Dołącz do czytelników
Brak wyników

Badanie korpusów maszyn metodą MPM – case study

Artykuł | 7 stycznia 2021 | NR 6
0 73

Pierwsze prace nad metodą Magnetycznej Pamięci Metalu rozpoczęły się prawie 40 lat temu, kiedy to po raz pierwszy zostało odkryte zjawisko samonamagnesowywania rur kotłowych w miejscach ich uszkodzeń. Od tamtej pory przeprowadzono wiele badań, które umożliwiły wdrażanie metody MPM w różnych gałęziach przemysłu.

 

Case study – krótka historia przypadku

W 2009 r. firma ubezpieczająca zakłady koncernu, w którym pracowałem, zażyczyła sobie wdrożenia programu prewencyjno-predykcyjnego na urządzeniach krytycznych pod względem zapewnienia ciągłości produkcji. Jednymi z takich urządzeń były prasy poziome i pionowe. Prasy te to duże masywne urządzenia o złożonych kształtach, odlewanych korpusach i bardzo rozwiniętych powierzchniach z trudnym dostępem do wielu detali.

Diagnostyka zalecana przez firmę miała m.in. polegać na śledzeniu stanu naprężeń w korpusach, celem podejmowania działań wyprzedzająco-zapobiegawczych przed ich ewentualnym pęknięciem lub innego typu zniszczeniem zmęczeniowym. Rekomendowanymi przez firmę ubezpieczeniową metodami diagnostyki w tym temacie były: metoda penetracyjna barwna, magnetyczno-proszkowa, wiroprądowa lub ultradźwiękowa. Każda z nich ma swoje zalety i wady, wymaga odpowiedniego przygotowania powierzchni, wstępnego namagnesowania, bardzo wyrafinowanych technik rejestracji i obróbki danych pomiarowych. Było to dla nas duże wyzwanie, zwłaszcza logistyczne. Szczególnie źle wyglądało to pod kątem czasu przygotowania i przeprowadzenia pomiarów (długie i żmudne czyszczenie) oraz  dostępności poszczególnych zespołów pras (złożone kształty).

W trakcie moich poszukiwań odpowiednich rozwiązań natknąłem się na zupełnie nową (świeżą) metodę diagnostyki rekomendowaną przez firmę Energodiagnostyka Sp. z o.o. pod nazwą metoda Magnetycznej Pamięci Metalu. Po analizie podstaw i bliższym zapoznaniu się z nią okazało się, że to może być optymalne rozwiązanie naszego problemu. Przedstawiliśmy firmie ubezpieczeniowej tę metodę jako propozycję szybkiej wstępnej diagnostyki korpusów pras i została ona w pełni zaakceptowana. Wkrótce okazało się również, że jest to nowa, ale znana już dosyć szeroko w świecie i dynamicznie rozwijająca się metodą diagnostyki.

 

Na czym polega metoda MPM?

Metoda Magnetycznej Pamięci Metalu to jeszcze jedna z metod badań nieniszczących, oparta na analizie rozkładu własnego magnetycznego pola rozproszenia na powierzchni wyrobów ferromagnetycznych w celu określenia stref koncentracji naprężeń (SKN), wad i niejednorodności struktury metalu i połączeń spawanych. Badania metodą MPM są efektywne przy ocenie pozostałego czasu pracy (resursu) urządzeń. Na podstawie oceny faktycznego stanu naprężeń i odkształceń w urządzeniach możliwe stają się działania naprawcze przedłużające ich żywotność eksploatacyjną. Badania MPM to na dziś jedyna znana mi metoda diagnostyki, która pozwala szybko określić strefy wad metalu w nowych wyrobach i z wysoką dokładnością określić powstające uszkodzenia w pracujących urządzeniach. Jako jedyna spośród metod badań nieniszczących zdaje egzamin przy wykrywaniu niespodziewanych zniszczeń zmęczeniowych w urządzeniach.

Wyróżniającą właściwością metody MPM w stosunku do innych metod nieniszczących jest to, że określa ona koncentrację naprężeń w uszkodzeniach, czyli pozwala ocenić stopień ich zagrożenia dla rozwoju uszkodzenia i daje ocenę stanu naprężeniowo-odkształceniowego metalu oraz połączeń spawanych.

Rozwój metody MPM rozpoczął się mniej więcej ok. 1977 r., kiedy po raz pierwszy zostało odkryte zjawisko samonamagnesowywania rur kotłowych w miejscach ich uszkodzeń. Po przeprowadzeniu wieloletnich badań podstawowych w 1990 r. rozpoczęło się szerokie przemysłowe wdrożenie metody z początku w energetyce, a potem w innych gałęziach przemysłu. W tym czasie  pojawiły  się  pierwsze  wytyczne  dotyczące metodyki  prowadzenia badań i oceny wyników. Szczególnie znaczącą rolę w tych pracach odegrał profesor A.A. Dubow, biorąc udział w pracy Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa. W latach 1994-2007 wypracowano i zaakceptowano w tym Instytucie ponad 39 dokumentów dotyczących tej metody.

Obecnie MPM i odpowiednie badania diagnostyczne bazujące na tej metodzie są wykorzystywane w wielu przedsiębiorstwach w różnych gałęziach przemysłu.

 

Podstawy metody

Metoda Magnetycznej Pamięci Metalu jest jedną z nielicznych metod badań nieniszczących, która daje możliwość wykrywania nie tylko pęknięć, ale również lokalizacji wczesnej fazy zmęczenia materiału i defektów struktury, odwzorowanej przez strefy koncentracji naprężeń (SKN) i lokalną anizotropię materiału. Zjawisko zapamiętywania skutków cyklicznych i granicznych obciążeń predysponuje wykorzystanie tej metody w systemach występnego diagnozowania i monitorowania rzeczywistych warunków pracy (gdzie istnieje niebezpieczeństwo przedwczesnego zmęczenia materiału). Przy jej użyciu możemy też określić, czy rzeczywiste warunki pracy są bezpieczne dla badanego elementu maszyny. Metoda ta stosowana jest od ponad 30 lat do oceny dużych, stacjonarnych elementów wykonanych ze stopów ferromagnetycznych, dla których spełniony jest warunek niezmienności położenia badanego elementu względem słabego pola magnetycznego Ziemi jako pierwotnego źródła samo namagnesowania. Wtórnym źródłem magnesowania są efekty magnetomechaniczne występujące podczas wytwarzania i pracy maszyny lub podczas aktywnych badań magnetycznych. Z jej pomocą możemy określać strefy koncentracji naprężeń (KN) na powierzchni badanego wyrobu charakteryzujące się zmianą znaku pola namagnesowania Hp wzdłuż linii tego pola (tj. obszar, gdzie składowa normalna pola namagnesowania Hpy przyjmuje wartość zerową). Metoda Magnetycznej Pamięci Metalu MPM bazuje więc na nieodwracalnej zmianie namagnesowania, spowodowanej naprężeniami przekraczającymi średni poziom naprężeń wewnętrznych powstałych w badanym urządzeniu w trakcie jego eksploatacji.

Głównym kryterium przy diagnostyce metodą MPM jest określenie na podstawie rozkładu magnetycznego pola rozproszenia Hp lokalnych obszarów koncentracji naprężeń KN, w których zachodzą najczęściej i rozwijają się zjawiska korozji, zmęczenia, pełzania i pękania materiału. Pojawienie się obszarów koncentracji naprężeń wewnętrznych w wyrobach ferromagnetycznych spowodowane jest również samą technologią ich wykonania. Odlewanie, kucie i obróbka termiczna metalu odbywają się w temperaturze powyżej punktu Curie (768°C), kiedy to całkowicie zanika pozostałość magnetyczna. Podczas późniejszego ochładzania metalu poniżej tego punktu (ochładzanie odbywa się zazwyczaj w polu magnetycznym Ziemi) wraz z krystalizacją metalu na skutek efektu magneto-mechanicznego formuje się magnetyczna tekstura wyrobu. W ten sposób powstaje strukturalna pamięć stali (pozostałość magnetyczna związana z formą i wymiarem ziarna oraz z niejednorodnościami wywołanymi  występowaniem domieszek metali i wad materiału) nazywana dalej magnetyczną pamięcią metalu.

W miejscach największej koncentracji tych wad i niejednorodności oraz domieszek w materiale (w zewnętrznym polu ziemskim) pojawiają się węzły zamocowania domen, które wykształcają wynikowe pole rozmagnesowujące defektów, odczytywane na powierzchni przedmiotu w postaci magnetycznych pól...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy