Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 58599-2019 "Техническая диагностика. Диагностика стальных конструкций. Магнитный коэрцитиметрический метод. Общие требования" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 октября 2019 г. N 991-ст)

Technical diagnostics. Diagnostics of steel constructions. Magnetic coercimetric method. General requirements

ОКС 77.040.10

Дата введения - 1 января 2020 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Обществом с ограниченной ответственностью "Технический центр "Сварка и контроль в строительстве" (ООО "ТЦ "СКС"), Обществом с ограниченной ответственностью "Магнитометрическая диагностика" (ООО "Магнитометрическая диагностика"), Обществом с ограниченной ответственностью "Инженерно-консультативный центр "КРАН" (ООО "Инженерно-консультативный центр "КРАН")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 132 "Техническая диагностика. Расчеты и испытания на прочность"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 октября 2019 г. N 991-ст

4 Введен впервые

Введение

Диагностика металлических конструкций с применением метода измерения коэрцитивной силы (ММК - метод магнитный коэрцитиметрический) в последние годы получает все более широкое применение в качестве одного из наиболее перспективных методов обеспечения безаварийной эксплуатации важных технических объектов в целом ряде отраслей: металлургии (ГОСТ 30415), машиностроении, атомной энергетике, строительстве и др. Особенно эффективно применение ММК там, где стальные элементы конструкции подвержены длительным статическим или циклическим нагрузкам: строительные металлоконструкции по [1], подъемно-транспортные сооружения по [2], сосуды, работающие под давлением, трубопроводы, подвижной состав РЖД и др.

Преимуществом ММК является получение более детальной по сравнению со стандартными методами неразрушающего контроля информации о техническом состоянии объектов. Имеются многочисленные примеры его эффективного применения при обследовании металлоконструкций различного назначения ¹⁾.

------------------------------

¹⁾_{Арефьев Ю.В. Опыт применения коэрцитиметрии при обследовании строительных металлоконструкций/Ю.В. Арефьев, А.А. Шалыго//В мире НК. - 2016. - Т. 19. - N 1. - С. 44-48.}

------------------------------

Настоящий стандарт разработан с целью обеспечения методической основы для создания инженерных методик диагностики и контроля технического состояния огромного числа важных технических объектов по критерию уровня накопленных эксплуатационных повреждений.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на магнитный коэрцитиметрический метод (ММК) диагностики стальных металлоконструкций, изготовленных из ферромагнитных углеродистых и низколегированных конструкционных сталей по ГОСТ 380, ГОСТ 19281, ГОСТ 27772, включая строительные металлоконструкции, изготовленные из сталей по ГОСТ 27772, по результатам измерений коэрцитивной силы и предназначен для контроля физико-механических свойств металла конструкций, влияющих на величину фактического остаточного ресурса. Диагностика конструкций методом измерения коэрцитивной силы не распространяется на обнаружение в металле таких дефектов, как пленки, закаты, расслоения, поры, включения, трещины, непровары в сварных соединениях и др., наличие или отсутствие которых устанавливают стандартными методами неразрушающего контроля: ультразвуковым, рентгенографическим, вихретоковым, магнито-порошковым, капиллярным и др.

Диагностику конструкций по коэрцитивной силе применяют при оценке состояния металла как совокупного показателя накопления повреждений (отработанного ресурса) в результате воздействия эксплуатационных факторов. ММК позволяет выявлять элементы конструкции, в которых деградация металла достигла величины, соответствующей переходу металла в упругопластическое состояние, или критического уровня исчерпания запаса пластичности и перехода в стадию разрушения металла.

Метод, регламентируемый настоящим стандартом, применяется:

- при текущем обследовании металлоконструкций, а также металлоконструкций, подлежащих реконструкции, с целью уточнения исходных расчетных параметров;

- на металлоконструкциях, которые в период эксплуатации подвергались воздействию непредусмотренных нагрузок;

- во вновь смонтированных, сложных металлоконструкциях, в расчетных моделях которых не могут быть учтены все факторы, влияющие на несущую способность элементов;

- при мониторинге состояния конструкции в целом или ее отдельных частей, включая оценку ресурсных характеристик;

- при проведении экспертизы промышленной безопасности опасных производственных объектов для уточнения местонахождения зон концентрации напряжений и повышенной эксплуатационной поврежденности металла с оценкой уровня этой поврежденности;

- при выполнении экспериментов на натурных моделях, образцах с целью уточнения расчетных схем, получения зависимостей величины коэрцитивной силы от уровня усталостных повреждений металла при различном напряженном состоянии.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 7.32 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления

ГОСТ 12.1.004 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.038 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов

ГОСТ 12.2.003 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.3.002 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 380 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ 427 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 1497 (ИСО 6892-84) Металлы. Методы испытаний на растяжение

ГОСТ 19281 Прокат повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 27772 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия

ГОСТ 28840 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования

ГОСТ 30415 Сталь. Неразрушающий контроль механических свойств и микроструктуры металлоконструкции магнитным методом

ГОСТ Р 8.563 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений

ГОСТ Р 12.1.019 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

ГОСТ Р 55612 Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 55612, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 аварийное состояние: Категория технического состояния конструкции, характеризующегося повреждениями и деформациями, свидетельствующими об исчерпании ресурса.

3.2 деградация механических свойств стали: Процесс изменения под воздействием эксплуатационных факторов контролируемых механических характеристик стали по сравнению с аналогичными характеристиками, имеющимися в проектно-конструкторской документации и нормативных документах.

3.3

дефект: Каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям. [ГОСТ 15467-79, статья 38]

3.4 калибровочный образец: Образец из стали определенного состава/марки, прошедший термообработку по заданному режиму, с определенным значением коэрцитивной силы, предназначенный для калибровки и настройки коэрцитиметра.

3.5 коэрцитивная сила: Напряженность магнитного поля, необходимая для полного размагничивания предварительно намагниченного до насыщения ферромагнетика.

3.6 коэрцитиметр: Прибор для измерения величины коэрцитивной силы металла.

3.7 магнитометрическая диагностика: Контроль технического состояния металлоконструкций из ферромагнитных материалов на основе измерения магнитных параметров металла.

3.8

наработка: Продолжительность или объем работы объекта. Примечание - Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километраж пробега и т.п.), так и дискретной величиной (число рабочих циклов, запусков и т.п.). [ГОСТ 27.002-2015, статья 3.3.1]

3.9 ограниченно-работоспособное состояние: Категория технического состояния конструкции, при котором имеются дефекты, приводящие к снижению механических характеристик, но отсутствует опасность внезапного разрушения и функционирование конструкции возможно при контроле ее состояния, продолжительности и условий эксплуатации.

3.10

остаточный ресурс: Суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до момента достижения предельного состояния. [ГОСТ 27.002-2015, статья 3.3.5]

Примечание - В настоящем стандарте под предельным состоянием конструкции следует понимать состояние, соответствующее предразрушению ее "слабого звена" (см. 3.13): появлению магистральной трещины, исчерпанию ресурса пластичности и т.д. в зависимости от вида нагружения конструкции.

3.11 относительный остаточный ресурс: Выраженное в процентах отношение остаточного ресурса конструкции к ее ресурсу.

3.12

ресурс: Суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления после ремонта до момента достижения предельного состояния. [ГОСТ 27.002-2015, статья 3.3.4]

3.13 "слабое звено": Несущий (расчетный) элемент металлоконструкции, показавший максимальные значения коэрцитивной силы при техническом диагностировании ММК, по величине которого рассчитывают остаточный ресурс конструкции в целом.

3.14

техническая диагностика: Область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов. [ГОСТ 20911-89, статья 3]

3.15

техническое диагностирование: Определение технического состояния объекта. Примечания 1 Задачами технического диагностирования являются: контроль технического состояния; поиск места и определение причин отказа (неисправности); прогнозирование технического состояния. 2 Термин "Техническое диагностирование" применяют в наименованиях и определениях понятий, когда решаемые задачи технического диагностирования равнозначны или основной задачей является поиск места и определение причин отказа (неисправности). Термин "Контроль технического состояния" применяется, когда основной задачей технического диагностирования является определение вида технического состояния. [ГОСТ 20911-89, статья 4]

3.16

техническое состояние объекта: Состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект. [ГОСТ 20911-89, статья 2]

3.17 усиление конструкции: Комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение (восстановление) несущей способности и эксплуатационных свойств отдельных элементов и конструкции в целом, находящихся в аварийном или ограниченно-работоспособном состоянии.

4 Обозначения и сокращения

4.1 В настоящем стандарте использованы следующие условные обозначения:

Н_с - коэрцитивная сила, А/см;

Н_max - максимальное значение коэрцитивной силы в металле контролируемого элемента металлоконструкции, А/см;

Н_п - коэрцитивная сила металла в состоянии поставки, А/см;

H_f - коэрцитивная сила металла в состоянии предразрушения (соответствует временному сопротивлению разрушению при стендовых испытаниях), А/см;

Н_т - значение коэрцитивной силы, соответствующее физическому пределу текучести металла при стендовых испытаниях, А/см;

Н_l - значение коэрцитивной силы, измеренное вдоль приложения нагрузки, А/см;

Н_t - значение коэрцитивной силы, измеренное поперек приложения нагрузки, А/см;

- механическое напряжение, МПа;

- относительная деформация, %;

- физический предел текучести, МПа;

- временное сопротивление, МПа;

Т - время эксплуатации (наработка) конструкции на момент контроля ММК;

Р - ресурс работы конструкции;

Р_ост - остаточный ресурс работы конструкции;

Р'_ост - относительный остаточный ресурс работы конструкции, %.

4.2 В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:

КО - калибровочный образец;

ММК - магнитный коэрцитиметрический метод;

СИ - средство измерения;

НДС - напряженно-деформированное состояние.

5 Общие положения

5.1 ММК основан на существующей зависимости между уровнем эксплуатационной поврежденности структуры металла контролируемой конструкции и величиной изменения его коэрцитивной силы Н_с внутри диапазона от состояния поставки Н_п до состояния, соответствующего предразрушению H_f. Этот диапазон изменения коэрцитивной силы характерен для каждой марки стали.

5.2 Значение Н_с для каждой марки стали зависит от следующих основных факторов:

- термомеханической обработки проката и его вида (лист, профильные и круглые трубы, фасонный прокат и др.);

- толщины металла;

- химического состава/марки стали в зависимости от содержания легирующих элементов в пределах диапазона изменения, регламентируемого нормативными документами;

- величины зерна и степени структурной неоднородности.

5.3 Из перечисленных факторов наибольшее влияние на диапазон изменения коэрцитивной силы оказывают технологические операции получения проката. Для данной марки стали значения Н_с горячекатаного, термически обработанного и холоднокатаного проката могут отличаться в 4 раза.

5.4 На показания СИ (коэрцитиметры с накладными преобразователями) оказывает влияние толщина контролируемых изделий, особенно в диапазоне 1-5 мм. Поэтому перед обследованием соответствующих конструкций с целью увеличения точности контроля следует провести стендовые испытания и построить градуировочные зависимости показаний СИ от механических характеристик металлопроката заданной толщины для данных сортамента и марки стали.

5.5 Минимальное значение коэрцитивной силы соответствует металлу при минимальных остаточных напряжениях после операции отжига. Максимальное значение коэрцитивной силы H_f определяется для каждой стали на стадии предразрушения путем измерения Н_с в процессе стендовых испытаний на растяжение по ГОСТ 1497 стандартных образцов при статическом нагружении с использованием машин для механических испытаний материалов по ГОСТ 28840.

5.6 В состоянии поставки металла коэрцитивная сила Н_п всегда больше, чем у отожженного металла. При этом у холоднокатаного или термомеханически упрочненного металла Н_п может быть в несколько раз больше, чем у отожженного металла одной и той же марки стали.

5.7 Значения Н_с от состояния поставки до состояния, соответствующего началу разрушения, увеличиваются в 3-4 раза. Такой диапазон изменения Н_с позволяет с высокой степенью достоверности определять моменты эксплуатации конструкции, соответствующие переходу ее металла от упругой деформации к пластической, а также наступление состояния предразрушения.

5.8 Зная марку стали, значения Н_п, H_f, измеренное текущее значение Н_с, а также период времени Т, который отработала конструкция до достижения значения Н_с, можно спрогнозировать ее остаточный ресурс.

Примечания - Чем больше контрольных измерений текущего значения Н_с через определенные промежутки времени (обычно 1-3 года), тем выше достоверность прогноза остаточного ресурса.

5.9 Для контроля поврежденности металла по величине Н_с используют следующие СИ:

- коэрцитиметры;

- преобразователи измерения коэрцитивной силы приставного типа (накладные преобразователи);

- КО для настройки приборов.

5.10 СИ (коэрцитиметр с преобразователями), используемые для контроля состояния металла, подлежат сертификации и метрологической поверке в соответствии с действующим законодательством.

5.11 Рекомендуемый настоящим стандартом метод может служить основой для составления методик выполнения измерений по ГОСТ Р 8.563.

6 Требования безопасности

6.1 К выполнению измерений ММК допускают операторов, обладающих навыками эксплуатации оборудования магнитометрической диагностики, умеющих пользоваться нормативными документами и технической документацией по магнитным методам контроля, прошедших обучение работе с применяемыми СИ и аттестованных на знание правил безопасности в соответствующей отрасли промышленности.

6.2 При проведении измерений оператор должен руководствоваться ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.3.002 и правилами технической безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей по ГОСТ Р 12.1.019 и ГОСТ 12.1.038.

6.3 Измерения проводят в соответствии с требованиями безопасности, указанными в инструкции по эксплуатации аппаратуры, входящей в состав используемых СИ.

6.4 При проведении измерений внутри помещений последние должны соответствовать требованиям [3] и [4].

6.5 При организации работ по применению ММК должны быть соблюдены требования пожарной безопасности по ГОСТ 12.1.004.

7 Требования к средствам измерений

7.1 СИ должны обладать свойством зазороустойчивости, под которой понимают возможность измерения Н_с с допустимой погрешностью при изменении немагнитного (в т.ч. воздушного) зазора между полюсными наконечниками преобразователя и поверхностью плоского КО в пределах, предусмотренных технической документацией на СИ.

7.2 СИ должны обеспечивать измерение коэрцитивной силы в диапазоне от 1 до 60 А/см с относительной погрешностью не более 5 %.

7.3 СИ должны обладать такими характеристиками, как портативность и небольшой (до 3 кг) вес, удобство работы в полевых условиях, а также на высотных сооружениях и автономное питание для работы на опасных производственных объектах категорий 1-4 [5].

7.4 Могут быть использованы коэрцитиметры с приставными датчиками, которые обеспечивают стабильные результаты с точностью, гарантированной производителем приборов, на толщинах стальных элементов конструкций до 30 мм.

Примечание - Функция настройки глубины контроля может быть реализована как набором преобразователей с фиксированной глубиной контроля, так и путем применения специализированных универсальных преобразователей с программно-управляемыми характеристиками.

7.5 Каждая разновидность измерительного преобразователя в комплекте СИ должна иметь не менее двух КО. Один КО используют для нижней части рабочего диапазона измерения Н_с, второй - для верхней части диапазона.

7.6 Для нижней ча