ИЗМЕНЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ В ВЕРШИНЕ ТРЕЩИНОПОДОБНОГО ДЕФЕКТА ТРУБЫ, ПОДВЕРЖЕННОЙ ИЗГИБНЫМ ДЕФОРМАЦИЯМ, ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ВНУТРИТРУБНОЙ МАГНИТНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

А. И. Ильясова, Е. А. Наумкин, И. Р. Кузеев

Аннотация


В целях обеспечения безопасности магистральных трубопроводов принято выполнять техническое диагностирование неразрушающими методами контроля. Одним из видов контроля является внутритрубная магнитная дефектоскопия, которую проводят, как правило, на магистральных газопроводах высокого давления. Намагничивание стенки трубопровода обеспечивается при помощи постоянных магнитов при прохождении дефектоскопа. После этого в материале возникает остаточная намагниченность, которая, в свою очередь, инициирует упругое поле механических деформаций, что оказывает существенное влияние на распределение напряжений в окрестности вершины трещины. На это, в частности, в своих исследованиях указывал ряд авторов, таких как Y. Shindo, Д.Д. Асанян, Б.А. Кудрявцев, А.А. Асланян и др. Они демонстрировали влияние магнитного поля на напряженно-деформированное состояние в окрестности вершины трещины, причем оно служило как усиливающим фактором, так и уменьшающим. В работах Y. Shindo рассматривалось напряженно-деформированное состояние в окрестности трещины ферромагнитных материалов, и получены формулы коэффициентов интенсивности напряжений в теле с трещиной под действием внешнего магнитного поля. Такая неоднозначность результатов исследований требует постановки специальных экспериментов для установления закономерностей распределения характеристик напряженности магнитного поля по поверхности трубного образца в зоне концентратора напряжений. Именно там возникает наибольшая вероятность формирования и развития трещин под воздействием изгибающей нагрузки и магнитного поля при длительном их действии. Произведен расчет коэффициента интенсивности напряжений в зависимости от действия изгибающих напряжений в трубопроводах по ОСТ 153-39.4-010-2002, а от магнитного воздействия по Y. Shindo. Разработан и изготовлен стенд, включающий в себя узелы создания изгибной нагрузки и магнитного поля в виде двигающегося снаряда внутри трубы. Деформировали стальную трубу с концентратором напряжений и периодически подвергали воздействию магнитного поля три раза через каждые 20 сут. Изменения магнитных характеристик фиксировались на внешней поверхности трубы, их использовали при расчете коэффициента интенсивности напряжений. Анализ результатов измерений показал, что магнитные воздействия, которые создаются при диагностировании труб методом внутритрубной магнитной дефектоскопии, вызывают повышение намагниченности металла, величина которой сохраняется длительное время. Сформировавшаяся намагниченность в металле данного объекта увеличивает значения коэффициента интенсивности напряжений в зоне концентрации напряжений, что не учитывается в стандартных методиках расчета коэффициента интенсивности напряжений.

Ключевые слова


магистральный трубопровод;внутритрубная магнитная дефектоскопия;изгибающие напряжения;напряженность магнитного поля;концентратор напряжений;намагниченность;коэффициент интенсивности напряжений;

Полный текст:

PDF

Литература


Годовой отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2020 году. М.: Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору, 2021. 369 с.

Celik A., Yetim A.F., Alsaran A., Karakan M. Effect of Magnetic Treatment on Fatigue Life of AISI 4140 Steel // Materials and Design. 2005. Vol. 26. Issue 8. P. 700-704. DOI: 0.1016/j.matdes.2004.09.003.

Sokolenko V.I., Mats A.V., Karas V.I., Okovit V.S., Chernyak N.A., Gorbatenko V.M. Changes in Physical-Mechanical Properties and Structure of Ferritic-Pearlitic Steel 15Kh2NMFA Caused by Severe Low-Temperature Deformation and Exposure to Alternating Magnetic Field // Low Temperature Physics. 2015. Vol. 41. Issue 4. P. 399-404. DOI: 10.1063/1.4916075.

Кузеев М.И., Наумкин Е.А. Усталостное повреждение стали 09Г2С // Проблемы строительного комплекса России: матер. Х международ. науч.-технич. конф. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006. Т. 1. С. 156-157.

Кузеев И.Р., Наумкин Е.А., Панкратьев С.А. Особенности локальной области 0,3-0,4 Ni/Np усталостной поврежденности металла // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. ст. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. С. 85-88.

Наумкин Е.А., Кузеев И.Р., Прохоров А.Е. Оценка степени поврежденности стали 09Г2С в условиях малоцикловой усталости с учетом параметров поверхностной энергии // Мировое сообщество: проблемы и пути решения: сб. науч. ст. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. С. 67-74.

Махутов Н.А., Дубов А.А., Денисов А.С. Исследование статических и циклических деформаций с использованием метода магнитной памяти металла // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 3. С. 42-46.

Афремов Л.Л., Панов А.В. Влияние механических напряжений на остаточную намагниченность насыщения системы наночастиц // Физика металлов и металловедение. 2008. Т. 106. № 3. С. 248-256.

Захаров В.Б, Боровкова М.В, Комаров В.А. Влияние внешних напряжений на коэрцитивную силу углеродистых сталей // Дефектоскопия. 1992. № 1. С. 41-46.

Горкунов Э.С., Царькова Т.В., Смирнов С.С., Вичужанин Д.И., Емельянов И.Г., Кузнецов В.Ю Влияние отклонений от соосности между направлениями намагничивания и наложения механической нагрузки на результаты магнитного контроля упругих деформаций в сталях // Дефектоскопия. 2004. № 5. С. 40-52.

Кулеев В.Ф., Царькова Т.В., Ничипурук А.А. Исследование причин существенных различий коэрцитивной силы, остаточной намагниченности сталей в нагруженном состоянии при их пластическом растяжении // Физика металлов и металловедение. 2007. Т. 103. № 2. С. 136-146.

Инспекционный снаряд определения потери металла с высоким разрешением. Паспорт на оборудование. Inspection Technologies. 2007. 1 лист.

Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф. Оценка величины остаточного магнитного поля внутри трубопровода после контроля магнитным дефектоскопом // Дефектоскопия. 2003. № 7. С. 65-69.

Shindo Y. Magnetoelastic Interaction of a Soft Ferromagnetic Elastic Solid with a Penny-Shaped Crack in a Constant Axial Magnetic Field // Journal of Applied Mechanics. 1978. Vol. 45. Issue 2. P. 291-296. DOI: 10.1115/1.3424290.

Shindo Y. Singular Stresses in a Soft Ferromagnetic Material with a Flat Annular Crack // Acta Mechanica. 1983. Vol. 50. P. 50-56.

Пат. 184640 РФ, МПК G 01 N 3/08. Стенд для создания в трубном образце сложнонапряженного состояния / Е.А. Наумкин, А.Д. Мингажев, И.Р. Кузеев, Р.А. Амиров, Р.К. Давлеткулов, И.Ф. Махиянов, Д.И. Шарипов. 2018119209, Заявлено 24.05.2018; Опубл. 01.11.2018.

ГОСТ Р 19693-74. Материалы магнитные. Термины и определения. М.: Госстандарт СССР, 1985. 34 с.

Измеритель концентраций напряжений ИКН-9М-12: Паспорт и инструкция по эксплуатации. М.: Энергодиагностика, 2010. 93 с.

ОСТ 153-39.4-010-2002. Методика определения остаточного ресурса нефтегазопромысловых трубопроводов и трубопроводов головных сооружений. М.: Министерство энергетики РФ, 2002. 57 с.

Brown W.F.Jr. Magnetoelastic Interactions. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1966. 156 p. DOI: 10.1007/978-3-642-87396-6.

Shindo Y. The Linear Magnetoelastic Problem for a Soft Ferromagnetic Elastic Solid with a Finite Crack // Journal of Applied Mechanics. 1977. Vol. 44. Issue 1. P. 47-50. DOI: 10.1115/1.3424012.

Shindo Y. Singular Stresses in a Soft Ferromagnetic Elastic Solid with Two Coplanar Griffith Cracks // International Journal of Solids and Structures. 1980. Vol. 16. Issue 6. P. 537-543. DOI: 10.1016/0020-7683(80)90004-9.

Engdahl G. Handbook of Giant Magnetostrictive Materials. San Diego: Academic Press, 2000. 388 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-238640-4.X5014-1.

Харитонов И.А., Родякина Р.В., Гончаров А.Л. Исследование магнитных свойств сталей различных структурных классов в слабых магнитных полях, характерных для условий генерации термоэлектрических токов при электронно-лучевой сварке // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2019. Т. 7. № 2. С. 35-40. URL: https://journals.i-publ.ru/index.php/IndEng/article/view/2891 (дата обращения: 13.01.2022). DOI: 10.24892/RIJIE/20190206.

Наумкин Е.А. Методология прогнозирования ресурса нефтегазового оборудования, эксплуатируемого в условиях циклического нагружения, на стадии проектирования и эксплуатации: дис. … д-ра техн. наук. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2011. 224 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ntj-oil-2022-1-114-126

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2022 А. И. Ильясова, Е. А. Наумкин, И. Р. Кузеев

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

© 2021 УГНТУ.
Все права защищены.