Аппаратура и методика исследования

Исследование стальных конструкций и изделий вихретоковым методом. Определение степени термических поражений

Методика разработана и опубликована в [14 - 16]. Ниже приводится с дополнениями и изменениями, в основном касающимися технических средств для ее реализации.

Основы методики

Суть методики заключается в оценке степени термического поражения стальных изделий, как холоднодеформированных, так и горячедеформированных путем определения физических параметров, коррелирующих с толщиной слоя окисла (окалины), образующейся при нагревании в ходе пожара. Исследование осуществляется вихретоковым методом путем измерения величины ЭДС (мВ) на поверхности стальных изделий. Чем ниже значение ЭДС, тем больше степень термических поражений (рисунок 1.21).

	t, °C

Рисунок 1.21 – Зависимость величины ЭДС от температуры

предварительного нагрева стального изделия

Высокотемпературный окисел - окалина - образуется на сталях обыкновенного качества (за время нагрева, характерное для среднего пожара) при температуре от 700 °С и выше.

Рост толщины окалины происходит по параболическому закону (рисунок 1.22); чем больше температура и длительность нагрева, тем она толще.

Рисунок 1.22 - Динамика роста толщины слоя окалины при нагревании стали 08 кп

Таким образом, толщина окалины является интегральным показателем, характеризующим степень термического поражения стального изделия в ходе пожара.

Вихретоковые методы основаны на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля. Плотность вихревых токов в объекте зависит от геометрических и электромагнитных параметров объекта, а также от взаимного расположения измерительного вихревого токового преобразователя (ВТП) и объекта. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные катушки (одну или несколько). Синусоидальный (или импульсный) ток, действующий в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или ее сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

Слой окисла (окалины) отличается по своему физико-химическому составу от металла, на котором он образуется, этот слой уменьшает действие электромагнитного поля и вихревые токи, возникающие в металле ослабевают.

Кроме исследования окалины на горячедеформированных и холоднодеформированных стальных изделиях, вихретоковый метод может быть применен при исследовании каких-либо покрытий, нанесенных на сталь или другой проводящий электричество материал, отличающихся от стали или этого материала электромагнитными характеристиками.

В отличие от магнитного метода, реализуемого с помощью коэрцитиметров, исследованию, как отмечалось выше, могут подвергаться не только холоднодеформированнные, но и горячекатаные изделия, которых на месте пожара гораздо больше.

Аппаратура и методика исследования

Для исследований по данной методике в настоящее время используются вихретоковые приборы «МВП-2М», «Вектор».

Прибор МВП-2М состоит из электронного блока и накладного преобразователя. Подготовка поверхности изделия под установку преобразователя не требуется. Накладной преобразователь необходимо устанавливать строго перпендикулярно поверхности измерения.

Для вихретокового прибора МВП-2М величина ЭДС (U, мВ) обратно пропорциональна степени термического поражения металличских изделий. Чем меньше величина ЭДС, тем сильнее было термическое воздействие на конструкцию (изделие).

На месте пожара намечаются конструкции для обследования; составляется план исследуемой зоны пожара в масштабе; на конструкциях намечаются участки, в которых будут производиться измерения. В намеченных точках проводятся не менее 12 параллельных измерений с расчетом среднего результата (время 1 измерения – 5 - 10 с.)

Подробно работа с вихретоковым прибором описана в инструкции к нему. Время, затрачиваемое на одно измерение, - не более минуты.

Сравнительная оценка степени термического поражения (толщины слоя окалины) проводится по величине элетродвижущей силы (ЭДС). Результаты измерения величины ЭДС наносятся на план места пожара, после чего на плане, вычерчиваются зоны с одинаковыми значениями ЭДС, а также выявляются зона (зоны) с экстремально низким значением данного параметра.

Зоны с экстремально низкими значениями ЭДС соответствуют зонам наибольших термических поражений металлоизделий. Построение зон термических поражений описано в главе 3.