2.4 Термоелектричний контроль властивостей матеріалів

Термоелектричний контроль знайшов широке застосу­вання завдяки простоті конструкції і експлуатації термоелек­тричних приладів. На значення термоЕРС матеріалу при виз­наченні належності його до певної марки значно впливають такі фактори, як тиск та температурна стабільність гарячого електрода або різниця температур цього електрода та кон­трольованого об’єкта, стан їх поверхонь, хімічний склад і т.д. Вплив на загальну термоЕРС у місці контакту чинить як термоЕРС утвореної плівки, так і її опір протіканню струму.

На стабільність вимірювань термоЕРС в реальних вироб­ничих умовах впливає тонкий молекулярний шар органічного

Продовження додатка Б

мастила на контрольованій поверхні із високим питомим опором, що може знизити значення термоЕРС на 30-70 %.

Ще одним важливим фактором, який впливає на ефек­тивність термоелектричного сортування по марках, є струк­турний стан об’єктів контролю. Найбільш стабільні резуль­тати отримуються при сортуванні виробів, які пройшли від­пал, що забезпечує відсутність внутрішніх напружень, або нормалізацію.

Існує доволі стійка кореляція між структурним станом (фазовий склад, величина зерна, твердість), напруженнями в металі та термоЕРС. Термоелектричним методом можуть ви­являтись зони підвищеного вмісту вуглецю, міді, кремнієвих ліквацій в залежності від складу сплаву і умов кристалізації.

Значення термоЕРС і твердості прямо залежать від вміс­ту вуглецю в твердому розчині. При вмісті вуглецю в цемен­тованому шарі нижче евтектоїдного спостерігається одно­значна залежність від нього значень термоЕРС, а при рівному чи більшому вмісті – така залежність відсутня.

Продовження додатка Б

3 Засоби для визначення фізико-механічних характеристик матеріалів

В даний час на ринку пропонуються різнотипні технічні засоби для визначення фізико-механічних характеристик ма­теріалів металоконструкцій.

Існують спеціалізовані прилади для контролю структури металів – структуроміри (структуроскопи). В них передбача­ють додаткові вузли, які забезпечують можливість реалізації різних методик контролю.

Акустичні структуроміри дозволяють:

• вимірювати швидкість поширення і коефіцієнт зату­хання пружних коливань із представленням результатів в циф­ровій формі;

• автоматично сортувати об’єкти контролю за програ­мованими параметрами розподілу амплітуд сигналів;

• виводити результати вимірювань для їх обробки та до­кументування.

Найчастіше для збудження, приймання та реєстрації ультразвукових коливань в досліджуваному матеріалі вико­ристовуються прилади, побудовані за принципом імпульсного дефектоскопа. Однак, вузький діапазон ультразвукових частот в більшості дефектоскопів, відсутність або низька точність пристрою для вимірювання затухання і швидкості поширення ультразвукових коливань та ряд інших недоліків призвели до розробки приладів, призначених спеціально для структурного аналізу металів.

Першим таким приладом, який серійно випускався Ки­шинівським заводом «Електроточприлад», став ДСК-1. Робочі частоти приладу становили 0.65, 1.25, 2.5, 5 та 10 МГц.

Методи, які базуються на вивченні взаємодії індентора із контрольованим виробом, покладені в основу сучасних акус­тичних вимірювачів твердості. На вимірюванні акустичного імпедансу базується дія ультразвукових твердомірів DHV-10, які випускаються фірмою «Крауткремер» (Німеччина). Як випромінювач коливань використовується магнітостриктор із

Продовження додатка Б

власною частотою 78 кГц, який має алмазний наконечник у вигляді піраміди Вікерса. Прилад має цифрову індикацію, похибка вимірювання становить ± 15 HV для твердих матеріа­лів і ± 5 HV для м’яких.

Більшість магнітних структуроскопів складають коерци­тиметри. До недавнього часу найбільш поширеними були коерцитиметри типу КИФМ-1. Сучасною модифікацією коер­цитиметра із приставним електромагнітом є структуроскоп МФ-31КЦ. В даному приладі реалізоване автоматичне регу­лювання струму розмагнічування до значення, яке відповідає розмагніченому стану об’єкта контролю.

Коерцитиметри призначені для контролю окремих діля­нок великогабаритних деталей. Основні негативні фактори – це зміна зазору між полюсами електромагніту і поверхнею об’єкта контролю та зміна товщини об’єкта.

Відомі також коерцитиметри вітчизняного виробництва (НВФ «Спеціальні наукові розробки», м. Харків). Коерцити­метр КРМ-Ц є цифровим та напівавтоматичним приладом, який дає змогу сортувати марки сталей та чавунів, контролю­вати твердість, товщину загартованого шару, визначати меха­нічні характеристики (границю міцності, границю текучості), а також напружено-деформований стан і залишковий ресурс металоконструкцій.

Спеціалісти Фізико-механічного інституту НАН України разом із працівниками Дослідницького центру Міносвіти України розробили коерцитиметр ВКС-108, який відрізня­ється високою швидкістю вимірювань та вищою достовір­ністю результатів вимірювань. В приладі реалізований дина­мічний спосіб вимірювання коерцитивної сили.

Із закордонних приладів відомий коерцитиметр «Koer­zimat 1.095», розроблений в Інституті доктора Ферстера (Німеччина), який укомплектований соленоїдом та пристав­ним електромагнітом і має діапазон вимірювань від 0 до 100 кА/м.

Контроль ФМХ феромагнітних матеріалів, який базуєть­ся на вимірюванні магнітної проникності, не знайшов ши­

Продовження додатка Б

рокого застосування в промисловості, хоча він зручніший у тих випадках, коли магнітна проникність залежить, наприк­лад, від режиму загартування (на відміну від коерцитивної сили або залишкової магнітної індукції). Як інформативні параметри в таких приладах використовуються інтенсивності магнітних шумів (амплітуди складових спектру), а також ши­рина спектру.

Першою установкою промислового застосування була ИБШ-2, яка була розроблена М. Міховскі в Болгарії. Уста­новка була призначена для контролю структури і ступеня пластичної деформації тонких прутків. Розбракування здійс­нювалось за рівнем магнітного шуму.

Вітчизняний прилад МАША-1 призначений для кон­тролю вмісту вуглецю в сталях і ступеня поверхневого зміц­нення.

Щодо реалізації методів феритометрії можна згадати про ряд інших приладів. Феритометр ФМ-2 призначений для визначення вмісту феритної фази в хромонікелевих сталях аустенітного класу. Принцип дії його базується на вимірю­ванні відносної магнітної проникності аустенітної сталі у постійному магнітному полі. Об’єкт контролю намагнічується постійним магнітом, а вимірювальним перетворювачем слу­жить ферозондовий полемір.

Метод вищих гармонік знайшов застосування в приладі КАП-1, який був розроблений в Інституті прикладної фізики АН Білорусії і призначений для контролю якості термо­обробки феромагнітних об’єктів із матеріалів з лінійною за­лежністю динамічної коерцитивної сили від конкретної ме­ханічної характеристики. Лінійність повинна перевірятись для кожної марки сталі експериментально. Принцип дії базується на вимірюванні фази та амплітуди другої гармоніки сигналу прохідного перетворювача. Максимальний діаметр контрольо­ваних об’єктів становить 90 мм.

Більш досконалими є прилади, в яких використовується сукупність кількох гармонік сигналу. До них відносяться при­лади типу «Magnatest» фірми «F.Forster» (Німеччина), в яких

Продовження додатка Б

контроль здійснюється як за основною, так і за вищими гар­моніками. Прилади призначені для неруйнівного контролю заготовок і деталей масового виробництва (прутки, дріт, труби, гвинти і т.д.) з феромагнітних, нефермомагнітних та аустенітних сталей. Так само, як і в інших приладах, мож­ливий контроль твердості, якості термообробки, хімічного складу, але тільки при відомому зв’язку цих параметрів із магнітними.

Відомий цілий спектр приладів, призначених для вимі­рювання питомої електричної провідності, таких як: ВЭ-26Н (НПО «Спектр», Москва), ВЭ-17НЦ/3, ВЭ-17НЦ/4, ВЭ-17НЦ/5 (Уральський електромеханічний завод, м. Єкатерин­бург), FM-140F (Magnaflux, США), Sigmatest 2.067 i Sigmas-cope SMP1 (H. Fischer, ФРН). Ці прилади дозволяють вимі­рювати питому електричну провідність в діапазоні 0.1-60 МСм/м з похибкою до 2 %.

Одним із закордонних приладів є «Eddyvisor» фірми «ibg» (ФРН), який за допомогою восьми програм, що ви­би­раються оператором в діалоговому режимі, може контролю­вати твердість, глибину зміцненого шару, вміст вуглецю, ме­ханічні напруження та інші характеристики широкого спектру сплавів.

Існують також спеціалізовані вихрострумові прилади. Прикладом може послужити прилад для контролю фізико-механічних характеристик труб нафтового сортаменту типу СІГМА-Т10.1, який був розроблений та випускається НВФ «ЗОНД» (м. Івано-Франківськ). Принцип дії приладу полягає у вимірюванні декремента затухання власних коливань пере­творювача, що залежить від фізико-механічних характеристик контрольованих об’єктів. Прилад комплектується накладним перетворювачем із змінними протекторами для труб діа­ме­трами 60-140 мм.

Для виявлення зон підвищеного вмісту вуглецю, міді, кремнієвих ліквацій в залежності від складу сплаву та умов кристалізації використовують прилади типу ТЭП-10К (СРСР) та ТЕВОТЕСТ 3.205 (ФРН).

Продовження додатка Б

Висновок

Для металоконструкції трубопроводів причини відмов та руйнувань зводяться до невідповідностей вибраного мате­ріалу (а отже і його фізико-механічних характеристик) вимо­гам конструкції, призначення, умов експлуатації і т.д. Тому, на стадії проектування першочергове значення має пра­виль­ний вибір матеріалу за його фізико-механічними характерис­тиками, а на стадії експлуатації найбільш важливим є визна­чення фактичних значень цих характеристик.

Але очевидним є той факт, що всі помилки зводяться до невідповідностей вибраного матеріалу (а отже і його фізико-механічних характеристик) вимогам конструкції, призначен­ня, умов експлуатації і т.д. Тому, на стадії проектування першочергове значення має правильний вибір матеріалу за його фізико-механічними характеристиками, а на стадії екс­плуатації найбільш важливим є визначення фактичних зна­чень цих характеристик.

Продовження додатка Б

Перелік використаної літератури

1. Богданов Е. А. Основы технической диагностики нефтегазового оборудования: Учеб. Пособие для вузов / Е. А. Богданов. – М.: Высш. шк., 2006. – 279 с.: ил.

2.Механіка руйнування та міцність матеріалів. Довід. Посібник. Том 5. Неруйнівний контроль і технічна діагнос­тика.// Під ред. Назарчука З.Т. Лвів, ФМІ, 2001.

3. Белокур И. П., Коваленко В. А. Дефектоскопия мате­риалов и изделий. – К.: Техніка, 1989. – 192 с.

4. Karpash M. New challenges for mechanical properties evaluation of long-term used metallic structures / M. Karpash, O. Karpash, E. Dotsenko // 4th International Symposium on Hydro­ carbons and Chemistry, Ghardaia, Algeria, March 24-26, 2008 : proceedings. – Ghardaia, 2008. - C.64.

5. Доценко Є. Р. Контроль механічних характеристик конструкційних сталей за їх питомим електричним опором: автореферат дисертації на здобуття вченої ступені кандидата технічних наук. – Івано-Франківськ, ІФНТУНГ, 2011. – 20 с.

3