Введение к работе
Актуальность темы
Магнитопорошковый метод - один из самых распространенных методов неразрушающего контроля стальных деталей. Масштабность применения маг-нитопорошкового метода объясняется его высокой производительностью, наглядностью результатов контроля и высокой чувствительностью.
Поэтому наиболее эффективным методом контроля торцевых поверхности труб, подготовленных под сварку, является магнитопорошковый метод.
При сварке в результате воздействия высоких температур происходит рост трещин на торце трубы, что в процессе эксплуатации приводит к разрыву трубы, находящейся под высоким давлением. Кроме того, дефекты, имевшиеся в металле свариваемых труб (расслоения, закаты, плены), на кромках или вблизи шва могут развиваться с образованием внутренних трещин, являющихся наиболее опасными внутренними дефектами. Трещины снижают статическую, динамическую и вибрационную прочность шва трубы. В результате динамических нагрузок трещины быстро увеличиваются в размерах и это приводит к разрушению трубного шва. На качество шва влияет также и остаточная намагниченность торцов трубы, в случае высокой намагниченности будет происходить уход сварочной дуги в сторону от свариваемых торцов, в результате возникают непровары, которые могут стать причиной разрушения шва трубы в результате повышенных концентраций напряжений и уменьшения площади поперечного сечения металла шва. В связи с этим возникла необходимость неразрушающего контроля торцов труб в процессе производства.
Необходимость применения выходного магнитопорошкового контроля торцевых поверхностей труб также диктуется требованиями ГОСТ Р на электросварные трубы, требованиями СП-101-34-96 "Свод правил сооружения магистральных газопроводов", требованиями СП 34-101-98 "Выбор труб для магистральных нефтепроводов при строительстве и капитальном ремонте", требованиями ТУ 1381-012-05757848-2005 "Трубы стальные электросварные прямо-шовные наружным диаметром 508-1420 мм для магистральных трубопроводов на рабочее давление до 9,8МПа", требованиями технических условий на трубы для трубопроводов API Spec. 5L и рядом других нормативных документов.
Для выявления дефектов всех ориентации на торце трубы необходимо сформировать вращающееся магнитное поле, и обычно его создают с помощью крестообразного электромагнита, каждая половина которого запитывается синусоидальными токами, сдвинутыми по фазе на 90. Более простым и надежным способом создания вращающегося магнитного поля является использование постоянного П-образного магнита с его механическим вращением вокруг собственной оси.
Существующие технологии и устройства магнитопорошкового неразрушающего контроля, применяемые при производстве труб, оказываются не всегда эффективными, т.к. для решения задачи контроля торцов труб необходим учет особенностей намагничивания торцевой поверхности трубы, а также особенно-
стей выявления дефектов при влиянии процессов магнитной коагуляции частиц.
Всё это свидетельствует об актуальности задачи повышения качества контроля выпускаемых труб для надежности работы магистральных нефтегазовых трубопроводов.
В связи с этим настоящая работа посвящена разработке способа магнито-порошкового контроля торцевых поверхностей нефтегазовых труб на основе явления магнитной коагуляции.
Цель диссертационной работы
Цель данной диссертационной работы состоит в повышении надежности обнаружения дефектов на торцевой поверхности трубы путем разработки математической модели процесса коагуляции в области дефекта, разработки способа намагничивания и самих намагничивающих устройств для магнитопорошко-вого контроля торцевых поверхностей нефтегазовых труб.
Основные задачи диссертационной работы:
Провести экспериментальные исследования магнитного поля в области дефекта и разработать математическую модель неоднородного магнитного поля.
Разработать математическую модель процесса магнитной коагуляции в области дефекта с учетом неоднородности магнитного поля.
Исследовать закономерности распределения составляющих напряженности полей стержневого и П-образного магнитов и определить их параметры с учетом магнитных свойств и толщины стенки трубы.
Разработать способ и установку магнитопорошкового контроля торцов труб с учетом полученных математических моделей и технических решений.
Научная новизна
1. Получены математические модели процесса магнитной коагуляции в маг-
нитных суспензиях и процесса магнитной коагуляции в области дефекта, что позволяет оптимизировать составы магнитных индикаторов и повысить надежность контроля.
2. Получены аналитические выражения распределения напряженности поля
П-образного магнита, на основе которых определены его оптимальные параметры.
3. Установлен критерий, характеризуемый неоднородностью магнитного
поля, по которому установлено оптимальное межполюсное расстояние П-образного магнита.
4. Получены распределения напряженности поля на контролируемом участке
торца нефтегазовой трубы, представленного в виде стальной пластины. Показано, что рассчитанные данные отличаются от экспериментальных не более чем на 25%.
Защищаемые научные положения
Математическая модель процесса магнитной коагуляции в области дефекта.
Аналитические выражения распределения напряженностей магнитных полей стержневого и П-образного магнитов.
Критерии оптимальности размеров П-образного постоянного магнита.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Разработанная математическая модель процесса коагуляции в области дефекта позволяет создавать условия формирования цепочек магнитных частиц определенной длины с целью получения высокой чувствительности к дефектам, подлежащим выявлению.
Рассчитанные аналитические выражения распределения напряженностей магнитных полей стержневого и П-образного магнитов позволяют получить оптимальные соотношения между размерами магнитов с целью создания равномерного распределения магнитного поля в межполюсном пространстве магнита и минимизации массы магнита при сохранении заданной напряженности.
Разработаны и внедрены автоматизированные установки магнитопорошкового контроля торцов труб УМЛК-10 и УМЛК-10М.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на 1-й Национальной научно-технической конференции и выставке "Методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики" (Кишинев, 2003); 3-й Международной выставке и конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности" (Москва, 2004); 12-й Российской научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и диагностика" (Екатеринбург, 2005); 5-й и 6-й Международных выставках и конференциях "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности" (Москва, 2006, 2007); 10-й Европейской конференции по неразрушающему контролю (Москва, 2010).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе в ведущих рецензируемых ВАК научных журналах - 11 печатных работ. На технические решения, реализованные в разработанных установках магнитопорошкового контроля, получены 3 патента РФ на полезную модель.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 100 наименования.
Диссертационная работа содержит 120 страниц машинописного текста, 21 таблицу и 43 рисунка.
