Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ГОРДИЕНКО ВАЛЕРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ В ОБЛАСТИ РЭЛЕЯ
Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Санкт-Петербург - 2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (СПбГАСУ).
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор АББАКУМОВ Константин Евгеньевич, доктор физ.-мат. наук, профессор КАРЯКИН Юрий Евгеньевич, доктор технических наук ДАВИДЕНКО Вячеслав Михайлович.
Ведущая организация: ОАО Радиоавионика (С.-Петербург).
Защита состоится 17 февраля 2009 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.244.01 при ГОУ ВПО "Северо-Западный государственный заочный технический университет" (СЗТУ) по адресу:
191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5, 301 ауд.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 191186, С.-Петербург, ул. Миллионная, д. 5.
Автореферат разослан 16 января 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.244.01 ИВАНОВА И.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы и направленность исследований. Проблема обеспечения надежной и безопасной работы металлических конструкций (МК) с каждым годом становится все более актуальной, так как их старение значительно опережает темпы технического перевооружения. Так, в 2000 году износ действующих в России фондов достиг 42,2 % при коэффициенте обновления 1,2 % по сравнению с 5,8 % в 1990 г. и 8,2 % в 1980 г., при этом до 60...80 % металлических конструкций выработали проектные сроки эксплуатации.
В реальных условиях эксплуатации металлические конструкции подвергаются воздействию не только статических, динамических, циклических нагрузок и низких температур, но и различных по степени агрессивности коррозионных сред, которые приводят к изменению геометрических характеристик конструкций и физико-механических свойств металла. Кроме того, в элементах и узлах конструкций всегда присутствуют дефекты, полученные при изготовлении, транспортировке, монтаже и эксплуатации, способствующие появлению локальных зон концентрации напряжений (КН), наиболее опасные из которых могут привести к разрушению конструкций.
Учесть все эти факторы расчетными методами не всегда представляется возможным, так как результаты оценки внутренних напряжений в эксплуатирующихся МК с помощью расчетов в ряде случаев значительно расходятся из-за неопределенностей в исходных данных, упрощения расчетных схем, выбора методик расчета и изменяющихся условий эксплуатации.
При контроле технического состояния металлических конструкций с целью оценки их фактического напряженно-деформированного состояния (НДС) все большее внимание уделяется методам неразрушающего контроля (НК), при этом одним из наиболее важных контролируемых параметров является величина внутренних напряжений, определение которой представляет собой достаточно сложную научно-техническую проблему. Проблема определения внутренних напряжений осложняется при работе конструкции в сложном напряженном состоянии, неизвестных механической, химической и структурной предысториях металла, при наличии опасных зон КН.
В настоящее время для определения внутренних напряжений разрабатываются и совершенствуются, в основном, магнитные, тепловые, ультразвуковые и рентгеновские методы. Тем не менее, из-за ряда общих или присущих каждому конкретному методу НК недостатков (невозможность контроля труднодоступных мест, необходимость тщательной подготовки поверхности, намагничивание изделия или зон контроля), методы не получили широкого применения в практике обследования эксплуатируемых металлических конструкций.
Так, феррозондовый метод контроля (ГОСТ 21104-75 "Контроль неразрушающий. Феррозондовый метод"), основанный на выявлении феррозондовым преобразователем магнитного поля рассеяния дефекта в намагниченных изделиях и преобразовании его в электрический сигнал, имеет существенные недостатки. При реализации способа остаточной намагниченности контролируются изделия из материалов с высоким значением коэрцитивной силы, большей или равной 1280 А/м, и остаточной индукцией, большей или равной 0,53 Т. Контроль способом остаточной намагниченности феррозондовым методом заключается в намагничивании изделия и регистрации напряженности магнитных полей рассеяния преобразователем после снятия намагничивающего поля. При этом активное предварительное намагничивание изделия должно осуществляться переменным током, а для контроля крупногабаритных и сложной формы изделий - применяться только локальное намагничивание; соленоиды, применяемые при феррозондовом методе контроля, должны обеспечивать возможность получения в их центре значений напряженности магнитного поля не менее 30000 А/м.
Отличительной особенностью используемого в данной работе феррозондового метода в так называемом "пассивном варианте" является то, что он позволяет осуществлять контроль по способу остаточной намагниченности без предварительного намагничивания и подготовки поверхности контроля, являясь с этой точки зрения достаточно привлекательным. Применяемый метод реализует магнитомеханическое явление, включающее магнитоупругий эффект при упругой деформации и магнитомеханический гистерезис при пластической деформации, и позволяет измерять напряженность магнитных полей рассеяния, возникающих на поверхности элементов конструкций в условиях естественного намагничивания в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея) в процессе их изготовления и эксплуатации.
В связи с вышесказанным исследования, посвященные оценке фактического напряженно-деформированного состояния МК на основе расширения возможностей и комплексного применения приборов и методов контроля, выявления закономерностей обратимых и необратимых магнитомеханических явлений в широко применяемых в промышленности малоуглеродистых и низколегированных сталях (08пс, Ст3, 09Г2С, 10ХСНД), развития известных методов и разработки новых способов и методик, способствующих повышению степени достоверности результатов контроля, представляются весьма актуальными.
Целью диссертационной работы является повышение надежности, эксплуатационной безопасности и срока службы сварных металлических конструкций путем оценки их фактического напряженно-деформированного состояния на основе научно-обоснованного подхода к комплексному применению приборов и методов контроля.
Задачи исследований. Для достижения указанной цели в диссертационной работе обоснованы и поставлены следующие научно-технические задачи:
1. На основе анализа существующих приборов и методов разрушающего и неразрушающего контроля уточнить направление диссертационного исследования по оценке напряженно-деформированного состояния металлических конструкций, а также теоретически обосновать, оценить практическую пригодность и выявить возможности феррозондового метода (в пассивном варианте) для неразрушающего контроля структурных изменений в конструкционных сталях и определения действующих внутренних напряжений в элементах эксплуатируемых МК с учетом их химического состава и структурной неоднородности.
2. Теоретически и экспериментально исследовать влияние деформационной, деформационно-термической и термической обработок на формирование микроструктур, характерных для поставляемого заводского проката и структурной неоднородности сварных соединений из малоуглеродистых и низколегированных сталей, и разработать способы контроля структурных изменений в металле по остаточной намагниченности в области Рэлея.
3. Провести комплексные экспериментальные исследования по выявлению взаимосвязи магнитных, структурных и механических параметров сталей различных классов в условиях малоциклового упруго-пластического деформирования, с разработкой и апробацией графических и аналитических регрессионных зависимостей напряженности магнитного поля рассеяния от действующих внутренних напряжений, обеспечивающих повышение степени достоверности результатов оценки фактического напряженнодеформированного состояния металлических конструкций.
4. Рассмотреть процессы намагничивания ферромагнитных материалов с различными химическим составом, исходной микроструктурой и магнитомеханической предысторией в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея) при упруго-пластическом деформировании и предложить механизм, объясняющий эти процессы.
5. Разработать способы определения внутренних напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов в процессе их эксплуатации с учетом химического состава, структурного состояния и кинетики развития коррозионных повреждений с использованием магнитоупругого эффекта и магнитомеханического гистерезиса.
6. Разработать на базе комплекса приборов и методов разрушающего и неразрушающего контроля экспериментально-расчетную методику оценки фактического напряженно-деформированного состояния металлоконструкций с учетом структуры и химического состава основного металла, структурной неоднородности сварных соединений и влияния коррозионных повреждений с элементами моделирования кинетики их развития, включающую проведение экспериментальных исследований по определению действующих внутренних напряжений магнитным методом.
7. Разработать способы усиления сварных соединений и элементов металлических конструкций в локальных зонах концентрации напряжений путем направленного изменения микроструктуры металла контролируемой термической обработкой с целью повышения прочностных свойств с поэтапным магнитным контролем структурных изменений.
8. Обосновать эффективные и рациональные формы постоянного и периодического магнитного мониторинга напряженно-деформированного состояния металлических конструкций ответственного назначения в выявленных опасных зонах концентрации напряжений с использованием феррозондового метода (в пассивном варианте) с целью повышения надежности и безопасности их эксплуатации путем предотвращения аварий (отказов).
Методы исследования. Задачи диссертационных исследований решены на основе применения апробированных и корректных разрушающих и неразрушающих методов контроля: механических испытаний, металлографического анализа, термической обработки сталей, магнитного контроля, а также численных методов расчета, математического моделирования и прикладной статистики и интерпретации статистических данных. При оценке работы реальных конструкций использовались экспериментальные данные, полученные на лабораторных образцах и крупномасштабных моделях металлических конструкций.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:
1. Разработаны теоретические и практические положения по оценке фактического напряженно-деформированного состояния металлических конструкций, включающие предварительное выявление зон концентрации напряжений, оценку степени их опасности и определение в наиболее опасных из них действующих внутренних напряжений с применением феррозондового (в пассивном варианте) и других разрушающих и неразрушающих методов контроля.
2. Разработаны и экспериментально проверены способы магнитного контроля формирования микроструктур с заданной степенью дисперсности, характерных для поставляемого заводского проката, в малоуглеродистых и низколегированных сталях с различной исходной микроструктурой в процессе деформационного, деформационно-термического и термического воздействий по остаточной намагниченности в магнитном поле Земли.
3. Установлена корреляционная связь между напряженностью магнитного поля рассеяния Н и действующими внутренними напряжениями р при малоцикловом упруго-пластическом деформировании сталей с учетом их химического состава и исходной микроструктуры, позволяющая определять внутренние напряжения в элементах эксплуатируемых металлических конструкций.
4. С использованием теории ферромагнетизма и механизма упрочнения металлов при пластической деформации предложен механизм, учитывающий изменение магнитного параметра Н от уровня действующих внутр ренних напряжений, химического состава и исходной микроструктуры сталей при циклическом упруго-пластическом деформировании в условиях воздействия слабых магнитных полей (область Рэлея).
5. Разработаны и апробированы частные (при известных микроструктуре и химическом составе сталей) и обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости безразмерных параметров Н / Н р р и /0,2, позволяющие повысить степень достоверности при определении фактических значений внутренних напряжений в опасных зонах концентрации напряжений при нагружении и разгружении элементов конструкций и сварных соединений.
6. Разработаны способы определения внутренних напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов, основанные на ступенчатом повышении (снижении) внешних нагрузок и измерении напряженности магнитного поля рассеяния Н, позволяющие по характеру и величине ее прир ращения определять степень опасности зон КН и величину действующих в них внутренних напряжений.
7. Разработана экспериментально-расчетная методика оценки фактического напряженно-деформированного состояния металлических конструкций с учетом структуры и химического состава металла, структурной неоднородности зон сварных соединений и кинетики развития коррозионных повреждений по остаточной намагниченности с применением комплекса приборов и методов контроля.
8. На основании экспериментальных исследований разработаны способы усиления элементов металлических конструкций и сварных соединений путем проведения восстановительной термической обработки в локальных зонах концентрации напряжений с целью повышения прочностных свойств металла за счет направленного изменения микроструктуры с ее поэтапным магнитным контролем.
9. Показана принципиальная возможность и разработана методика контроля напряженно-деформированного состояния элементов металлических конструкций в выявленных опасных зонах концентрации напряжений за счет проведения периодического или постоянного магнитного мониторинга.
Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается: корректностью поставленных задач; выбором наиболее распространенных промышленных марок сталей различных классов прочности и антикоррозионных свойств, а также крупномасштабных модельных конструкций, реализующих основные схемы нагружения; применением оборудования, приборов и инструментов, прошедших метрологические поверку и калибровку; использованием апробированных методов, методик и способов контроля; достоверностью и представительностью исходных, расчетных и экспериментальных данных, а также использованием фундаментальных положений классической теории ферромагнетизма и общепринятых в механике материалов теорий, гипотез и допущений.
Положения, выносимые на защиту:
1. Теоретические и практические положения по оценке фактического напряженно-деформированного состояния металлических конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей по остаточной намагниченности в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея), включающие в себя выявление зон концентрации напряжений, оценку степени их опасности и определение в них действующих внутренних напряжений.
2. Режимы получения микроструктур с заданной степенью дисперсности в малоуглеродистых и низколегированных сталях, контролируемые магнитным методом, необходимые для обеспечения достоверности результатов контроля технического состояния эксплуатируемых МК, и на их основе рекомендации по усилению элементов эксплуатируемых металлических конструкций и сварных соединений по разработанным режимам термической обработки.
3. Взаимосвязь действующих в металле внутренних напряжений и напряженности магнитного поля рассеяния на поверхности зоны контроля в условиях естественного намагничивания в магнитном поле Земли с учетом химического состава и структурного состояния конструкционных сталей в условиях малоциклового упруго-пластического деформирования, установленная по результатам широкомасштабных экспериментальных исследований.
4. Механизм, объясняющий взаимосвязь структурных, механических и магнитных параметров при малоцикловом упруго-пластическом деформировании малоуглеродистых и низколегированных сталей в слабых магнитных полях (область Рэлея), позволяющий охарактеризовать физическую сущность обратимых и необратимых магнитомеханических явлений (магнитоупругий эффект и магнитомеханический гистерезис).
5. Частные и обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости безразмерных параметров напряженности магнитного поля рассеяния Н / Н и внутренних напряжений /0,2, позволяющие р р определять действующие внутренние напряжения в элементах металлических конструкций и сварных соединениях из малоуглеродистых и низколегированных сталей при их ступенчатом нагружении (разгружении).
6. Экспериментально-расчетная методика оценки фактического и прогнозируемого напряженно-деформированного состояния металлических конструкций, позволяющая на основе комплексного применения магнитного и других методов контроля учесть в расчетах фактические значения внутренних напряжений, определенные в опасных зонах концентрации напряжений.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке и апробации:
1. Способов контроля по остаточной намагниченности в области Рэлея структурных изменений при проведении деформационной, деформационно-термической и термической обработок изделий в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности, а также режимов получения микроструктур с заданной степенью дисперсности в малоуглеродистых и низколегированных сталях, типичных для заводского проката.
2. Способов определения внутренних напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов, позволяющих выявлять опасные зоны концентрации напряжений в процессе ступенчатого нагружения (разгружения) элементов конструкций по характеру и величине приращения напряженности магнитного поля рассеяния Н, защищенных 3 патентами РФ на изобретер ния. Способы могут быть использованы при оценке фактического напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых металлических конструкций и оборудования и позволяют повысить их эксплуатационную безопасность и выявить резервы несущей способности за счет повышения степени достоверности и точности результатов контроля.
3. Частных и обобщенных графических и аналитических зависимостей структурных, магнитных и механических параметров малоуглеродистых и низколегированных сталей при определении в контролируемых зонах концентрации напряжений действующих внутренних напряжений, и использовании их в прочностных расчетах при оценке напряженнодеформированного состояния эксплуатируемых металлических конструкций.
4. Способов усиления сварных соединений и элементов эксплуатируемых металлических конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей, основанных на проведении контролируемой термической обработки в опасных зонах концентрации напряжений по разработанным режимам, с их поэтапным магнитным контролем, с целью повышения прочностных свойств металла и предотвращения аварийных ситуаций.
5. Экспериментально-расчетной методики оценки напряженнодеформированного состояния металлических конструкций, включающей выявление зон концентрации напряжений, локальных и общих коррозионных повреждений и структурной неоднородности сварных соединений, и проведение последующего магнитного мониторинга действующих напряжений в опасных зонах концентрации напряжений.
6. Научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, в промышленных условиях при оценке напряженно-деформированного состояния несущих металлических конструкций главного корпуса и сопутствующих сооружений локомотивного депо ЗАО "Локомотив" ДО ОАО "Кировский завод" (Санкт-Петербург), а также в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного архитектурностроительного университета при преподавании автором учебных курсов дисциплин "Технология конструкционных материалов", "Материаловедение" и "Технология сварки мостовых конструкций" студентам строительных и машиностроительных специальностей.
Апробация работы. Основные научные положения, выводы и рекомендации по материалам диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах: на IV Всероссийском с международным участием научно-практическом семинаре "В мире неразрушающего контроля и диагностики материалов, промышленных изделий и окружающей среды" (СПб., 2003); на семинаре "Сварочные технологии", посвященному 160-летию Котлонадзора России (СПб., 2003); на научном семинаре в ГОУ ВПО СПбГТУ (2007), на 56Ц61-ой международных научнотехнических конференциях молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов "Актуальные проблемы современного строительства" (СПб., 2003Ц2008); на 60Ц65-ой научных конференциях профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов ГОУ ВПО СПбГАСУ (СПб, 2003Ц2008).
Публикации. Основные положения диссертационного исследования отражены в 58 публикациях, в состав которых входят 7 монографий, 3 патента РФ на изобретения; в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, опубликованы 22 научные работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, заключения, основных выводов и списка литературы, включающего 301 наименование. Диссертация изложена на 348 страницах основного текста, содержит 107 рисунков, 16 таблиц и приложение.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении дан краткий обзор состояния вопроса и обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы задачи исследований и основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена анализу современного состояния приборов и методов контроля и оценки напряженно-деформированного состояния металлических конструкций.
Целесообразность использования неразрушающих методов контроля, основанных на различных физических эффектах, в том числе эффекте магнитоупругости, доказана в результате многочисленных исследований Акулова Н.С., Бахарева М.С., Векслера Н.А., Вицены Ф., Вонсовского С.В., Власова В.Т., Горбаша В.Г., Горицкого В.М., Горкунова Э.С., Дубова А.А., Дубова Ал. А., Киренского Л.В., Колокольникова С.М., Клюева В.В., Кулеева В.Г., Макарова В.Н., Михеева М.Н., Мужицкого В.Ф., Ничипурука А.П., Смирнова А.С., Фадеева А.Ю., Щербинина М.Н., Шель М.М., Шура Я.С., Яценко Т.А. и многих других. Однако до сих пор, несмотря на острую необходимость в информации о действительной работе элементов и узлов конструкций, получить ее в достаточном объеме часто не удается ввиду отсутствия эффективных методов выявления зон концентрации напряжений и измерения в опасных зонах действующих в металле внутренних напряжений.
Проведенный анализ различных методов определения остаточных и действующих напряжений в металле выявил значительные трудности в решении этой проблемы. Так, например, разрушающие методы контроля для этих целей нашли ограниченное применение, а для определения действующих (в процессе эксплуатации) напряжений практически не пригодны. В то же время, и существующие методики известных методов неразрушающего контроля не позволяют выявить и оценить степень опасности зон концентрации напряжений, определять фактические действующие внутренние напряжения, а также дефекты на ранней стадии их развития. При этом в случае, если такие опасные зоны не выявлены, снижается ценность выполнения поверочных прочностных расчетов с целью прогнозирования работоспособности и возможности дальнейшей эксплуатации МК.
Наиболее приемлемыми являются косвенные методы определения упругих внутренних напряжений, к которым можно отнести магнитные методы, использующие эффект магнитоупругости. Однако значительная часть этих методов требует проведения предварительного намагничивания или подмагничивания зоны контроля металла с использованием намагничивающих систем. Трудность намагничивания повышается с увеличением габаритов конструкции, а также с увеличением количества труднодоступных и трудноконтролируемых узлов и элементов конструкции. Во многих случаях для повышения надежности и достоверности контроля требуется зачистка поверхности сварного соединения или даже снятие усиления сварного шва, что не всегда представляется возможным и целесообразным. Если учесть, что около 80 % разрушений конструкций происходит в сварных соединениях, то проблема такого контроля усугубляется.
Проведенный анализ показал, что систематические исследования по совершенствованию приборов и методов контроля и определения действующих внутренних напряжений в элементах металлических конструкций с целью оценки их фактического НДС в условиях упруго-пластической работы отсутствуют. Не достаточно полно рассматриваются вопросы учета влияния химического состава и исходной микроструктуры сталей, вида и режима нагрузок. Практически отсутствуют работы по оценке НДС сварных соединений с учетом их структурной неоднородности при малоцикловом нагружении, по выявлению зон локальных коррозионных повреждений, моделированию кинетики их развития и прогнозу изменения напряженнодеформированного состояния конструкций. Не исследованы возможности проведения магнитного мониторинга металлических конструкций в опасных зонах концентрации напряжений.
Использование магнитомеханического явления открывает широкие перспективы для совершенствования и комплексного применения приборов и методов контроля технического состояния МК с целью повышения уровня их надежной и безопасной эксплуатации и срока службы. Однако эти возможности в достаточной степени не реализованы, как для выявления зон КН в элементах сварных МК с последующей оценкой степени их опасности с учетом химического состава и исходной микроструктуры стали, так и для определения действующих внутренних напряжений, повышения достоверности прочностного расчета, учитывающего кинетику развития коррозионных повреждений, а также для последующего магнитного мониторинга выявленных опасных зон КН.
Вторая глава посвящена обоснованию и выбору материала исследования, приборов и методов контроля, крупномасштабных моделей МК и разработке базовых положений оценки технического состояния промышленных МК с использованием феррозондового метода (в пассивном варианте), реализующего эффект магнитоупругости и магнитомеханический гистерезис.
Разработана методика оценки технического состояния конструкций из ферромагнитных материалов с применением магнитного метода контроля.
Напряженность магнитного поля рассеяния контролировали с помощью прибора ИКНМ-2 ФП с двухканальным феррозондовым преобразователем. В процессе исследований при циклическом ступенчатом упруго-пластическом нагружении сохранялся постоянный контакт феррозондового преобразователя с поверхностью металла в контролируемой зоне КН, измерения значений магнитного параметра осуществлялись во время периодических остановок как при нагружении, так и при разгружении образцов и элементов МК.
Приведены результаты исследования влияния магнитной и механической предысторий металла и толщины немагнитного защитного покрытия конструкций на изменение напряженности магнитного поля рассеяния Н.
р Показано, что после первого цикла нагружениеЦразгружение магнитомеханическая предыстория образцов для всех исследованных сталей практически полностью стирается (рис. 1). Толщина немагнитного защитного покрытия до 3 мм не оказывает существенного влияния на результаты испытаний.
а б Нр, А/м Нр, А/м -11 нагружение 1 нагружение 170 -17,1 разгр. 1 разгр.
2 нагружение 2 нагружение 1-20 2 разгр.
2 разгр.
3 нагружение 3 нагружение 1-22,1-1-27,1-1-32,1--37,--5-60 -42,0 25 50 75 100 125 150 10 50 100 150 200 2, МПа , МПа Рис. 1. Зависимость напряженности магнитного поля Н от одноосных напряжер ний растяжения при упругом деформировании намагниченных образцов из стали 08пс (а) и локально упрочненных образцов из стали 10ХСНД (б) Для проведения экспериментальных исследований использовались плоские образцы толщиной 2, 4, 8 мм и круглые диаметром 5 мм, изготовленные по ГОСТ 1497Ц84 из малоуглеродистых 08пс, Ст3 и низколегированных 09Г2С и 10ХСНД сталей. При исследовании сварных соединений использовались сварные образцы без снятия и со снятым усилением сварного шва, изготовленные по ГОСТ 6996Ц66.
Выбор материала исследования обусловлен тем, что:
Х стали нашли широкое применение в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности;
Х стали относятся к разным категориям прочности, имеют разную склонность к циклическому упрочнению и разупрочнению, что имеет существенное значение при интерпретации результатов со сталями подобного класса;
Х стали имеют обычные и повышенные антикоррозионные свойства;
Х данный выбор сталей позволяет распространить полученные закономерности и дать обоснованные рекомендации на все материалы, близкие к ним по составу и свойствам;
Х вследствие низкого содержания углерода стали могут быть хорошим материалом для изучения физики магнитомеханических явлений.
В реальных металлических конструкциях, в зависимости от поставленного проката, структурной неоднородности сварных соединений, старения металла в процессе эксплуатации, микроструктура в элементах конструкций может значительно отличаться, что определяет в них различные механические свойства. Учитывая этот факт, научно-обоснованная методика предусматривала проведение экспериментальных исследований на образцах с различной исходной микроструктурой:
Х в состоянии поставки;
Х с крупнозернистой структурой после отжига при 900 и 1050 оС;
Х с мелкозернистой структурой;
Х после холодной пластической деформации (поставка + прокатка на степень деформации =50 %).
Для получения мелкозернистой структуры с заданной степенью дисперсности разработаны способы, включающие в себя:
Х термоциклическую обработку (ТЦО) с 5-кратным нагревом сталей о о до температуры 770 С, последующим охлаждением в печи до 690 С, и в конце 5-го цикла с 690 оС - на воздухе;
Х рекристаллизационный отжиг предварительно холоднодеформированных сталей (степень деформации =50 %) в интервале температур 20...900 оС.
Термическая обработка образцов проводилась в программируемых муфельных печах с микропроцессорным управлением СНОЛ 8.2/1100, при о этом температура нагрева контролировалась с точностью 1 С, точность выхода на режим составляла 1 сек.
Для проведения микроструктурного анализа применялся комплекс приборов, включающий в себя инвертированный металлографический микроскоп МЕТАМ РВ-22 и высокоразрешающую цифровую фотоаппаратуру с персональным компьютером. Данные металлографических исследований обрабатывались математически.
Механические свойства сталей изучали на поверенной разрывной машине FPZ 1/100. Деформация образцов осуществлялась в упругопластической области при малоцикловом ступенчатом нагружении. Во время периодических остановок замерялась напряженность магнитного поля рассеяния Н при сохранении постоянного контакта феррозондового преобрар зователя с поверхностью образца в контролируемой зоне КН.
В качестве модельных объектов исследования были выбраны крупномасштабная сварная ферма, сварная стойка и двутавровая балка, которые отражают различные конструктивные решения и позволяют реализовать основные схемы нагружения (растяжение, сжатие, изгиб), присущие реальным металлическим конструкциям (рис. 2).
а б в Рис. 2. Схемы крупномасштабных моделей и испытательных стендов: сварной фермы (а), сварной стойки для внецентренного сжатия (б) и двутавровой балки № 18 (в) (1, 2, 3, 4,А, В - зоны контроля) В третьей главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований конструкционных сталей с различным химическим составом и исходным состоянием с целью получения микроструктур с заданной степенью дисперсности, характерных для реальных металлических конструкций и сварных соединений, обладающих структурной неоднородностью, и ее контроля магнитным методом.
Рассмотрены особенности формирования структуры в малоуглеродистых и низколегированных сталях при холодной пластической деформации, рекристаллизационном отжиге и термоциклической обработке и их влияние на изменение напряженности магнитного поля рассеяния.
Установлена связь между магнитным параметром Н и структурными р изменениями в малоуглеродистых и низколегированных сталях, происходящих при холодной пластической деформации. Показано, что наиболее значительные изменения Н происходят при небольших степенях деформации, р с увеличением степени деформации изменения значений Н уменьшаются р (рис. 3, а). Результаты металлографического анализа хорошо согласуются с данными магнитного контроля.
Разработаны способы получения структуры с заданной степенью дисперсности в сталях за счет предварительной холодной пластической деформации и последующего рекристаллизационного отжига.
Установлена связь между структурными превращениями в сталях и магнитным параметром Н. Показано, что монотонное снижение значений р Н начинается при низких температурах нагрева и заканчивается по оконр чании процесса первичной рекристаллизации, что характеризует высокую структурную чувствительность магнитного параметра Н.
р Выявлены особенности формирования структуры в малоуглеродистых и низколегированных сталях при первичной рекристаллизации. Показано, что во всех исследуемых сталях по окончании первичной рекристаллизации формируется мелкозернистая структура. Дальнейшее повышение температуры нагрева приводит к укрупнению структуры и повышению разнозернистости, при этом конечный размер зерен может быть больше исходных (рис. 4).
Показано, что благодаря различной чувствительности методов контроля фиксируются различные стадии процесса рекристаллизации к моменту завершения термической обработки. Так, при магнитном контроле, в отличие от металлографических исследований, определяется стадия возврата и более раннее прохождение процесса рекристаллизации, что способствует получению более мелкозернистой структуры. Следовательно, появляется возможность более точного контроля формирования микроструктуры с заданной степенью дисперсности по изменению магнитной амплитуды Н р (рис. 3, б).
а б Нр, А/м Нр, А/м -08пс 08пс 09Г2С 09Г2С 10ХСНД 10ХСНД ---, % 0 10 20 30 40 50 ------50 о Т, С -0 100 200 300 400 500 600 700 8-Н Рис. 3. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния для сталей р 08пс, 09Г2С и 10ХСНД от степени деформации (а) и температуры рекристаллизационного отжига (б) а б в г д е Рис. 4. Изменение структуры стали 08пс при рекристаллизационном отжиге, х900:
в состоянии поставки (а), после прокатки на =50 % (б), после прокатки на =50 % и отжига при 600, 700, 800 и 900 оС (вЦе) Выявлены особенности формирования структуры в сталях с различным химическим составом и исходной микроструктурой (состояние поставки, после термической и деформационной обработок) при термоциклической обработке. Установлено, что степень дисперсности формирующейся структуры зависит от химического состава стали, ее исходного состояния и числа циклов. Повышение количества легирующих элементов способствует получению более мелкозернистой структуры. С уменьшением исходного размера зерен при термоциклической обработке формируется структура с более высокой степенью дисперсности. Проведение холодной пластической деформации перед ТЦО позволяет сформировать самую мелкозернистую структуру во всех исследованных сталях. Более интенсивное измельчение исходной структуры наблюдается в процессе первых трех циклов, дальнейшее увеличение числа циклов (до пяти и более) незначительно уменьшает размер зерен, однако снижает их разнозернистость (рис. 5).
Установлена связь между магнитным параметром Н и структурными р изменениями в сталях при ТЦО. Показано, что величина Н зависит от иср ходной микроструктуры, химсостава сталей и числа циклов ТЦО. Наибольшее изменение значений Н наблюдается в процессе первых трех циклов р нагревЦохлаждение. При последующих циклах магнитная амплитуда уменьшается, что связано с менее значительным измельчением структуры (рис. 6) и подтверждается данными металлографических исследований (рис. 5).
а б в г д е Рис. 5. Изменение структуры стали 08пс при ТЦО, х900: а - состояние поставки, бЦе - после 1Ц5 цикла соответственно а б в Нр, А/м Нр, А/м Нр, А/м -15 --+08пс 08пс 08пс +09Г2С +153 09Г2С 09Г2С --10ХСНД -10ХСНД 10ХСНД --------------45 -0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 Циклы Циклы Циклы Рис. 6. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния Нр от числа циклов при термоциклировании сталей 08пс, 09Г2С и 10ХСНД в состоянии поставки (а), после предварительного отжига при 900 оС и после холодной пластической деформации на =50 % Высокая структурная чувствительность магнитного метода позволяет рекомендовать его для контроля формирования структуры в процессе ТЦО в промышленных условиях как более производительный метод по сравнению с методом металлографического анализа.
Разработаны способы получения микроструктуры с заданной степенью дисперсности при ТЦО сталей с различным химическим составом и исходным структурным состоянием.
Таким образом, используя феррозондовый метод контроля (в пассивном варианте) удается фиксировать различные стадии прохождения рекристаллизационного отжига и ТЦО и получать структуру с различной степенью дисперсности, однако при ТЦО открываются более широкие возможности получения структуры, как с точки зрения ее однородности, так и конечного размера зерен.
В четвертой главе приведены результаты исследований влияния действующих внутренних напряжений на изменение магнитного параметра Н р при малоцикловом упругом деформировании, с учетом схемы нагружения, исходной микроструктуры и химического состава исследуемых сталей.
Установлена связь между действующими внутренними напряжениями и напряженностью магнитного поля рассеяния Н при упругой деформар ции (одноосное растяжение и сжатие) образцов из сталей с крупнозернистой, мелкозернистой исходными структурами и структурой после холодной пластической деформации. Показано, что при циклическом упругом деформировании растяжением с увеличением величины действующих внутренних напряжений напряженность магнитного поля снижается, при снижении (разгружение) - значения Н возрастают во всех случаях. При сжатии обр разцов характер зависимости Н ( ) изменяется на противоположный: с р увеличением внутренних напряжений напряженность магнитного поля возрастает, а при снижении (разгружение) значения Н уменьшаются.
р Показано, что при упругом деформировании малоуглеродистых и низколегированных сталей циклическое изменение внутренних напряжений за счет приложения и снятия внешних нагрузок способствует образованию петли магнитоупругого гистерезиса, которая после 1-го цикла нагружение - разгружение чаще всего незамкнута. В процессе 2-го и последующих циклов ветви петли магнитоупругого гистерезиса сближаются, при этом различие конечных и начальных значений Н становится незначительным. Это явлер ние характерно для разных схем нагружения (рис. 7).
Во всех случаях, независимо от химического состава и структурного состояния сталей, после 1-го цикла нагружениеЦразгружение стирается исходная магнитная предыстория металла, вследствие чего увеличение числа циклов практически не приводит к изменению характера хода кривых Н ( ). При неизвестной предыстории металла это имеет положительное р значение, так как способствует значительному повышению точности и надежности последующих измерений.
Показано, что при малоцикловом нагружении стали с мелкозернистой структурой характеризуются более значительными изменениями параметра Н от действующих внутренних напряжений, чем стали с крупнозернистой р а б в г Нр, А/м Нр, А/м Нр, А/м Нр, А/м 280 115 221 нагружение 1 разгр. 1 нагружение 1 нагружение 1 разгр. 1 нагружение 2 нагружение 2 разгр.
2 нагружение 2 разгр. 1 разгр. 1 разгр.
23 нагружение 22 нагружение 3 нагружение 22 нагружение 12 разгр.
2 разгр.
3 нагружение 2223 нагружение 222221111111111120 11100 180 85 45 10 50 100 150 200 250 300 0 25 50 75 100 125 150 175 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 20 25 50 75 100 1, МПа , МПа , МПа , МПа д е ж з Нр, А/м Нр, А/м Нр, А/м Нр, А/м 220 -41 21 нагружение 1 нагру жение 1 разгр. 1 нагружение 1 разгр. 1 нагружение 1 разгр.
222 нагру жение 2 разгр.
1 разгр. -42 2 нагружение 2 разгр. 2 нагружение 2 разгр.
210 3 нагру жение 250 3 нагружение 2 нагружение 205 3 нагружение -2 разгр.
2200 23 нагружение -12190 -12-46 11180 2-170 12-1160 1-1-50 1111-111-111-11-120 110 25 50 75 100 125 150 175 200 20 25 50 75 100 125 10 25 50 75 100 125 150 175 200 20 25 50 75 100 125 150 175 200 2, МПа , МПа , МПа , МПа Рис. 7. Зависимость Н ( ) при растяжении образцов из сталей: 10ХСНД (а), 09Г2С (б), Ст3 (в), 08пс (г) в состоянии поставки;
р 09Г2С (отжиг при 1050 оС) (д), 10ХСНД (поставка + ТЦО) (ж) и 08пс (прокатка на =50 %) (з) и при сжатии образцов из стали Ст3 (поставки) (е) равновесной структурой (рис. 7). Холодная пластическая деформация приводит к значительным изменениям параметра Н только в процессе первого р цикла нагружениеЦразгружение, и к незначительным - при последующих.
Таким образом, полученные при циклическом упругом нагружении малоуглеродистых и низколегированных сталей в различном структурном состоянии экспериментальные зависимости Н ( ) позволяют проводить р оценку упругого напряженно-деформированного состояния металла: выявление зон концентрации напряжений, сравнение их между собой по степени опасности с оценкой в них знака действующих внутренних напряжений (растяжение, сжатие), по петле магнитного гистерезиса - область деформирования (упругая, пластическая), по приращению магнитного параметра Н р - уровень действующих внутренних напряжений.
Предложен механизм, объясняющий магнитный гистерезис при циклическом упругом деформировании сталей. При растяжении происходит обратимое смещение доменных границ, изменение размеров доменов и уменьшение их числа, вследствие чего уменьшаются площадь доменных границ и, следовательно, магнитное поле рассеяния Н, что фиксируется феррозондор вым преобразователем прибора. При снятии нагрузки происходит возвращение доменных границ в исходное состояние и, следовательно, повышение величины магнитного параметра Н.
р В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований зон КН по выявлению взаимосвязи структурных, магнитных и механических параметров малоуглеродистых и низколегированных сталей с различной исходной микроструктурой в процессе упруго-пластического деформирования, с разработкой частных и обобщенных графических и аналитических зависимостей. Описан механизм, объясняющий физику магнитомеханических явлений в ферромагнитных материалах при нагружении - разгружении в слабом магнитном поле Земли (область Рэлея).
Показано, что при упруго-пластическом деформировании растяжением сталей с крупнозернистой и мелкозернистой структурами в упругой области деформирования с увеличением нагрузки магнитный параметр Н снижаетр ся, при переходе в пластическую область - повышается (рис. 8, 9). При этом на возрастающей ветви кривой Н ( ), независимо от химсостава и исходр ной микроструктуры сталей, можно различить три характерных стадии. На первой стадии - медленный подъем значений Н ( ), на второй - более крур той, и на третьей стадии - замедление роста значений Н. При разгружении р образцов наблюдается магнитомеханический гистерезис, при этом конечные значения магнитного параметра не совпадают с исходными.
а б в Нр, А/м Нр, А/м 08пс, Поставка + отжиг 1050 09Г2С, Поставка + отжиг 1050 Нр, А/м 10ХСНД, Поставка + отжиг 101221 нагружение 1 нагружение 1 нагружение 2157,1 разгр. 1 разгр. 1 разгр.
2 нагружение 2 нагружение 2 нагружение 2212 разгр. 2 разгр. 2 разгр.
3 нагружение 3 нагружение 3 нагружение 223 разгр. 3 разгр. 152,5 3 разгр.
2195 12147,12111142,111111137,175 1111132,1111127,155 10 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 20 25 50 75 100 125 150 175 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 2, МПа , МПа , МПа о о Нр, А/м Нр, А/м 08пс, Поставка + отжиг 900 С 09Г2С, Поставка + отжиг 900 С Нр, А/м 10ХСНД, Поставка + отжиг 921 нагружение 1 нагружение 230 21 нагружение 1 разгр. 1 разгр.
1 разгр.
2 нагружение 2 нагружение 2 нагружение 230 22 разгр. 2 разгр.
22 разгр.
3 нагружение 3 нагружение 3 нагружение 3 разгр. 3 разгр. 2220 3 разгр.
4 нагружение 2222121111111111111111140 140 10 25 50 75 100 125 150 175 200 225 20 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 50 100 150 200 250 300 350 400 4, МПа , МПа , МПа Нр, А/м 08пс, Поставка Нр, А/м 09Г2С,Поставка Нр, А/м 10ХСНД, Поставка 230 31 нагружение 285 1 нагружение 1 нагружение 1 разгр.
1 разгр.
1 разгр. 2220 2 нагружение 2 нагружение 2 нагружение 22 разгр.
2 разгр.
2 разгр.
23 нагружение 3 нагружение 3 нагружение 210 3 разгр.
3 разгр.
23 разгр.
24 нагружение 200 4 разгр. 22212111111111111105 185 10 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 50 50 100 150 200 2, МПа , МПа , МПа Рис. 8. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния Н от одноосных р напряжений растяжения для образцов из сталей 08пс (а), 09Г2С (б) и 10ХСНД (в) в состояниях: 1 - (поставка + отжиг при 1050 оС), 2 - (поставка + отжиг при 900 оС), 3 - состояние поставки Установлено, что уменьшение размера зерен в сталях приводит к смещению минимальных значений Н в сторону более высоких значений дейр ствующих внутренних напряжений. Аналогичный характер смещения минимальных значений магнитного параметра Н наблюдается и при изменении р химического состава сталей: то есть, чем выше прочностные свойства сталей, тем к более высоким внутренним напряжениям смещается минимум значений Н в одних и тех же исходных структурных состояниях.
р а б в Нр, А/м 10ХСНД, Прокатка 50 %, зона Нр, А/м 08пс, Прокатка + Рекр. отжиг Нр, А/м 10ХСНД, Поставка + ТЦО 1221 нагружение 1 нагру жение 1 разгр.
1 нагружение 230 11 разгр.
2 нагру жение 2 разгр. 1 разгр.
200 2 нагружение 225 2 нагружение 3 нагру жение 3 разгр.
12 разгр.
2 разгр.
220 3 нагружение 3 нагружение 13 разгр.
190 3 разгр.
212112200 1111111111111111111111111110 100 200 300 400 500 600 700 80 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 50 100 150 200 250 300 3, МПа , МПа , МПа 08пс, Прокатка 50 % Нр, А/м 09Г2С, Прокатка 50 % Нр, А/м Нр, А/м 10ХСНД, Прокатка 50%, зона 2 - ослаб 1260 21 нагружение 1 нагружение 1 нагружение 2160 1 разгр.
1 разгр.
250 1 разгр.
2 нагружение 195 2 нагружение 2 нагружение 155 2 разгр.
2 разгр.
240 2 разгр.
3 нагружение 13 нагружение 3 нагружение 3 разгр.
13 разгр. 185 3 разгр.
21121121112130 1111180 1111111111111111195 10 50 100 150 200 250 300 350 400 40 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 700 8, МПа , МПа , МПа Рис. 9. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния Н от одноосных р напряжений растяжения для образцов из сталей 08пс (а), 09Г2С (б) и 10ХСНД (в) в состояниях: 4а - (прокатка на =50 % + рекристаллизационный отжиг); 4б - (поставка + ТЦО); 4в - (прокатка на =50 % с неослабленным сечением образцов); 5а, б - (поставка + прокатка на =50 %); 5в - (прокатка на =50 % с ослабленным сечением образцов Прошедшая пластическая деформация также способствует смещению минимальных значений параметра Н в сторону более высоких значений р действующих внутренних напряжений для всех исследуемых сталей, что связано с упрочнением металла в процессе предварительной холодной пластической деформации (рис. 8, 9).
Установлено, что исходная микроструктура существенно влияет и на характер изменения Н при снятии внешней растягивающей нагрузки в плар стической области деформирования. Для крупнозернистых сталей характер- но раннее снижение значений Н с уменьшением внутренних напряжений.
р Уменьшение исходного размера зерен приводит к большему запаздыванию значений Н, при этом значения магнитного параметра для сталей с самой р мелкозернистой структурой и после холодной пластической деформации остаются неизменными (рис. 9).
Показано, что после полного разгружения отсутствует совпадение исходных и конечных значений Н, как для сталей с крупнозернистой, так и р мелкозернистой структурами. Характер изменения Н ( ) предварительно р деформированного металла соизмерим с характером изменения мелкозернистых сталей, что необходимо учитывать при оценке технического состояния МК.
Факт прохождения пластической деформации можно подтвердить проведением металлографического анализа в исследуемых зонах концентрации напряжений. Закономерности изменения Н ( ), полученные на малоуглер родистых и низколегированных сталях при упруго-пластическом деформировании (нагружение и разгружение), могут быть распространены и на другие стали, близкие к ним по составу и свойствам.
На основе проведенных исследований разработаны и запатентованы способы определения внутренних напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов и предложены рекомендации, позволяющие использовать применяемый магнитный метод при оценке напряженно-деформированного состояния металлических конструкций.
Между процессами изменения магнитного параметра Н ( ) в слабом р магнитном поле Земли (область Рэлея) при пластическом деформировании, намагничиванием ферромагнетика в сильных магнитных полях Н и процессами упрочнения металлов с кубической решеткой при пластической деформации наблюдается качественное сходство кривых и трехстадийность изменения зависимостей магнитной индукции от напряженности магнитного поля В(Н ), напряженности магнитного поля рассеяния от действующих внутренних напряжений Н ( ) и зависимости внутренних напряжений от стер пени пластической деформации ( ), и гистерезисные явления при разгружении. Это - магнитный гистерезис в сильном и слабом магнитных полях при размагничивании и механический - при снятии внешней нагрузки.
Магнитомеханический гистерезис, возникающий в слабом магнитном поле Земли в процессе циклического нагружения, аналогичен магнитному гистерезису, возникающему при намагничивании и размагничивании ферромагнетика в сильном магнитном поле. При этом трехстадийное изменение значений Н при нагружении в пластической области деформирования сор ответствует хорошо изученным процессам намагничивания ферромагнетика в сильном магнитном поле (область обратимых и необратимых смещений доменных границ, парапроцесс). В нашем случае на процесс намагничивания ферромагнетика в слабом магнитном поле Земли оказывают влияние действующие внутренние напряжения, которые приводят к деформационному упрочнению за счет эволюции дислокационной структуры (I стадия легкого скольжения дислокаций, II стадия быстрого упрочнения и III стадия снижения скорости упрочнения металла, характерные и для зависимости ( ) ).
Поэтому при пластическом деформировании сталей на I и II стадиях упрочнения металла, за счет взаимодействия дислокаций и формирования ячеистой дислокационной структуры, происходит необратимое смещение доменных границ, дробление доменов, увеличение площади доменных границ и закрепление их на границах зерен, скоплениях дислокаций и включениях, формирование кристаллографической текстуры и поворот векторов спонтанной намагниченности доменов в направлении приложенных напряжений.
На стадии III, в связи с аннигиляцией дислокаций и уменьшением поля внутренних напряжений, уменьшается коэффициент упрочнения, что приводит к замедлению роста значений Н при повышении внутренних напряжер ний. При разгружении, вследствие необратимого смещения доменных границ, возникает магнитный гистерезис, ширина петли которого увеличивается с уменьшением размеров зерен и степени холодной пластической деформации. Следовательно, по результатам металлографического анализа и ширине петли магнитного гистерезиса можно судить о прохождения пластической деформации и ее степени в контролируемых зонах концентрации напряжений.
С целью развития возможностей оценки фактического напряженнодеформированного состояния металлических конструкций по результатам экспериментальных исследований проведен регрессионный анализ данных и получены частные (для конкретного исходного структурного состояния) и обобщенные (учитывающие различные структурные состояния) графические и аналитические зависимости напряженности магнитного поля рассеяния от действующих внутренних напряжений Н ( ) для сталей с различными хир мическим составом и исходной микроструктурой. Для всех значений напряженности магнитного поля Н рассчитаны выборочные средние значения, р дисперсии и средние квадратичные отклонения. Проведены процедура проверки гипотез о равенстве средних, анализ значимости коэффициентов регрессионной модели с использованием критерия Стьюдента (t-критерий), анализ значимости коэффициентов множественной корреляции (F-критерий) для любого уровня и анализ значимости моделей в целом. Проведенные статистические исследования взаимосвязи структурных, магнитных и механических параметров свидетельствуют о том, что все исследованные выборки являются представительными, что позволяет подобрать значимые регрессионные модели для всех исследуемых сталей. На основе таких моделей получены частные и обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости, учитывающие различные исходные структурные состояния малоуглеродистых и низколегированных сталей и отражающие сложный характер взаимосвязи Н ( ).
р Аналитические выражения, описывающие с достаточно высокой точностью зависимость магнитного параметра Н от действующих внутренних р напряжений при упруго-пластическом деформировании стали 08пс, можно представить в виде:
2 Н р = (а + с + е ) /(1+ b + d ), (1) Н р т т т т или в виде:
у = (а + сх + ех2 ) /(1+ bх + dх2 ), (2) х = / у = Н / Н где,, Н, - текущие значения напряженности р р0 р т Н,т магнитного поля рассеяния и действующих внутренних напряжений, р - начальное значение напряженности магнитного поля рассеяния и предел текучести материала соответственно, а, b, с, d, e - экспериментальные коэффициенты, зависящие от исходного структурного состояния металла.
Так, для стали 08пс с крупнозернистой структурой (рис. 10, а), частная регрессионная зависимость получена с коэффициентом множественной корреляции R2=0,84. Модель статистически значима, так как Fрасч =57,52 (для точки измерения). Все коэффициенты в модели значимы, так как вероятность tрасч для всех коэффициентов меньше =0,05. При этом коэффициенты равны: a=0,997872300, b=-1,78841401, c=-1,89629706, d=0,925422611, e=1,008487915.
Обобщенная регрессионная зависимость для стали 08пс (рис. 10, б), учитывающая различные структурные состояния (состояние заводской поставки, с крупнозернистой и мелкозернистой структурами, после холодной пластической деформации), получена с коэффициентом множественной корреляции R2=0,75. Модель статистически значима, так как Fрасч =148,50 (для 118 точек измерения). Все коэффициенты в модели значимы, так как вероятность tрасч для всех коэффициентов меньше =0,05. При этом коэффициенты равны: a=0,994183846, b=-1,83653583, c=-1,88354734, d=1,110463452, e=1,090809993.
а б d 0.92542261 e 1.008481.05 1.1.1 1.Н Н р р 1.05 1.05 1 Н Н рр1 1 0.95 0.0.95 0.95 0.9 0.0.9 0.0.85 0.0.85 0.0.8 0.0.8 0.0.75 0.0.75 0.0.7 0.0.7 0.0.65 0.0 0.5 1 1.0 0.5 1 1. /т /т Рис. 10. Графическое представление регрессионных зависимостей для стали 08пс:
а - частная (для крупнозернистой структуры после отжига при 900 оС), б - обобщенная Установлено, что при известных структурных и механических параметрах стали для определения действующих внутренних напряжений следует использовать частные графическую или аналитическую зависимости для данного структурного состояния, при неизвестных параметрах - обобщенные зависимости. В первом случае точность определяемых действующих внутренних напряжений значительно выше: погрешность составляет 10...12 %, во втором случае - не превышает 15...25 %.
Показано, что полученные частные и обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными, что позволяет использовать их при определении действующих внутренних напряжений в элементах металлических конструкций.
Полученные зависимости и закономерности можно распространить на все стали, близкие к исследуемым по химическому составу, структурному состоянию и классам прочности.
В шестой главе исследовано напряженно-деформированное состояние сварных соединений при малоцикловом упругом деформировании и представлены результаты экспериментально-расчетной оценки НДС МК при моделировании кинетики развития коррозионных повреждений.
В связи с тем, что более 80 % отказов металлических конструкций связано со сварными соединениями, несмотря на то, что их объем в сварных конструкциях не превышает 1,0Е1,5 %, представляло научный и практический интерес оценить степень опасности основных зон сварного соединения с учетом их структурной неоднородности.
Установлено, что наибольшее изменение напряженности магнитного поля рассеяния Н на сварных образцах без снятия усиления наблюдалось в р зоне сплавления основного металла со сварным швом, что, в соответствии с ранее проведенными исследованиями, свидетельствует о наличии в этой зоне контроля более высоких внутренних напряжений. С целью исключения влияния технологического концентратора при механических испытаниях были испытаны образцы со снятым усилением. Видно (рис. 11), что независимо от зоны контроля (сварной шов, зона сплавления, основной металл) наибольшие изменения магнитного параметра Н происходят в процессе 1р го цикла нагружениеЦразгружение. В процессе 2-го цикла значения Н при р нагружении и разгружении сближаются друг с другом, что заметно по расположению ветвей петли магнитного гистерезиса, при этом конечные значения Н практически совпадают с исходными, что хорошо согласуется с рер зультатами ранее проведенных экспериментальных исследований.
а б Нр, А/м Зона сплавления Нр, А/м Зона основного металла 111 нагружение 1 нагружение 11 разгр.
1 разгр.
12 нагружение 2 нагружение 2 разгр. 95 2 разгр.
3 нагружение 3 нагружение 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 20 25 50 75 100 125 150 175 200 225 2, МПа , МПа Рис. 11. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния от внутренних напряжений в сварном соединении из стали Ст3 со снятым усилением: в зоне сплавления основного металла со сварным швом (а) и в зоне основного металла (б) Анализ зависимостей Н ( ) показал, что наименьшие изменения пар раметра Н в процессе 2-го и 3-го нагружений присущи зоне основного мер талла. В зоне сплавления и сварного шва наблюдаются более значительные, но близкие друг к другу приращения значений Н, что свидетельствует о р наличии примерно равных внутренних напряжений. Однако, учитывая отсутствие усиления сварного шва в исследуемых образцах, можно констатировать, что наиболее высокие внутренние напряжения соответствуют зоне сплавления.
Металлографический анализ подтвердил структурную неоднородность сварных соединений и наличие различных зон, характерных для малоуглеродистых и низколегированных сталей (рис. 12). Показано, что в зоне сварного шва, а также в зоне сплавления сварного шва и основного металла с прилегающим участком перегрева формируется крупнозернистая структура, приводящая к снижению прочностных свойств металла и повышению внутренних напряжений в процессе нагружения по сравнению с мелкозернистой структурой основного металла. Участок полной перекристаллизации металла, имеющий самую мелкозернистую структуру, показывал наименьшие изменения Н, соответствующие меньшим внутренним напряжениям.
р а б в Рис. 12. Микроструктура стыкового сварного соединения из стали Ст3, х350:
а - сварной шов, б - зона сплавления, в - основной металл Таким образом, наиболее опасным местом сварного соединения являются зона сплавления сварного шва и основного металла с участком перегрева, что подтверждается проведенными исследованиями. Эта опасность может усугубляться появлением при сварке радиусов перехода от металла сварного шва к основному металлу (средние значения радиусов составляют 0,4...0,8 мм), что способствует повреждению металла и зарождению трещин в малом объеме крупнозернистого участка зоны термического влияния. Поэтому при магнитном контроле сварных соединений МК в первую очередь необходимо контролировать зону сплавления сварного шва с основным металлом и участком перегрева.
Разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния сварных соединений с учетом структурной неоднородности сварного шва и зоны термического влияния. Наиболее опасные зоны, в которых определяются действующие внутренние напряжения для последующего прочностного расчета, выявляются по максимальным величинам приращения магнитного параметра Н.
р Исходной предпосылкой при разработке методик выявления и мониторинга зон коррозионных повреждений является то, что любой вид коррозии способствует возникновению и развитию зон концентрации напряжений (потенциальных мест разрушения элементов конструкций), однако выявление таких зон является сложной проблемой.
Показано, что в зоне локального коррозионного повреждения происходит резкое изменения значений Н, как при нагружении, так и разгружер нии, что связано с более высокими внутренними напряжениями вследствие ослабления контролируемого сечения за счет коррозионного износа (рис. 13, а). При этом более высокому (по модулю) приращению напряженности магнитного поля отвечают и более высокие действующие внутренние напряжения, определяющие наиболее опасную из исследуемых зон.
а б в Нр, А/м Нр, А/м Нр, А/м --24 нагружение 4 разгр.
4 нагружение 4 разгр.
--5 нагружение 5 разгр.
25 нагружение 5 разгр.
-1' -2--2-2' -200 -190 -30 --180 --1--160 -3' -1--4' 1--1--120 ---1--1---Р -0,--0 50 100 150 200 250 300 350 40 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 2Р, кг Р, кг Р, кг Рис. 13. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния Н от прилор женной нагрузки для стали Ст3: а - в зоне с локальным коррозионным повреждением (нижняя петля) и без повреждения (верхняя петля), б - в зоне с общим коррозионным повреждением, в - в зоне без повреждения Установлено, что наличие зон общей коррозии также характеризуется значительным изменением величины Н, в отличие от областей, не имеюр щих таких повреждений (рис. 13, б, в). При этом величина изменения значений Н зависит от степени коррозионного износа в пределах общей площар ди коррозионного повреждения, что позволяет в этой области выявить зону с самой высокой степенью коррозионного износа. Следовательно, полученные закономерности изменения Н свидетельствуют о возможности контроля р развития зон коррозионного повреждения по приращению напряженности магнитного поля рассеяния Н, что позволяет использовать феррозондовый р метод контроля (в пассивном варианте) при проведении постоянного или периодического мониторинга.
С целью уточнения в зонах коррозионных повреждений действующих внутренних напряжений, используемых в прочностных расчетах, следует использовать частные или обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости. Однако при проведении прочностного расчета необходимо учитывать не только экспериментальные данные магнитного контроля, но и кинетику развития коррозионных повреждений.
Таким образом, задача расчета конструкций с учетом воздействия коррозионной среды требует разработки расчетной математический модели, то есть совокупности уравнений, описывающих процессы деформирования и разрушения конструкций, а также описывающих процессы взаимодействия конструкций с коррозионной средой. Это предполагает идентификацию этих уравнений, оценку значений коэффициентов уравнений, подбор подходящих функций по результатам экспериментальных исследований, решение полученной совокупности уравнений и анализ поведения МК в различных условиях. С этой целью проведено исследование напряжённо-деформированного состояния крупномасштабной модели плоской фермы (рис. 2, а) с учетом агрессивного воздействия коррозионной среды.
В качестве моделей коррозионного износа использовались:
t R Х экспоненциальная модель: t = 0 1- e, (3) 0t Х дробно-линейная модель: t =, (4) t + S Х логистическая модель: t = (5) (1+ e-Кbt), где - глубина коррозии; t - время; остальные величины являются определяемыми коэффициентами или функциями.
Установлено, что расчет действующих внутренних напряжений в элементах крупномасштабной модели сварной фермы с учетом длительного влияния коррозионной среды дает достаточно хорошее совпадение расчетных значений дробно-линейной и логистической моделей, что позволяет рекомендовать их для расчета элементов конструкций, находящихся в плоском напряженном состоянии (при условии определения коэффициентов по результатам испытаний в плоском напряженном состоянии).
В седьмой главе представлены результаты экспериментальнорасчетных исследований напряженно-деформированного состояния крупномасштабных моделей (рис. 2), реализующих различные схемы нагружения.
Экспериментальные данные определения внутренних напряжений магнитным методом сравнивались с данными тензометрического контроля и прочностного расчета. Ступенчатое нагружение и разгружение моделей осуществлялось в упругой области деформирования, при этом максимальные внутренние напряжения не превышали 0,5. Расчет усилий и внутренних т напряжений в элементах конструкций выполнялся с помощью проектновычислительного комплекса SCAD, реализующего конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем при проверке несущей способности МК.
Установлено, что полученные экспериментальные зависимости магнитного параметра Н от действующих внутренних напряжений справедлир вы и для типичных крупномасштабных моделей, находящихся в сложном и плоском напряженно-деформированных состояниях при растяжении, сжатии и изгибе. Показано хорошее соответствие значений действующих внутренних напряжений при сравнении магнитных и расчетных данных по результатам малоцикловых нагружений исследуемых конструкций, что свидетельствует о возможности определения внутренних напряжений в зонах КН при малоцикловом упругом нагружении. При этом значения внутренних напряжений при магнитном контроле несколько превышали расчетные, что подтверждает необходимость проведения контроля в зонах КН.
Показана возможность использования как частных, так и обобщенных графических и аналитических регрессионных зависимостей, полученных в результате математической обработки результатов экспериментальных исследований, с целью уточнения величин действующих в элементах моделей в зонах концентрации напряжений внутренних напряжений.
В восьмой главе изложены результаты совершенствования и практического применения методик оценки технического состояния промышленных МК на основе разработанных способов определения действующих внутренних напряжений и представлена экспериментально-расчетная методика оценки НДС, учитывающая структурную неоднородность, химический состав металла и кинетику развития коррозионных повреждений.
Разработанная комплексная методика оценки технического состояния металлических конструкций предусматривает применение в комплексе с другими феррозондового метода (в пассивном варианте). Схема оценки технического состояния металлических конструкций представлена на рис. 14.
Ее особенностью является возможность проведения как выборочного, так и сплошного магнитного контроля узлов, элементов и сварных соединений металлических конструкций, выявления зон концентрации напряжений, оценки степени их опасности и определения в них внутренних напряжений.
При оценке степени опасности выявленных зон КН учитывается величина приращения Н при ступенчатом нагруженииЦразгружении конст р рукции или ее элементов: чем выше приращение, тем больше величина действующих внутренних напряжений и выше степень опасности выявленной зоны. Оценка степени опасности выявленных зон КН является ответственной Проведение магнитного контроля 100% контроль Выборочный контроль Выявление зон концентрации напряжений (ЗКН) Сравнение выявленных ЗКН по степени опасности ЗКН в упругой ЗКН в пластической области области деформирования деформирования Определение внутренних напряжений с применением графических и аналитических зависимостей Выявление дефектов Взятие проб традиционными Тензометрия методоми НК Оценка Хим. анализ допустимости Мониторинг дефектов Микроструктурн Допустимые ый анализ Постоянный Измерение Недопустимые Периодический твердости Мех. испытания Уточнение напряженно-деформированного состояния в элементах металлоконструкций Принятие решения Рис. 14. Схема оценки технического состояния МК и необходимой операцией, так как позволяет резко сократить объем проводимых работ и повысить степень достоверности результатов исследования. В этом случае выявление дефектов традиционными методами НК следует проводить в опасных зонах КН, что значительно повышает производительность процесса контроля. При этом становятся известными места проведения уточняющих исследований, например, металлографического анализа и твердометрии, что способствует повышению достоверной оценки напряженнодеформированного состояния металлических конструкций. В опасных зонах КН наиболее целесообразна установка датчиков контроля для проведения тензометрического или магнитного мониторинга.
Оценка уровня внутренних напряжений в опасных зонах КН может проводиться как по изменению магнитного параметра Н, так и с использор ванием частных и обобщенных графических и аналитических регрессионных зависимостей, полученных в ходе экспериментальных исследований на малоуглеродистых и низколегированных сталях. При известных структурных и механических параметрах металла конструкций следует использовать частные, более точные, зависимости, при неизвестных - обобщенные.
Разработанная методика была апробирована при оценке технического состояния основных несущих конструкций промышленных зданий ЗАО "Локомотив" ДО ОАО "Кировский завод" (рис. 15). Магнитный контроль стропильных ферм, подкрановых балок и колонн проводился на поверхности элементов конструкций и сварных соединений без приостановки работы оборудования. Высокая производительность контроля обеспечивалась отсутствием необходимости в какой-либо специальной подготовке контролируемых поверхностей.
а б Рис. 15. Общий вид (а) и элементы несущих МК (б) промышленных зданий локомотивного депо ЗАО "Локомотив" Показано, что экспериментальные зависимости Н ( ), полученные р при малоцикловом упруго-пластическом деформировании образцов из малоуглеродистых и низколегированных сталей с учетом их исходной микроструктуры и подтвержденные испытаниями на крупномасштабных моделях:
при нагружении сварной фермы, внецентренном сжатии сварной стойки, изгибе двутавровой балки, действительны при оценке напряженнодеформированного состояния эксплуатируемых металлических конструкций.
Разработана экспериментально-расчетная методика оценки НДС промышленных металлических конструкций по остаточной намагниченности в области Рэлея с учетом структурных изменений металла и кинетики развития коррозионных повреждений, одним из основных условий которой является обязательное предварительное выявление зон КН с оценкой степени их опасности и определением в наиболее опасных их них действующих внутренних напряжений, используемых в последующем прочностном расчете.
Разработаны способы и даны рекомендации по усилению сварных соединений и элементов металлических конструкций путем проведения восстановительной термической обработки за счет направленного изменения структуры в локальных зонах концентрации напряжений с последующим магнитным контролем.
Рассмотрены вопросы и предложена методика проведения магнитного мониторинга эксплуатируемых МК, работающих в условиях воздействия различных температур, нагрузок и коррозионных сред. Его применение позволяет не только своевременно обнаружить развитие опасных дефектов, но и на этой основе значительно повысить надежность и долговечность МК с принятием обоснованного решения о продлении срока их эксплуатации.
Приведен пример проведения мониторинга технического состояния металлоконструкций в промышленных условиях с использованием феррозондового метода контроля (в пассивном варианте). На основании проведенных исследований и прочностных расчетов с учетом результатов магнитного контроля сделаны обоснованные выводы и рекомендации по дальнейшей надежной и безопасной эксплуатации МК.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Представленная работа позволила систематизировать и обобщить значительный аналитический и практический опыт, накопленный в рассматриваемой области за последние десятки лет. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решена крупная научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение в области повышения надежности, эксплуатационной безопасности и срока службы сварных металлических конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1. Обоснован подход и разработаны теоретические и практические положения по комплексному применению приборов и методов контроля с использованием феррозондового метода контроля (в пассивном варианте) с целью оценки фактического напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых металлических конструкций.
2. Разработаны способы магнитного контроля структурных изменений в малоуглеродистых и низколегированных сталях при деформационном, деформационно-термическом и термическом воздействиях, позволяющие получать в изделиях структуру металла с заданной степенью дисперсности. Показаны высокая структурная чувствительность и производительность магнитного метода, что значительно повышает степень достоверности результатов контроля и позволяет рекомендовать его использование в промышленных условиях.
3. Установлена корреляционная связь между структурными, магнитными и механическими параметрами в условиях малоциклового упругопластического деформирования малоуглеродистых и низколегированных сталей в широком диапазоне нагрузок и схем нагружения. Показано, что растяжение в упругой области деформирования приводит к уменьшению магнитного параметра Н, в пластической области - к повышению. Сжатие р металла в упругой области деформирования повышает значения магнитного параметра Н. В процессе снятия нагрузки наблюдается обратная картина р изменения значений Н. При циклическом упругом нагружении приращер ния Н пропорциональны изменению внутренних напряжений, а обра р зующаяся петля магнитного гистерезиса имеет замкнутый вид.
4. Установлено, что снятие внешних усилий после упругопластической деформации малоуглеродистых и низколегированных сталей приводит к образованию петли магнитомеханического гистерезиса, величина которой зависит от исходной микроструктуры, химического состава и степени пластической деформации стали. Показано, что уменьшение исходного размера зерен, повышение легированности сталей и увеличение степени пластической деформации приводит к увеличению ширины петли магнитомеханического гистерезиса, что необходимо учитывать при оценке фактического напряженно-деформированного состояния металлических конструкций.
5. Предложен механизм, учитывающий изменение магнитного параметра Н от действующих внутренних напряжений, химического состава р и исходной микроструктуры сталей при циклическом нагружении в слабых магнитных полях (область Рэлея): обратимое смещение доменных границ при упругом деформировании и переход к необратимым смещениям вследствие закрепления доменных границ на скоплениях дислокаций, границах зерен и включениях в процессе деформационного упрочнения металла при пластическом деформировании.
6. Разработаны и апробированы частные и обобщенные графические и аналитические регрессионные зависимости безразмерных параметров Н / Н и /0,2 при упруго-пластическом деформировании промышленр р ных сталей различных классов прочности с учетом их химического состава и структурного состояния, позволяющие определить фактические значения внутренних напряжений в зонах концентрации напряжений при нагружении (разгружении) элементов конструкций. Показано, что при известных структурных и механических параметрах металла следует использовать частные, в иных случаях - обобщенные зависимости, при этом погрешности определения внутренних напряжений не превышают 10Е12 и 15Е25 % в первом и втором случаях соответственно.
7. Разработаны, апробированы и запатентованы способы определения внутренних напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов феррозондовым методом, позволяющие по характеру и величине изменения напряженности магнитного поля рассеяния Н при их ступенчатом нагрур жении (разгружении) оценить степень опасности выявленных зон концентрации напряжений и определить фактические значения действующих внутренних напряжений.
8. Разработана и апробирована экспериментально-расчетная методика оценки технического состояния металлических конструкций по остаточной намагниченности в области Рэлея, включающая оценку фактического напряженно-деформированного состояния элементов конструкций с учетом микроструктуры, химического состава металла и структурной неоднородности сварных соединений, с элементами моделирования кинетики развития коррозионных повреждений. Выявление зон концентрации напряжений в элементах металлических конструкций, оценка степени их опасности и определение в опасных зонах действующих внутренних напряжений проводится с применением магнитного и других методов контроля.
9. Показана возможность и разработаны способы усиления сварных соединений и элементов эксплуатируемых металлических конструкций путем проведения восстановительной термической обработки за счет повышения прочностных свойства металла в локальных зонах концентрации напряжений, с поэтапным магнитным контролем структурных изменений.
10. Показано, что применение магнитного мониторинга в опасных зонах концентрации напряжений позволяет контролировать изменение напряженно-деформированного состояния металлических конструкций под воздействием различных факторов: температуры окружающей среды, агрессивного воздействия коррозионных сред, величины и характера нагрузок, и уменьшить вероятность возникновения предаварийных и аварийных ситуаций.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОТРАЖЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ:
Монографии 1. Гордиенко В.Е. Магнитный контроль и оценка напряженнодеформированного состояния металла при упруго-пластическом деформировании. - СПб.: СПбГАСУ, 2008. - 114 с.
2. Гордиенко В.Е. Магнитный контроль и расчет МК с учетом структурной неоднородности сварных соединений и коррозионных повреждений. - СПб.: СПбГАСУ, 2008. - 114 с.
3. Гордиенко В.Е. Магнитный контроль структурных изменений в конструкционных сталях при деформационном и термическом воздействиях. - СПб.: СПбГАСУ, 2008. - 92 с.
4. Гордиенко В.Е. Техническое диагностирование строительных конструкций.
Методы контроля качества. - СПб.: СПбГАСУ, 2004. - 144 с.
5. Гордиенко В.Е. Техническое диагностирование строительных конструкций.
Дефекты и их влияние на работоспособность. - СПб.: СПбГАСУ, 2004. - 91 с.
6. Гордиенко В.Е. Техническое диагностирование строительных конструкций.
Средства контроля качества. - СПб.: СПбГАСУ, 2004. - 92 с.
7. Гордиенко В.Е. Ресурс и надежность строительных металлических конструкций в условиях воздействия коррозионных сред. - СПб.: СПбГАСУ, 2006. - 91 с.
Статьи в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий 8. Гордиенко В.Е. Мониторинг. Пути повышения надежности и прогнозирования остаточного ресурса металлических конструкций зданий и сооружений. // Промышленное и гражданское строительство. - 2005. - № 12. - С. 42Ц43.
9. Гордиенко В.Е. О факторах, влияющих на выбор методов неразрушающего контроля и надежность строительных металлоконструкций. // Контроль. Диагностика. - 2006. - № 1. - С. 52Ц56.
10. Гордиенко В.Е. К вопросу оценки НДС металла при упруго-пластическом деформировании. // Промышленное и гражданское строительство. - 2007. - № 1. - С. 54 - 55.
11. Гордиенко В.Е. К вопросу магнитного контроля и оценки НДС металла с применением графических и аналитических регрессионных зависимостей. // Контроль.
Диагностика. - 2008. - № 8. - С. 52Ц55.
12. Гордиенко В.Е. Магнитный контроль при усилении металлических конструкций. // Контроль. Диагностика. - 2008. - № 5. - С. 70Ц71.
13. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Зависимость напряженности магнитного поля рассеяния малоуглеродистых и низколегированных сталей от одноосных напряжений растяжения и сжатия. // Контроль. Диагностика. - 2007. - № 2. - С.
60Ц64, 69 (6 с./2 с.).
14. Гордиенко В.Е. К вопросу повышения надежности строительных металлических конструкций. Вестник гражданских инженеров. - 2006. - № 3 (8). - С. 37Ц42.
15. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Экспериментальное исследование НДС в элементах металлических конструкций. // Промышленное и гражданское строительство. - 2007. - № 2. - С. 47Ц48 (2 с./1 с.).
16. Гордиенко В.Е. К вопросу технического диагностирования строительных металлоконструкций и сооружений. // Промышленное и гражданское строительство. - 2005. - № 9. - С. 53.
17. Гордиенко В.Е., Бакшеев А.О. Влияние напряженно-деформированного состояния сварной фермы на изменение напряженности магнитного поля рассеяния. // Промышленное и гражданское строительство. - 2006. - № 11. - С. 46Ц47 (2 с./1 с.).
18. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Особенности оценки внутренних напряжений в сварных соединениях металлических конструкций. // Жилищное строительство. - 2007. - № 1. - С. 11-12 (2 с./1 с.).
19. Гордиенко В.Е. Влияние холодной пластической деформации на структуру и магнитные свойства строительных сталей. // Контроль. Диагностика. - 2006. - № 9. - С.
33Ц36.
20. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Влияние температуры нагрева на структуру и магнитные свойства малоуглеродистых и низколегированных сталей при рекристаллизационном отжиге. // Промышленное и гражданское строительство. - 2006. - № 10. - С. 42Ц43 (2 с./1 с.).
21. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Изменение структуры и магнитных свойств малоуглеродистых и низколегированных сталей в процессе термоциклической обработки. // Контроль. Диагностика. - 2007. - № 3. - С. 59Ц63 (5 с./2 с.).
22. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. К выбору методов НК при техническом диагностировании эксплуатируемых конструкций зданий и сооружений. // Контроль. Диагностика. 2005. № 3. - С. 45-47 (3 с./1,5 с.).
23. Белый Г.И., Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. К вопросу повышения надежности контроля при техническом диагностировании строительных конструкций. // Промышленное и гражданское строительство. 2005. № 3. - С. 40-41 (2 с./1 с.).
24. Павлов И.В., Гордиенко В.Е. К вопросу комплексного применения методов и средств контроля и диагностики технического состояния конструкций. // Контроль. Диагностика. - 2007. - № 9. - С. 53Ц55 (3 с./1,5 с.).
25. Гордиенко В.Е. Влияние дефектов на надежность сварных металлических конструкций. // Контроль. Диагностика. - 2006. - № 2. - С. 24Ц27.
26. Павлов И.В., Гордиенко В.Е. К вопросу совершенствования методов диагностики технического состояния конструкций. // Контроль. Диагностика. - 2007. - № 8. - С. 73Ц74 (2 с./1 с.).
27. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О., Курочкин В.С. Визуально-оптический и измерительный контроль как средства технического диагностирования металлических конструкций зданий и сооружений. Вестник гражданских инженеров. - 2005. - № 4 (5). - С. 20Ц24 (2 с./1 с.).
28. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Структурные изменения в строительных сталях при термическом воздействии. // Строительные материалы. - 2007. - № 1. - С. 66-68 (3 с./1 с.).
29. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В. Магнитный контроль металла конструкций без снятия немагнитного защитного покрытия. // Контроль. Диагностика. - 2008. - № 9. - С. 27Ц29 (3 с./2 с.).
Публикации в других изданиях 30. Белый Г.И., Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. Некоторые особенности использования средств и методов НК при обследовании бетонных и железобетонных конструкций. // В мире неразрушающего контроля. - 2003. - № 3. - С. 28Ц31.
31. Морозов В.И., Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г., Белый Г.И. Достоверный результат. Вузовская наука на службе промышленной безопасности. // Берг-коллегия.
Пром. безопасность. - 2003. - № 1 (10). - С. 20Ц21.
32. Морозов В.И., Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г., Норин В.А. Триада успеха.
Метрология, стандартизация и сертификация - основа промышленной безопасности. // Берг-коллегия. Пром. безопасность. - 2003. - № 2 (11). - С. 38Ц39.
33. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г., Кузьмин О.В. К вопросу проведения неразрушающего контроля металлических конструкций и оборудования. // В мире неразрушающего контроля и диагностики материалов, промышленных изделий и окружающей среды: материалы IV Всерос. с междунар. участием науч.-практ. семинара / Сев.-Зап.
техн. ун-т. - СПб., 2003. - С. 150.
34. Гордиенко В.Е. Дефекты и их влияние на работоспособность строительных металлических конструкций. // Актуальные проблемы современного строительства: 57-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.строит. ун-т. - СПб., 2004. - Ч. 2. - С. 140Ц143.
35. Гордиенко В.Е. Особенности выбора методов неразрушающего контроля при техническом диагностировании опасных производственных объектов. // Актуальные проблемы современного строительства: 56-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2003. - Ч. 2. - С. 134 - 138.
36. Гордиенко В.Е., Бакшеев А.О. Старение строительных сталей в процессе длительной эксплуатации. // Актуальные проблемы архитектуры, строительства и транспорта: 58-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2005. - Ч. 1. - С. 81Ц83.
37. Гордиенко В.Е., Кузьмин О.В. Некоторые аспекты прогнозирования остаточного ресурса оборудования, машин и металлических конструкций, отработавших нормативный срок службы. // Актуальные проблемы современного строительства: 56-я Междунар. науч-техн. конф. молодых ученых: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит.
ун-т. - СПб., 2003. - Ч. 2. - С. 138Ц139.
38. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г., Столяров Н.Н. Особенности эксплуатации и оценки технического состояния подкрановых конструкций // Актуальные проблемы современного строительства: 57-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2004. - Ч. 2. - С. 143Ц144.
39. Гордиенко В.Е. Некоторые особенности ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений металлических конструкций. // Докл. 61-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2004. - Ч. 1. - С. 118Ц121.
40. Гордиенко В.Е. Прогнозирование ресурса строительных металлических конструкций и технических устройств. // Докл. 62-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.строит. ун-т. - СПб., 2005. - Ч. II. - С. 120Ц122.
41. Гордиенко В.Е. К вопросу надежности строительных металлических конструкций в условиях воздействия коррозионных сред. // Актуальные проблемы современного строительства: 59-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2006. - Ч. II. - С. 132Ц134.
42. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. Аппаратура для неразрушающего контроля прочности бетона. // Докл. 60-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2003. - Ч. 1. - С. 131Ц133.
43. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. Современное состояние визуального контроля. // Докл. 60-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2003. - Ч. 1. - С. 133Ц135.
44. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. Проблемы и пути повышения надежности сварных металлических конструкций. // Докл. 62-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.строит. ун-т. - СПб., 2005. - Ч. II. - С. 122Ц124.
45. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Влияние режимов термоциклической и термической обработок на структуру и магнитные свойства строительных сталей. // Докл. 63-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2006. - Ч. II.
- С. 122Ц124.
46. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. К вопросу прогнозирования ресурса строительных металлических конструкций. // Докл. 63-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.строит. ун-т. - СПб., 2006. - Ч. II. - С. 124Ц126.
47. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. К оценке НДС сварных соединений строительных сталей методом магнитной памяти металла. // Актуальные проблемы современного строительства: 59-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. унт. - СПб., 2006. - Ч. II. - С. 134Ц136.
48. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. К вопросу оценки НДС строительных МК с учетом кинетики коррозионных повреждений. // Докл. 64-й науч.
конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2007. - Ч. II. - С. 122Ц123.
49. Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В., Бакшеев А.О. Регрессионный анализ взаимосвязи структурных, магнитных и механических параметров строительных сталей в процессе упруго-пластического деформирования. // Актуальные проблемы современного строительства: 60-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2007. - Ч. II. - С. 154Ц155.
50. Гордиенко В.Е. Физика магнитомеханических явлений при упругопластическом деформировании малоуглеродистых и низколегированных сталей. // Докл.
65-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2008. - Ч. II. - С. 135Ц137.
51. Гордиенко В.Е., Гордиенко Е.Г. К применению феррозондового метода (в пассивном варианте) при усилении локальных зон КН. // Докл. 65-й науч. конф. профессоров, преподавателей, науч. работников, инженеров и аспирантов ун-та / С.-Петерб. гос.
архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2008. - Ч. II. - С. 134Ц135.
52. Гордиенко В.Е. Механизм изменения напряженности магнитного поля рассеяния от внутренних напряжений при упругом деформировании. // Актуальные проблемы современного строительства: 61-я Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых (аспирантов, докторантов) и студентов: сб. докл. / С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. - СПб., 2008. - Ч. II. - С. 154Ц155.
Патентные документы 53. Гордиенко Е.Г., Гордиенко В.Е., Овчинников Н.В. Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов. Патент РФ на изобретение № 2298772 от 01.12.2005 г.
54. Гордиенко Е.Г., Гордиенко В.Е. Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов. Патент РФ на изобретение № 2303769 от 31.07.2006 г.
55. Гордиенко Е.Г., Гордиенко В.Е. Способ определения остаточных напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов. Патент РФ на изобретение № 2308009 от 07.09.2006 г.
ГОРДИЕНКО ВАЛЕРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ В ОБЛАСТИ РЭЛЕЯ Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Лицензия ЛР 020308 от 14.02.97.
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г..
Подписано в печать 15.01.2009. Формат 60х8 1/16.
Б. кн.-журн. П.л. 2,0. Б.л. 1. Изд-во СЗТУ.
Тираж 100 экз. Заказ № 2078.
____________________________________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет.
Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям