Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації

Здійснено обгрунтування шляхів визначення фактичних фізико-механічних характеристик із врахуванням структурного стану матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації. Обгрунтовано вибір питомого електричного опору як інформативного параметра контролю структури конструкційних сталей. Провед...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Карпаш, О.М., Доценко, Є.Р., Карпаш, М.О., Василик, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2009
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Неразрушающий контроль
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103350
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації / О.М. Карпаш, Є.Р. Доценко, М.О. Карпаш, А.В. Василик // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 1. — С. 36-41. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103350
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1033502025-02-09T14:27:41Z Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації Specific electric resistance as an informative parameter for determination of the actual physicomechanical characteristics of materials of metal structures in long-term operation Карпаш, О.М. Доценко, Є.Р. Карпаш, М.О. Василик, А.В. Неразрушающий контроль Здійснено обгрунтування шляхів визначення фактичних фізико-механічних характеристик із врахуванням структурного стану матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації. Обгрунтовано вибір питомого електричного опору як інформативного параметра контролю структури конструкційних сталей. Проведено аналіз методів визначення питомого електричного опору сталей. The paper gives a substantiation of the ways to determine the actual physico-mechanical properties allowing for the structural condition of materials in metal structures for long-term service. Selection of specific electric resistance as an informative parameter of structural steel structure is substantiated. Analysis of the methods of determination of specific electric resistance of steels is performed. Дано обоснование путей определения фактических физико-механических свойств с учетом структурного состояния материалов металлоконструкций продолжительной эксплуатации. Обоснован выбор удельного электрического сопротивления как информативного параметра контроля структуры конструкционных сталей. Проведен анализ методов определения удельного электрического сопротивления сталей. 2009 Article Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації / О.М. Карпаш, Є.Р. Доценко, М.О. Карпаш, А.В. Василик // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 1. — С. 36-41. — Бібліогр.: 18 назв. — укр. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103350 620.179 uk Техническая диагностика и неразрушающий контроль application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль
spellingShingle	Неразрушающий контроль Неразрушающий контроль Карпаш, О.М. Доценко, Є.Р. Карпаш, М.О. Василик, А.В. Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Здійснено обгрунтування шляхів визначення фактичних фізико-механічних характеристик із врахуванням структурного стану матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації. Обгрунтовано вибір питомого електричного опору як інформативного параметра контролю структури конструкційних сталей. Проведено аналіз методів визначення питомого електричного опору сталей.
format	Article
author	Карпаш, О.М. Доценко, Є.Р. Карпаш, М.О. Василик, А.В.
author_facet	Карпаш, О.М. Доценко, Є.Р. Карпаш, М.О. Василик, А.В.
author_sort	Карпаш, О.М.
title	Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації
title_short	Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації
title_full	Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації
title_fullStr	Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації
title_full_unstemmed	Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації
title_sort	питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Неразрушающий контроль
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103350
citation_txt	Питомий електричний опір як інформативний параметр визначення фактичних фізико-механічних характеристик матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації / О.М. Карпаш, Є.Р. Доценко, М.О. Карпаш, А.В. Василик // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2009. — № 1. — С. 36-41. — Бібліогр.: 18 назв. — укр.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT karpašom pitomijelektričnijopírâkínformativnijparametrviznačennâfaktičnihfízikomehaníčnihharakteristikmateríalívmetalokonstrukcíjdovgotrivaloíekspluatacíí AT docenkoêr pitomijelektričnijopírâkínformativnijparametrviznačennâfaktičnihfízikomehaníčnihharakteristikmateríalívmetalokonstrukcíjdovgotrivaloíekspluatacíí AT karpašmo pitomijelektričnijopírâkínformativnijparametrviznačennâfaktičnihfízikomehaníčnihharakteristikmateríalívmetalokonstrukcíjdovgotrivaloíekspluatacíí AT vasilikav pitomijelektričnijopírâkínformativnijparametrviznačennâfaktičnihfízikomehaníčnihharakteristikmateríalívmetalokonstrukcíjdovgotrivaloíekspluatacíí AT karpašom specificelectricresistanceasaninformativeparameterfordeterminationoftheactualphysicomechanicalcharacteristicsofmaterialsofmetalstructuresinlongtermoperation AT docenkoêr specificelectricresistanceasaninformativeparameterfordeterminationoftheactualphysicomechanicalcharacteristicsofmaterialsofmetalstructuresinlongtermoperation AT karpašmo specificelectricresistanceasaninformativeparameterfordeterminationoftheactualphysicomechanicalcharacteristicsofmaterialsofmetalstructuresinlongtermoperation AT vasilikav specificelectricresistanceasaninformativeparameterfordeterminationoftheactualphysicomechanicalcharacteristicsofmaterialsofmetalstructuresinlongtermoperation
first_indexed	2025-11-26T20:16:40Z
last_indexed	2025-11-26T20:16:40Z
_version_	1849885409763393536
fulltext	УДК 620.179 ПИТОМИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ ОПІР ЯК ІНФОРМАТИВНИЙ ПАРАМЕТР ВИЗНАЧЕННЯ ФАКТИЧНИХ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРІАЛІВ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ ДОВГОТРИВАЛОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ О. М. КАРПАШ, Є. Р. ДOЦEНКO, М. О. КАРПАШ, А. В. ВАСИЛИК Здійснено обгрунтування шляхів визначення фактичних фізико-механічних характеристик із врахуванням структурного стану матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації. Обгрунтовано вибір питомого електричного опору як інформативного параметра контролю структури конструкційних сталей. Проведено аналіз методів визначення питомого електричного опору сталей. The paper gives a substantiation of the ways to determine the actual physico-mechanical properties allowing for the structural condition of materials in metal structures for long-term service. Selection of specific electric resistance as an informative parameter of structural steel structure is substantiated. Analysis of the methods of determination of specific electric resistance of steels is performed. Забезпечення надійної та безпечної роботи мета- левих конструкцій у нафтовій та газовій промисло- вості з кожним роком стає все більш гострою проб- лемою внаслідок наступних причин: значні термі- ни експлуатації обладнання та економічні затрати на ліквідацію аварій та санкції за нанесені екологічні збитки, пов’язані з руйнуванням об’єк- тів. Зокрема, в Україні старіння металоконструк- цій значно випереджає темпи технічного переосна- щення. Основною причиною аварій та відмов на об’єктах нафтогазового комплексу, підприємствах хімічної промисловості та трубопровідному транс- порті є механічні пошкодження та корозія. Питання оцінки фактичного технічного стану металоконструкцій різного призначення стає осо- бливо актуальним в умовах, коли постала гостра необхідність продовження терміну експлуатації об’єктів, що відпрацювали свій нормативний ресурс. Ресурс безпечної експлуатації металокон- струкцій визначається в тому числі станом струк- тури та фізико-механічними характеристиками (ФМХ) металу. Вплив корозійно-активних сере- довищ, коливання температури, робочих наванта- жень та напружень змінюють з плином часу струк- туру та властивості експлуатованого металу в порівнянні з їхніми вихідними характеристиками. Досвід показує, що при тривалій експлуатації у кілька десятків років ФМХ матеріалів метало- конструкцій змінюються в порівнянні зі своїми номінальними значеннями. Зокрема: — показники міцності (твердість HB, межі плинності σт, межі міцності σв збільшуються зде- більшого на 10…15 %; — в’язко-пластичні показники (відносне видо- вження δ, відносне звуження ψ) зменшуються на 5…7 %; — показники опору крихкому руйнуванню (ударна в’язкість KCU, KCV та тріщиностійкість Kс) – на 15…20 %. Слід зазначити, що однією з найважливіших механічних характеристик матеріалів металокон- струкцій є межа плинності σт. Зміна ФМХ, як правило, обумовлена струк- турними змінами металу, внаслідок чого зміню- ються міцнісні властивості та знижується плас- тичність. Метою даної роботи є пошук та обгрунтування шляхів визначення фактичних ФМХ із врахуван- ням мікроструктурного стану матеріалів метало- конструкцій довготривалої експлуатації. Проаналізуємо зв’язок мікроструктурного ста- ну та ФМХ металоконструкцій на прикладі ана- лізу залежності межі плинності σт від структури сталей. Межа плинності залежить від структури і, перш за все, від розмірів зерен фериту. За допо- могою положень теорії дислокацій можна проана- лізувати цей зв’язок. Так, межа плинності металу, який складається з однорідних зерен, описується рівнянням Петча— Холла—Лоу [1]: σт = σ0 + Kydα —1 ⁄ 2 , (1) де σ0 – напруження тертя (опір решітки твердого розчину руху дислокацій); Kу – коефіцієнт, що визначається енергією взаємодії дислокацій з межами зерен (майже однаковий для різних ста- лей); dα – середній діаметр зерна. Для даного рівняння справедливе твердження: якщо в об’ємі зерна структура нeзмінна, то міц- ність зростає при зменшенні розміру зерна. З ін- шого боку, відмінність меж плинності вуглецевої та низьколегованої сталей, що мають різну струк-© О. М. КАРПАШ, Є. Р. ДOЦEНКO, М. О. КАРПАШ, А. В. ВАСИЛИК, 2009 36 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 туру, обумовлена, головним чином, напруженням тертя σ0. Виникнення більш високих напружень пояс- нюється наявністю кремнію і марганцю в розчині. Введення 1 % кожного з цих елементів підвищує напруження тертя заліза на 84 і 32 МПа від- повідно [2]. Міцнісні властивості, такі, як межа міцності та межа плинності найбільш поширених низьковугле- цевих сталей з феритно-перлітною (дуплексною) структурою, можна визначити за розміром зерна та кількістю перліту. При введенні різних легу- ючих елементів змінюються механічні властивості металів. Кремній зміцнює розчин, але збільшує розмір зерна фериту. Марганець підвищує межу плинності за рахунок зміцнення твердого розчину, подрібнення кількості перліту в мікроструктурі. Так, 1 % кремнію підвищує межу плинності на 78 МПа незалежно від кількості марганцю при феритно-перлітній структурі. Загалом, міцнісні властивості низьковуглеце- вих феритно-перлітних сталей визначаються за формулами: σв = 9,8 (30,5 + 2,8 % Mn + 8,44 % Si + 0,4 × × (об’ємний % перліту) + 0,032 (d — 1 ⁄ 2)), МПа; (2) σт = 9,8 (10,6 + 3,33 % Mn + 8,56 % Si + + 0,071 (d — 1 ⁄ 2)), МПа, (3) де d – величина зерна фериту. Властивості сталі залежать також від кількості, дисперсності розподілу карбідів, що змінюються в широких межах залежно від режимів термооброб- лення, тривалості експлуатації та ін. Перехід ле- гуючих елементів з твердого розчину в карбіди, коагуляція карбідів і зосередження їх по межах зерен, а також зміна тонкої структури обумовлю- ють зміну механічних характеристик [3]. Таким чином, структурні складові та парамет- ри, які визначають тип структури (феритна, дуп- лексна, аустенітна, мартенситна [4]), відповідно визначають напруження тертя σ0, значення якого є приблизно однаковим в межах однотипних структур. Це пояснює те, що найбільш тісні ко- реляційні зв’язки існують тільки в межах одно- типних структур, в яких фазовий склад і тип структури однаковий, а змінюються лише кількісні чи розмірні співвідношення структурних скла- дових. Тому, в першу чергу, доцільно визначати яким чином змінився структурний стан матеріалу в процесі експлуатації, а потім з врахуванням струк- тури визначати фактичні ФМХ металоконструк- цій. Такий підхід дасть змогу більш достовірно оцінити технічний стан металевих об’єктів та більш точно прогнозувати його залишковий ресурс. Причому, з точки зору економії коштів і часу на контроль, найбільш доцільно визначати структуру та ФМХ матеріалу трубопроводів за до- помогою застосування одних і тих інформативних параметрів, без необхідності використання додат- кових технічних засобів. Оцінка структурного стану матеріалів метало- конструкцій, особливо після довготривалої експлу- атації, є важливим науково-технічним завданням, розв’язання якого дасть змогу оцінити фактичний технічний стан та продовжити термін їх служби. Необхідно розробити нові методи контролю струк- тури сталей, причому найбільш економічно та технічно доцільно в даному випадку використову- вати методи неруйнівного контролю [5]. Розглянемо основні фундаментальні характе- ристики сталей, які можуть змінюватись у процесі експлуатації і є структурно чутливими: теплові – питома теплоємність, теплове роз- ширення, теплопровідність; електричні – питомий електричний опір; магнітні – магнітна пружність, магнітна сприйнятливість, основна крива намагнічування, петля гістерезису, магнітні втрати, магнітна ані- зотропія; комплексні ефекти – специфічні властивості, що грунтуються на ефектах зв’язаного стану і є причиною інших явищ: термоелектричні явища, магнітострикція, ефект Холла та ін. Зміну структурного стану визначають неруй- нівними методами, фізичні основи яких полягають в аналізі взаємозв’язку фізичних полів з парамет- рами контрольованих матеріалів і виробів. На рис. 1 схематично показано відомі методи визна- чення структури та ФМХ сталей, прокласифіко- вані по типу фізичних полів. При цьому такі відомі та широко вживані ме- тоди як рентгенівські, акустичні, методи електрич- ного опору, тензометричні та ін. зайняли свої місця в цих п’ятьох видах. Зазвичай, взаємозв’язок між механічними, фі- зичними та структурними властивостями матеріа- лів установлюють на підставі статистичних мето- дів, які дозволяють обробляти великий обсяг ін- формації, отриманої під час тривалих досліджень. Детальний аналіз відомих методів і підходів у теорії та практиці оцінки структури та ФМХ матеріалів металоконструкцій розглянуто в робо- тах [6—9]. В роботі [10] обгрунтовано вибір ком- плексу інформативних параметрів контролю ФМХ – твердість, теплопровідність та питомий електричний опір. Проте в даній роботі не було приділено належної уваги дослідженню структур- ної чутливості питомого електричного опору ма- теріалу металоконструкцій. Обгрунтуємо вибір питомого електричного опо- ру в якості інформативного параметра контролю структури. Відомо, що в залежності від величини кристалічних зерен змінюються фізичні власти- вості металу, зокрема електричні. Детально це було розглянуто Ф. Томпсоном на початку XX сторіччя. Вчений встановив залежність питомого електричного опору ρ від кількості кристалічних зерен в 1 см3 для заліза. В 1923 р. Штейнберг, досліджуючи тонкі шари заліза і порівнюючи їх ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 37 електропровідність з провідністю суцільних мета- лів, дійшов висновку, що питомий опір заліза зростає із зменшенням величини зерен. Подальші дослідження багатьох науковців переконливо по- казали, що характер кристалічної будови впливає на значення електропровідності. На рис. 2 зображено просту мікроскопічну мо- дель протікання струму через метал, яка дає змогу зрозуміти природу питомого електричного опору та його залежність від структурного стану мате- ріалу. Під дією зовнішнього електричного поля на- пруженістю E вільні електрони крім теплового руху набувають компоненту дрейфової швидкості. В ізотропному металі напрям густини струму j співпадає з напрямом зовнішнього поля. В цьому випадку електропровідність σ є скалярною величи- ною і визначається за формулою: j = σE [A/м2]. (4) Взаємозв’язок між електропровідністю та пито- мим електричним опором можна виразити спів- відношенням ρ = 1 σ [Ом⋅м]. (5) Зазначимо, що величини j та E є векторними, а ρ – скалярна. Для більшості металів та сплавів σ, а відпо- відно і ρ – сталі величини. Якщо значення σ різне для різних напрямків вектора E, то матеріал на- зивають анізотропним. Анізотропія металів та сплавів має місце також після різних видів фі- зичного впливу на матеріал (обробки, деформації, навантажень, зміни температури тощо). В цьому випадку провідник має нелінійну залежність j(E). Під час свого руху потік електронів зазнає опо- ру, що зумовлений флуктуаціями теплових коли- вань атомів в решітці та її недосконалостями, які намагаються погасити швидкість електрона, таким чином зменшуючи довжину пробігу останнього (рис. 2). Для різних металів величина ρ в основному і визначається довжиною вільного пробігу елект- ронів. Розглянемо фактори, що впливають на дов- жину вільного пробігу. Насамперед, значний вплив має температура провідника, оскільки з її підвищенням збільшуються коливання частин у вузлах кристалічної решітки, ймовірність зіткнен- ня останніх з електронами збільшується, що при- зводить до зменшення рухливості носіїв і відпо- відно до збільшення ρ. Наявність домішок в металах спотворюють кристалічну решітку і призводять до збільшення питомого опору. Атоми домішок, вакансії, дисло- кації, як правило, мають ефективний електричний заряд, що відрізняється від основних атомів мета- лу, тому вони служать джерелом розсіяння елект- ронів. Згідно з правилом Маттісена—Флемінга, пито- мий електричний опір матеріалу можна предста- вити у вигляді [11]: ρ = ρреш(T) + ρдеф + ρдом, (6) де ρреш(T) – опір, що залежить від температури металу з ідеальною структурою; ρдеф – опір, зу- мовлений дефектами; ρдом – вклад в опір домі- шок. Питомий електричний опір провідника пра- вильної геометричної форми з поперечним пере- різом S та довжиною L визначається за формулою: ρ = RS L . (7) Зрозуміло, що питомий опір конструкційних сталей більший за питомий опір заліза, оскільки є сплавом заліза, вуглецю та легуючих елементів. Значний вклад у величину питомого електрич- ного опору сплавів вносять також міжфазні межі та області концентраційної неоднорідності. Загальні закономірності зміни електричних властивостей в за- лежності від структурного стану і хімічного складу сплавів встановлені Н. С. Курнаковим у вигляді діаграм будова – властивість [11]. Встановлено, що при збільшенні концентрації легуючого елемента питомий опір в неперервних твердих розчинах заміщення змінюється в загаль- ному випадку за параболічним законом, в твердих розчинах впровадження – за лінійним законом, а у випадку гетерогенних структур відповідає лінійному закону, а його величина підпорядко- вується правилу адитивності питомого опору граничних фаз (якщо відношення між ними зна- ходиться в межах 0,75…1,25) у відповідності до їх концентрації по масі. У випадку утворення хімічних з’єднань в концентраційній області їх існування з’являється особлива або названа Кур- наковим сингулярна точка. Якщо цього не тра- питься, то такі фази, що виникають в даних спла- вах, розглядаються як проміжні. Рис. 1. Класифікація методів оцінки структури та ФМХ сталей по типу фізичних полів Рис. 2. Модель протікання струму в металі під дією прикладеної напруги 38 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 Більшість стальних виробів набувають необхід- ний комплекс ФМХ у результаті термічної оброб- ки, яка включає найбільш розповсюджені опе- рації – загартування, відпуск і відпал. ФМХ ста- лей в залежності від температури загартування найбільш суттєво змінюються в інтервалі від 700 до 820…850 °С, причому підвищення вмісту вуглецю призводить до збільшення питомого електричного опору (рис. 3) [12]. При збільшенні температури загартування до 800…850 °С питомий електричний опір ρ зростає, що зв’язано з підвищенням вмісту вуглецю в пере- насиченому твердому розчині та появою певної кількості залишкового аустеніту. При температу- рах вище 800…1850 °С питомий опір практично не змінюється, оскільки при даних температурах загартування весь вуглець переходить в твердий розчин. Значення ρ при однаковому вмісті вугле- цю для загартованої сталі значно вище, ніж для відпаленої. Чим більший вміст вуглецю, тим більша різниця питомих опорів відпаленої та за- гартованої сталі. Після відпалу структура сталі складається з фериту та цементиту α—Fe + Fe3C, в той час як після загартування вона, в основному, є пересиченим твердим розчином вуглецю в α-за- лізі (мартенсит), опір якого завжди більший, ніж в гетерогенній суміші. Також на величину питомого електричного опо- ру впливає наклеп сталей. Зокрема, наклеп для сталей 0,1 та 0,3 % спочатку може зменшувати електричний опір, а потім збільшувати. Падіння пояснюється зростаючою орієнтацією пластинчас- того перліту, а підвищення – наклепом фериту. Воно тим більше, чим більше фериту і зникає при високому вмісті вуглецю [11]. Таким чином, можна стверджувати, що будь- які структурні перетворення та зміни в сталі однозначно впливають на величину питомого електричного опору, за величиною якого, крім того, можна оцінювати режим термічної обробки сталі під час її виготовлення. Вимірювання питомого електричного опору в діапазоні 500…900 нОм⋅м в реальних умовах з необхідною точністю викликає певні труднощі. До методів вимірювання питомого електричного опору відносяться наступні [13]: Безконтактні методи: — крутного магнітного поля; — вихрострумовий. Контактні методи: — одинарного моста; — подвійного моста; — потенціометричний; — амперметра-вольтметра (чотирьохконтактний). В методі крутного магнітного поля електропро- відність визначають за величиною діючого на нього моменту сил, що вимірюється по куту закру- чування підвісу. Точність даного методу становить 1 %, однак для її досягнення вводять поправки на форму та самоіндукцію зразка, зміну магнітного стану феромагнетиків. На даний час цей метод широкого застосування не знайшов. Електромагнітний (вихрострумовий) метод ба- зується на аналізі зовнішнього електромагнітного поля з електромагнітним полем вихрострумових струмів, що наводяться збуджуючою котушкою в електропровідному об’єкті контролю. ЕРС (або опір) вихрострумового перетворювача (ВСП) за- лежить від багатьох параметрів об’єкта контролю, тобто інформація є багатопараметровою. Для фе- ромагнітних матеріалів і виробів величина вих- рових струмів залежить від трьох параметрів [14]: електропровідності σ, розмірів виробу та магнітної проникності µ. Контроль електропровідності вихрострумовим методом здійснюється за допомогою накладного ВСП (рис. 4) [15]. Основною перевагою вихрострумового контро- лю електропровідності є можливість здійснення вимірювання без контакту з об’єктом дослідження. Проте даному методу притаманні суттєві недоліки. З однієї сторони, ВСП дає змогу здійснити бага- топараметровий контроль, проте, в той же час, необхідні спеціальні прийоми для розділення інформації про окремі параметри об’єкта. Тому при контролі вихрострумовим методом електро- провідності вплив інших параметрів на сигнал ВСП стає на заваді, тому цей вплив необхідно зменшити. На даний час існує кілька підходів щодо розділення інформації про окремі параметри кон- тролю феромагнітних об’єктів, завдяки яким є змога виділити інформацію, що стосується власне питомої електропровідності [16, 17]. Розглянемо контактні методи вимірювання питомого електричного опору [13]. Мостові методи вимірювання електричного опору широко вико- ристовуються як для вимірювання малих, так і для вимірювання великих опорів, які різняться декіль- кома порядками. Розрізняють простий (або оди- парний) та подвійний електричні мости. Метод одинарного моста забезпечує задовільну точність при вимірюванні взірців з відносно великим опо- ром (>10 Ом), оскільки опір контактів і потен- ційних струмопідводів до взірця вносять свій вклад у виміряну величину. Тому він практично Рис. 3. Зміна електричного опору простих вуглецевих сталей в залежності від вмісту вуглецю після загартування від 850 °С ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 39 не використовується для вимірювання питомого опору сталей. За допомогою методу подвійного моста та по- тенціометричного методу можна з високою точ- ністю вимірювати малі значення опору (від 1⋅10—6 до 1 Ом). Дані методи використовують, як пра- вило, для визначення фазового складу металічних сплавів, зразки яких мають низький опір і від- повідно невелика його зміна в процесі різних видів обробки. При чотирьохконтактному електричному методі (метод амперметра—вольтметра) вимірювання пи- томого опору матеріалу полягає в наступному [18]. До об’єкта контролю приєднують чотири контакти вимірювальної схеми (рис. 5). Джерело постійного струму поширює в мате- ріалі струм І між двома крайніми контактами, який вимірюється амперметром. Одночасно за до- помогою вольтметра вимірюють напругу U на ділянці досліджуваного матеріалу, що знаходиться між двома внутрішніми контактами. При цьому величину питомого електричного опору визначають за формулою: ρ = US Il , (8) де U – виміряна напруга між двома внутрішніми контактами; S – площа поперечного перерізу кон- трольованого матеріалу; І – сила струму, який протікає в матеріалі; l – відстань між двома внутрішніми контактами. Слід зазначити, що вираз для розрахунку пито- мого електричного опору (6) можна застосовувати тільки в тому випадку, якщо довжина об’єкта значно більша поперечного перерізу. В такому разі постійний струм розтікається по всьому об’єму взірця як в ширину, так і в глибину. В протилеж- ному випадку необхідно вводити поправочний коефіцієнт, який залежить від форми, розмірів об’єкта контролю та взаємного розміщення кон- тактів вимірювальної системи. Крім того, при огляді контактних методів не враховувались зна- чення опору провідників та перехідного опору контактів, які повинні бути якомога меншими. Висновки Зв’язок структурного стану та ФМХ вказує на можливість контролювання міцнісних характерис- тик (наприклад, межі плинності) з врахуванням типу структури матеріалів металоконструкцій довготривалої експлуатації. Аналіз методів контролю мікроструктурного стану показав, що в даний час найбільшого поширення набули магнітні методи структурос- копії, особливо контроль по коерцитивній силі [1]. Проте не існує чітких універсальних методик та підходів, покликаних вирішувати завдання струк- туроскопії з необхідною точністю. В роботі обгрун- товано вибір питомого електричного опору як інформативного параметра контролю структури матеріалів металоконструкцій. Під час вимірювання питомого електроопору виникають певні труднощі технічного та методич- ного характеру. Головною проблемою є адаптація технічних засобів, які дають змогу вимірювати питомий електричний опір з необхідною точністю до реальних польових умов. Потенційний інтерес становлять вихрострумові методи вимірювання питомого електричного опору, проте область засто- сування приладів, що їх реалізують, обмежується здебільшого неферомагнітними металами. Перс- пективним є чотирьохконтактний метод вимірю- вання питомого електричного опору, однак при його реалізації необхідно мінімізувати вплив пере- хідного опору контактів. З метою адаптації чотирьохконтактного методу вимірювання питомого електричного опору до реальних польових умов необхідно проаналізувати поширення постійного електричного струму в ме- талевих об’єктах з різною формою та розмірами. Треба провести експериментальні дослідження на стальних зразках з метою встановлення величини опору від геометричних параметрів зразків та дослідження перехідного опору контактного з’єднання. Дано обоснование путей определения факти- ческих физико-механических свойств с учетом структурного состояния материалов металло- конструкций продолжительной эсплуатации. Обоснован выбор удельного злектрического сопро- Рис. 4. Контроль електропровідності вихрострумовим методом Рис. 5. Чотирьохконтактний метод вимірювання питомого елект- ричного опору 40 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 тивления как информативного параметра конт- роля структуры конструкционных сталей. Про- веден анализ методов определения удельного электрического сопротивления сталей. 1. Бида Г. В., Ничипурук А. П. Коэрцитиметрия в нераз- рушающем контроле // Дефектоскопия. – 2000. – № 10. – С. 3—28. 2. Білокур І. П. Основи дефектоскопії: Підручник. – Київ: Азимут-Україна, 2004. – 496 с. 3. Бида Г. В., Камардин В. М. Физическое обоснование контроля ударной вязкости проката из малоуглеродистых и низколегированных сталей магнитными методами // Дефектоскопия. – 1995. – № 10. – С. 3—31. 4. Honeycombe R. W. K, Bhadeshіa H. K. D. H. Steels. Mіcrostructure and Propertіes. – Elsevіer Ltd, 2006. – 345 р. 5. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В. В. Клюев, Ф. Р. Соснин, В. Н. Филинов и др. / Под ред. В. В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1995. – 448 с. 6. Карпаш О. М., Молодецкий И. А., Карпаш М. О. Об- щий обзор методов оценки физико-механических харак- теристик металлов // Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2004. – № 2. – С. 18—22. 7. Горкунов Э. С. Магнитные приборы контроля структуры и механических свойств стальных и чугунных изделий (Обзор) // Дефектоскопия. – 1992. – № 10. – С. 3—36. 8. Михеев М. Н., Горкунов Э. С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. – М.: Наука, 1993. – 252 с. 9. Исследование возможности контроля механических свойств труб нефтяного сортамента неразрушающим ме- тодом / Е. Ю. Сажина, Н. Д. Почуев, Т. П. Царькова, О. В. Нестерова // Дефектоскопия. – 1995. – № 2. – С. 82—88. 10. Карпаш М. О. Обгрунтування комплексного підходу до визначення фізико-механічних характеристик матеріалу металоконструкцій // Методи та прилади контролю якості. – 2004. – № 12. – С. 30—33. 11. Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Липецкий Я. Л. Физи- ческие свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с. 12. Горкунов Э. С. Взаимосвязь между магнитными, электри- ческими свойствами и структурным состоянием терми- чески обработанных сталей – основа определения проч- ностных характеристик изделий неразрушающими мето- дами. Методические рекомендации. – Свердловск: УЦ АН СССР, 1985. 13. Журавлев Л. Г., Филатов В. И. Физические методы исследования металлов и сплавов: Уч. пособие для сту- дентов металлургических специальностей. – Челябинск: ЮУрГУ, 2004. – 157 с. 14. Дорофеев А. Л., Ершов Р. Е. Физические основы элект- ромагнитной структуроскопии. – Новосибирск: Наука, 1985. – 180 с. 15. Bowler N., Yongqiang H. Electrical conductivity measure- ment of metal plates using broadband eddy-current and four-point methods // Measurement science & technol- ogy. – 2005. – 16, № 11. – P. 2193—2200. 16. Чаплыгин В. И., Шокарев В. С., Мальцева Я. В. Элект- ромагнитный способ селективного контроля магнитной проницаемости и электропроводности ферромагнитных материалов: Материалы научн.-техн. конф. «Сучасні при- лади, матеріали і технології для неруйнівного контролю і технічної діагностики промислового обладнання». – Івано-Франківськ, ІФНТУНГ. – 1999. – С. 16—18. 17. Сандовский В. А., Носальская Н. И. Об измерении удельной электрической проводимости и магнитной про- ницаемости с использованием накладных вихретоковых преобразователей // Дeфeктоскопия. – 1991. – 12. – С. 44—48. 18. Mіchael В. Heaney. The Measurement, Instrumentatіon and Sensors Handbook, chapter Electrіcal Conductіvіty and Electrіcal Conductіvіty and Resіstіvіty. – CRC Press LLC, 1999. Ів.-Франків. нац. техн. ун-т нафти і газу Надійшла до редакції 12.07.2008 КНИГИ И ПЛАКАТЫ ПО ДЕФЕКТОСКОПИИ – ПОЧТОЙ 1. Краткое пособие по контролю качества сварных соединений, 2006 г., 316 с. 2. Магнитопорошковый контроль сварных соединений и деталей машин, 2002 г., 300 с 3. Ультразвуковой контроль. Дефектоскопы. Нормативные документы. Стандарты по УЗК, 2006 г., 221 с. 4. Пособие по радиографии сварных соединений, 2008 г., 312 с. 5. Учебно-методические плакаты по неразрушающему контролю С целью популяризации достижений в области неразрушающего контроля сварных соединений в Институте элект- росварки им. Е. О. Патона НАН Украины разработан комплект учебно-методических плакатов по основным методам НК. Они посвящены таким наиболее актуальным задачам современной дефектоскопии: происхождение и обнаружение трещин в сварных швах; обнаружение дефектов в сварных швах изделий из пластмасс; использование УЗ волн дифракции для точного определения размеров трещин (метод TOFD); длинноволновой низкочастотный УЗ контроль протяженных инженерных сооружений; обнаружения растущих дефектов методом акустической эмиссии; компьютерная система цифровой обработки рентгенографических изображений; метод тангенциального просвечивания; технология комплексного НК труб для магистральных газопроводов; магнитометрический метод контроля напряженно-де- формированного состояния ферромагнитных объектов; техническое обследование резервуаров трубопроводов нефтеп- родуктов и других жидкостей; определение размеров и форм несплошностей при УЗ контроле сварных соединений; визуализация массового поражения внутренней (недоступной) части конструкции мелкими дефектами; магнитопорош- ковая дефектоскопия; бесконтактный электромагнитно-акустический контроль сварных соединений; сравнение видимых, ультразвуковых и инфракрасных изображений для оценки состояния ответственных объектов; основные методы конт- роля толщины покрытий; вихретоковый контроль, новые технологические возможности; УЗ качества точечной сварки. Учебно-методические плакаты (18 шт.) рассчитаны на слушателей центров подготовки специалистов и аттестацион- ных центров по НК, а также могут быть использованы в качестве наглядных пособий в лабораториях НК на предприятиях. По желанию Заказчика плакаты можно выполнить в следующих форматах: А2, А4. Стоимость одного комплекта форматом А4 — 150,0 грн., А2 — 750,0 грн. с НДС. Заявки направлять по адресу: УО НКТД, ул. Боженко, 11, Киев-150, ГСП, 03680 или по факсу: (044) 289-21-66 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №1,2009 41

Репозитарії

Схожі ресурси