ у твердих тілах. Спосіб оцінки ступеню наводнення феромагнетних сплавів виконують так. На елемент конструкції із феромагнетного матеріалу встановлюють в довільному місці первинний перетворювач пружних хвиль МАЕ 1 (Фіг.1). Спочатку на деяких довільно вибраних відстанях від нього імітують сигнали АЕ, за якими після їх реєстрації судять про коефіцієнт згасання пружних хвиль залежно від відстані проходження у даному матеріалі. Після цього на деякій максимальній відстані від первинного перетворювача, що визначається його чутливістю, збуджують МАЕ шляхом намагнечення локальних областей елемента конструкції сканером 2, який генерує змінне магнетне поле низької частоти та напруженості Н. Необхідна частота 88249 4 зміни магнетного поля задається з генератора 3, а його величина забезпечується підсилювачем 4. У місцях де наявність водню у феромагнетному матеріалі відсутнє, отримують імпульси МАЕ з амплітудами А1, яка вимірюється на виході первинного перетворювача 1 за допомогою попереднього підсилювача пружних хвиль 5 та приладу реєстрування МАЕ 6. Переміщуючи сканер над поверхнею феромагнетного елемента конструкції, порівнюють зміну значення амплітуди A0 з урахуванням попередньо встановленого для даного феромагнетного матеріалу коефіцієнта заникання пружних хвиль у залежності від відстані їх проходження. У випадку, коли магнетне поле сканера 2 попаде на місця локальної пошкодженості феромагнетика (зона II), на виході первинного перетворювача 1 фіксують зміну DА амплітуди магнетопружної АЕ, яка визначається як різниця амплітуд DА= А1-А2. Вона свідчить про наявність у цьому місці водневого чинника. Маючи попередньо встановлені у лабораторних умовах криві залежності А2 від віддалі проходження пружних хвиль МАЕ у наводненому за час експлуатації і вихідному А1 феромагнетних матеріалах, а також у даному матеріалі з різною ступеню наводнення, які будують у лабораторних випробуваннях, судять про ступінь наводнення феромагнетика за величиною зміни DАі. Про високу чутливість запропонованого способу свідчать результати випробування пластин товщиною 0,2мм зі сталі 30, які піддавали впливові різного ступеня наводнення (Фіг.2) та оцінювали коефіцієнт згасання пружних хвиль МАЕ (Фіг.3). Випробовували пластини з матеріалу, що мав стан поставки та після наводнення у середовищі газоподібного водню. Крива 1 на Фіг 2 показує залежність амплітуд сигналів МАЕ від напруженості прикладеного магнетного поля з частотою перемагнечення 50Гц до пластини розмірами 20´180´0,2мм3 у вихідному стані, а криві 2 і 3 -аналогічні залежності для наводненої до різної концентрації водню пластин: крива 2 - наводнення до 0,4 ppm, а крива 3 - до 0,9 ppm. Крива 1 на Фіг.3 вказує зміну амплітуд сигналів АЕ з відстанню їх проходження для ненаводненого, а крива 2 - аналогічна залежність для наводненого феромагнетного матеріалу. За цими експериментальними даними встановлювали коефіцієнт згасання пружних хвиль МАЕ, використовуючи апроксимаційну залежність У=ae-dx де a - коефіцієнт апроксимації, d - коефіцієнт заникання. Таким чином, отримані експериментальні дані показують ефективність заявленого способу, а також можливість його реалізації на реально діючих об'єктах контролю, елементи яких виготовлені із феромагнетних матеріалів. Список використаних джерел 1. Швед М.М. Изменения эксплуатационных свойств железа и стали под влиянием водорода. К.: Наук, думка, 1985. - 118 с. 2. Патент України на винахід 21598А. Спосіб оцінки водневої крихкості сталей / В.Р. Скальсь 5 88249 кий, О.Є. Андрейків, А.Б. Вайнман. - Опубл. 30.04.98. Бюл. №2. 3. Доменная структура и эффект Баркгаузена в аморфном сплаве Fe78B12Si9Ni1 / Т.М. Бречко, Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 Н.Е. Скрябина, Л.В. Силвак, М.Я. Брамович // Письма в ЖТФ. - 2004. - 30, вып. 9. -С. 68-72. 4. Гельф П.В., Рябов Р.А. Водород в металлах и сплавах. - М.: Металлургия, 1974. -272 с. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601