Магнитоанизотропный сканер-дефектоскоп

Организации, создающие и эксплуатирующие резервуарные парки и трубопроводный транспорт, постоянно совершенствуют методики, позволяющие оценить ресурс, надежность трубопроводов и резервуаров [1-5]. Например, на протяжении последних лет рядом организаций предпринимались попытки создания новых технологий дефектоскопии и диагностики трубопроводов, базирующиеся на интегральном численном анализе прочности трубопровода, механизма его разрушения и социальных, экологических и экономических последствий его разрушения. В одной из предложенных технологий оценка состояния трубопровода с точки зрения прочности производится также, как и в известных методиках ИПТЭР, по следующим критериям: по запасам прочности (согласно нормативной документации); по несущей способности (согласно нормативной документации); по моделям упруго-пластического или хрупкого разрушения (с помощью программного комплекса LS-DYNA3D); по экспериментальным данным полученным на макро- и микрообразцах. Если прочностной расчет показывает возможность разрушения при эксплуатации трубопровода, то проводится математическое моделирование различных сценариев гипотетических аварий. Разработчики "технологии" разделяют мнение, изложенное в работе [6], о нереальности прогнозирования последствий конкретной аварии в момент её возникновения и при расследованиях аварий используют сценарный подход. При этом анализ риска аварии выполняется по результатам проведенных расчетов. Заключительная стадия "технологии диагностирования" сводится к тому, что по результатам прочностных расчетов и математического моделирования различных сценариев аварий делается оценка состояния трубопровода, анализируется риск и дается заключение о безопасности его эксплуатации. Затем принимается решение о ранжировании участков трубопроводов с точки зрения замены и ремонта. Следует отметить, что при окончательном ранжировании ремонтопригодных участков трубопровода учитывается сочетание ряда значимых факторов. То есть предложенная "технология" не содержит концептуальной новизны, а является, всего лишь, новым уровнем сервисного обслуживания традиционных подходов, развитием в части реализации более совершенных методов расчета. Несомненно, что внедрение новых программных продуктов и средств вычислительной техники обеспечили заметное повышение производительности труда персонала вычислительных подразделений, точность расчетов и наглядность представления результатов [ 7 ], но никоим образом не изменили физической сущности процесса. Полученные результаты. Анализ проблемы показывает, что наиболее слабым звеном всех известных технологий технического диагностирования является разделение стадий дефектоскопии (поиск и обнаружение разрывов сплошности среды и инородных включений, измерение размеров), диагностики (оценка физико-механических характеристик среды на участке), тензометрии (оценка напряженно-деформированного состояния участка, в том числе в зоне дефекта) и, собственно, оценки степени опасности участка. Заметим, что конечной целью обследования фактически является определение коэффициента концентрации механических напряжений (ККМН) в каждой точке участка, поскольку именно по этому показателю выполняется оценка степени опасности конструкции. Дефекты существенно отличаются по степени опасности не столько в связи с их характерными размерами, но, прежде всего, по способности к концентрации механических напряжений (КМН). В частности, определенные формы дефектов (в общепринятом понимании этого термина) вообще не являются КМН и не представляют опасности для работы конструкции. И, наоборот, некоторые виды КМН просто не обнаруживаются дефектоскопами, хотя чрезвычайно опасны. Дефектоскопы не показывают фактических значений КМН, а, следовательно, не показывают степень опасности дефекта. К тому же, области остаточных сварочных напряжений и зон с остаточной пластической деформацией большинство известных дефектоскопов не обнаруживает. Для значительной части существующих дефектоскопов требуется тщательная вспомогательная обработка поверхности металла в зоне работ (снятие защитных покрытий, изоляции, зачистка металла, применение смазки и др.), что снижает оперативность работ, повышает их стоимость, снижает помехозащищенность и др. Тем не менее, все модификации традиционных технологий диагностирования по-прежнему ориентированы на поиск дефектов и измерение их размеров. А об опасности найденных дефектов судят расчетным методом, исходя из их размеров и топологии. Переход к анализу по КМН сохраняется в опосредованном виде. Достоверность оценок полностью зависит от модели и метода расчета. Определение ККМН во всех известных технологиях выполняется расчетными методами, в основе которых лежат расчетные модели, как это было отмечено выше. Очевидно, что погрешности, связанные с допущениями, принятыми при моделировании конструкции, усугубляются ошибками измерений при дефектоскопии, диагностике и тензометрии обследуемой зоны. На это, как правило, не обращают внимания, поскольку действующие руководящие документы (СниП, РД и пр.) предписывают выполнять оценку степени опасности участка по ?нормам дефектов?. При этом забывается, что ?нормы дефектов? являются расчетно-статистическими параметрами, погрешность которых обусловлена и погрешностями расчетных моделей, и допущениями при статистическом осреднении, и другими, подчас неконтролируемыми факторами. Наконец, КМН возникает не только в окрестности разрыва сплошности среды или инородного включения, а, следовательно, может быть пропущена при использовании известных методов дефектоскопии и технического диагностирования со всеми вытекающими отсюда последствиями. Принципиально новым является подход, при котором исключаются все промежуточные стадии, и непосредственно измеряется коэффициент концентрации напряжений. Для этого институтом "ДИМЕНСтест" разработан электромагнитный сканер-дефектоскоп "Комплекс-2.05" ( http://scaner.az.ru ). В процессе НИОКР были учтены вышеназванные недостатки методологии обеспечения безопасности объектов и принципиальные ограничения, свойственные общепринятым средствам дефектоскопии и диагностики [8, 9]. Электромагнитный (магнитоанизотропный) сканер-дефектоскоп "Комплекс-2.05" относится к новому классу дефектоскопов. В отличие от конкурирующих изделий в нем используется эффект магнитной анизотропии ферромагнитных материалов, позволяющий выявлять аномалии механических напряжений не только в поверхностном слое, но и в глубинных слоях металла конструкции. Сканер-дефектоскоп предназначен для выявления и количественной оценки опасности КМН, зон с остаточными пластическими деформациями и сварочными (термическими) напряжениями в инженерных конструкциях из низколегированной или низкоуглеродистой стали. За счет формирования тестового магнитного поля специальной конфигурации, учета всей информации, заключенной в петле магнитного гистерезиса и нового алгоритма обработки получаемой информации удалось исключить отрицательное влияние на точность и достоверность результатов оценки механических напряжений и ККМН таких явлений, как магнитомеханический и магнитоупругий гистерезис, и др. Обсуждение. По-сути, этот прибор не является дефектоскопом и должен классифицироваться, как новый вид технических средств оперативной оценки технического состояния металлических конструкций ? ?концентратоскоп?. Поскольку результат контроля выдается в виде карты распределения ККМН, здесь полностью исключаются вышеупомянутые погрешности модельных представлений о работе материала, расчетных схем, вычислений и пр. ККМН сразу и количественно указывает на степень опасности каждой точки обследованного участка. Результат контроля представляется в виде карт на дисплее ПЭВМ (ноут-бук), входящего в состав аппаратно-программного комплекса, заносится в базу данных с комментариями оператора. Эффективность комплекса была подтверждена практически на всех типах дефектов, классифицированных в РД 558-97 как ?недопустимые?, в том числе при выявлении стресскоррозионных трещин, а также на участках с остаточными сварочными напряжениями и термопластическими деформациями, вызванными нарушениями технологии сварочных процессов. Толщина металла на участках испытания прибора составляла от 3 до 80 мм. По состоянию на апрель 2001 года фактов пропуска дефектов сканером-дефектоскопом ?Комплекс-2.05? не обнаружено. ?Комплекс-2.05? может применяться для оптимизации технологии сварочных процессов, при аттестации сварщиков и при решении других задач. Дружественный интерфейс аппаратно-программного комплекса позволяет в кратчайшие сроки, при минимальных затратах подготовить персонал как к проведению оперативной оценки технического состояния инженерных сооружений, так и к ведению баз данных непосредственно на месте производства работ. Специальные средства связи, включенные в состав прибора, позволяют из любой точки мира оператору связаться со специалистами технической поддержки (Система СОИ ИДК) и получить необходимую консультацию по идентификации технического состояния обследуемого объекта (см. http://scaner.az.ru ).