Материал: Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин

ется. Обнаруженная корреляция позволяет по магнитограммам, снятым в выбранной точке изделия или металлоконструкции, определять предел пропорциональности σпц. Но предел пропорциональности (микротекучести), как известно, является одним из косвенных (неразрушающих) параметров определения предела выносливости конструкционных материалов [86].

К перспективным направлениям такого рода исследований относятся магнитные методы для неразрушающего определения механических, в том числе и усталостных свойств. Сравнение результатов определения предела выносливости разрушающим методом и методом магнитоупругого размагничивания по значению σк показали их достаточно хорошее согласие (см. табл. 3.9).

Прогрессивность использования магнитоупругих явлений заключается в легкости считывания информации с помощью датчиков магнитного поля, в большой структурной чувствительности метода. Все это удовлетворяет условию минимальных материальных и временных затрат и позволяет механизировать и автоматизировать процесс. Большим преимуществом магнитоупругого метода является отсутствие необходимости вырезки из металла образцов, так как метод допускает контроль значения σк прямо на конструкции путем ее локального намагничивания ипоследующего нагружения.

Таблица 3 . 9

Результаты определения предела выносливости образцов насосной штанги из стали 20Н2М различными методами

191

3.4. Неразрушающий метод определения предела выносливости длинномерного изделия из стали 20Н2М при статическом нагружении

Магнитные методы контроля механических свойств материалов (твердости, предела текучести и прочности предположения к разрушению напряженно-деформированного изделия) довольно успешно используются в промышленности [87, 88, 89, 90]. В то же время неразрушающий контроль такого параметра, как предел выносливости, находится в стадии исследований [91, 92].

Вряде публикаций, посвященных этому вопросу, присутствуют сведения о большой чувствительности магнитоупругого эффекта

кизменениям в дефектной структуре металла при пластической деформации и усталостном нагружении [93, 94, 95, 96]. Так, например, магнитоупругий эффект при изгибных колебаниях более чувствителен к наклепу, чем коэрцитивная сила [93], а магнитострикция, как это показано при усталостных изгибных испытаниях лопаток авиационных турбин, является весьма эффективным индикатором перераспределения внутренних напряжений [94].

Используя магнитоупругий эффект, можно контролировать изменения в металле в процессе его усталостных испытаний и определять неразрушающим методом предел выносливости с более высокой производительностью по сравнению с традиционным методом его определения при разрушающем контроле [95, 96, 97, 98].

Одной из целей настоящего исследования явилось изучение закономерностей изменения магнитного поля остаточно намагниченных образцов стали 20Н2М при статическом нагружении, как в области упругой, так и пластической деформации.

Вработах [99, 100, 101] экспериментально показано, что зна-

чение тангенциальной составляющей поля Нτ остаточно намагниченного образца магниторазомкнутой формы близко по величине к коэрцитивной силе, поэтому по Нτ можно определять с помощью накладного феррозондового датчика коэрцитивную силу и исследовать

192

связанные с ней параметры, например упругие и пластические деформации [101, 102]. Магнитным дифференциальным методом или

спомощью магнитометра большой разрешающей способности можно обнаруживать связанные с Hc тонкие структурные изменения, которые происходят в металле при нагружении[103].

Вданной работе исследования были проведены на образцах в виде шпилек длиной рабочей цилиндрической части 55 мм, диаметром 6,5 мм или длиной базы 50 мм и диаметром 10 мм. Поверхность рабочей части образцов шлифовалась шкуркой. Наклепанный слой толщиной порядка 100 мкм стравливался электрохимическим методом. Нагружение образца осуществлялось на разрывной машине Р50

спомощью немагнитных штанг 2 длиной 300 мм (рис. 3.10), в которые ввинчивался образец 1. Нормальная составляющая магнитного поля остаточно намагниченного образца вблизи его конца измерялась холловским датчиком 6 и магнитометром 7. Тангенциальная составляющая поля остаточно намаг-

193

нормальная Hnσ составляющая поля под нагрузкой. После снятия нагрузки фиксировалась Hτ или Hn.

Далее следовало новое намагничивание, измерение Hτ о(Hno), затем цикл повторялся при большей нагрузке, т.е. осуществлялось ступенчатое увеличение статических напряжений в образце. Влияние лабораторного магнитного поля на результаты измерений уменьша-

раторном поле Н = 40 А/м, направленном встречно остаточной намагниченности. Коэрцитивная сила измерялась на вибрационном магнитометре, в котором измерительная катушка колебалась относительно конца образца. Пластическая деформация определялась по остаточному удлинению образца, которое измерялось индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Результаты изучения зависимости Hτ от величины прикладываемой нагрузки на образцах, изготовленных из материалов в состоянии поставки, как в момент приложения, так и после ее снятия представлены на рис. 3.11.

Из рис. 3.11 видно, что величина Hτ о в интервале напряжений от 0 до 200 МПа (кривая 2) практически не меняется, т.е. после цикла «нагрузка – разгрузка – намагничивание» сталь возвращается в исходное состояние. Это означает, что статические напряжения вызывают только упругую деформацию. Однако при напряжениях σ = 200…250 МПа, далеких, как это видно из графика зависимости «деформация – напряжение» (см. рис. 3.11, кривая 5), от предела текучести, величина Hσ начинает расти и достигает некоторого насыщения при σ = 500 МПа. Полные изменения ∆ Нσ составляют 85 % от исходного сигнала при достижении предела текучести.

Измеренная после разгружения образца величина Hτ вначале резко уменьшается с увеличением нагрузки, проходит через минимум и, достигнув максимума при σ = 470 МПа, начинает уменьшаться (см. рис. 3.11, кривая 3). С ростом растягивающих напряжений величина Hτσ убывает (см. рис. 3.11, кривая 4), а после пластической

194