ГЛАВА 2.
АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛЕЙ РАССЕЯНИЯ НАМАГНИЧЕННОГО УЧАСТКА
Третий этап водородной коррозии сопровождается необратимым, постоянно развивающимся процессом зарождения и развития трещин. Поэтому их можно считать началом фактического разрушения конструкции, а, следовательно, необходимо отслеживать динамику их развития. Процесс развития трещин носит однонаправленный характер, что делает их самым информативным параметром, свидетельствующим о состоянии стенки объекта контроля.
Основные водородные дефекты (флокены, блистиринг) начинают свое развитие, как правило, в межкристаллической области разрушая атомарные связи и вымывая атомы углерода (диаметр атома углерода 1,54 ) из кристаллической решетки. Область начальной водородной коррозии выглядит как сеточное повреждение целостности поверхности на глубину 20 - 100 атомных диаметров, с последующим развитием в направлении естественных структурных неоднородностей, находящихся в стенке металла объекта контроля. Существующие в металле микродефекты под воздействием водорода превращаются в макротрещины, открывая для водородной коррозии новые глубинные участки металла стенки объекта контроля. Развитие дефекта в стенке конструкции происходит во всех направлениях. Однако, основным направлением развития дефекта является направление к внешней поверхности, так как давление, действующее внутри объекта контроля, создает максимальное напряжение в вершине дефекта превышающее когезивную силу связи между атомами решетки [ 7 ].
На рис.2.1 представлены основные зоны водородной коррозии, которые проходит стенка объекта контроля до момента разрушения, работающая в водородосодержащей среде, а также изменение ее коэрцитивной силы на различных этапах водородной коррозии.
Рис. 2.1. Основные зоны водородной коррозии металла и
изменение его коэрцитивной силы:
1 - исходный металл;
2 - начальная зона обезуглероживания;
3 - зона повышенных внутренних напряжений;
4 - зона микротрещин;
5 - зона макродефектов.
Цикличность повторения 2-4 зоны водородной коррозии позволяет по изменению коэрцитивной силы отслеживать скорость протекания коррозии.
Однако, наибольшую информацию о характере повреждения стенки объекта контроля несет макродефект, который и приводит в конечном счете к аварийной ситуации. Причем, скорость развития макродефекта по толщине стенки металла не постоянная. При поражении стенки объекта контроля макродефектом на 70% от ее толщины, сильное влияние, помимо водорода, на дальнейшее развитие дефекта оказывает давление рабочей среды. Поэтому необходимо регистрировать и анализировать поле рассеяния макродефектов для получения объективной картины состояния металла стенки объекта контроля.
Учитывая сложный характер формы дефекта, его малые размеры и большую начальную глубину залегания необходима методика расчета полей рассеяния подобных дефектов.
Анализ литературных источников [ 156 - 221 ], посвященных расчету магнитных полей рассеяния дефектов, позволяет сделать ряд выводов.
Существует стремление авторов получить математические зависимости для поля рассеяния дефекта за счет идеализации в постановке задачи. Эта тенденция приводит к тому, что для реальных задач, в которых должна учитываться неправильная геометрическая форма дефекта, получаются зависимости, мало совпадающие с экспериментальными данными. При этом отсутствует механизм использования в расчетах магнитных характеристик материала контролируемого изделия. В лучшем случае, используется магнитная проницаемость материала в зависимости от величины намагничивающего поля [ 157 ] и не используются другие параметры петли гистерезиса. Если для расчета используется метод вторичных источников, то считается, что имеется только поверхностный магнитный заряд, а если учитывать объемный [159 ], то полагается, что плотность его в некоторой области постоянная, причем нет методики определения границ этой области.
Вышеперечисленные недостатки приводят к выводу, что требуется создание метода анализа магнитных полей дефектов, основанных на современных вычислительных средствах [ 211 ]. Решение этой задачи является составной и необходимой частью при создании приборов магнитного контроля водородосодержащих конструкций.
2.1. Постановка задачи анализа
Современная теория полей рассеяния, которую можно считать завершенной, позволяющая с достаточной для практики дефектоскопии точностью рассчитывать магнитное поле рассеяния дефектов, создана в основном для поверхностных дефектов [ 198 - 221 ]. Элементы этой теории позволяют также рассчитывать поле рассеяния подповерхностных дефектов. При этом используются понятия поверхностных и объемных магнитных зарядов.
Для подповерхностных дефектов существует несколько положений, которые подтверждены многочисленными экспериментами, к ним можно отнести следующие [ 223 ] :
1. Поле дефекта, вообще говоря, сильно зависит от величины раскрытия дефекта.
2. Из дефектов с малым раскрытием зависимость между величиной поля дефекта и напряженностью первичного поля Н0 должна изображаться кривой, близкой по характеру к кривой намагничивания вещества изделия.
3. В связи с этим, поле дефекта с малым раскрытием перестает возрастать после того, как первичное поле перейдет значение, при котором начинается крутой сгиб кривой намагничивания.
4. Поле дефекта с большим раскрытием (объемного), в частности, дефекта с круговым профилем, должно отображать в основном начальную часть кривой намагничивания и, следовательно, линейно нарастать с увеличением Н0 в области не слишком высоких значений Н0.
5. В разнородных по своим магнитным свойствам материалах одинаковым значениям индукции будут соответствовать и одинаковые поля дефектов.
6. Зависимость поля дефекта от магнитных свойств среды слабо выражена в области малых первичных полей Н0; она становится все более заметной при подходе к верхнему загибу кривой намагничивания. При весьма высоких значениях Н0 поле дефекта практически пропорци