Коэрцитиметрия в системе менеджмента качества

Судостроение
Коэрцитиметрия в системе менеджмента качества

Разработка и внедрение инновационных технологий – составная часть менеджмента качества продукции. В судостроении критерием качества является повышение безопасности мореплавания. Среди путей повышения качества мореплавания – непрерывный мониторинг прочности корпуса судна, особенно в продольном направлении.

Александр Гадеев, д.ф.н., профессор, проректор ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет»

Алексей Иванов, директор по качеству ООО «Судостроительный завод «Залив», г. Керчь

Александр Максимов, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет»

Игорь Шевченко, гл. метролог ООО «Судостроительный завод «Залив», г. Керчь

Элемент безопасности судоходства

В материалах ХII Международного семинара «Качественное судоходство: стандарт ХХІ века», проходившего в 2009 г. в Санкт-Петербурге, в докладе генерального директора Российского морского регистра «Системный подход к обеспечению безопасности: тенденции и приоритеты развития» отмечалось, что аварийность по причине дефектов корпуса составляет почти 42% из всех видов аварийных ситуаций.

Комитет по безопасности на море (MSC) Международной морской организации (IMO ) 6 июня 1994 г. представил «Рекомендации по установке систем мониторинга напряжений корпуса судна для повышения безопасности судов, перевозящих сухие грузы навалом»(MSC/Circ.646.1994.Recommendation for the fitting of Hull Streess Monitoring Systems).

Мониторинг продольной прочности корпуса судна в процессе эксплуатации является одним из элементов безопасного судоходства. В настоящее время на судах устанавливаются системы датчиков, фиксирующие напряженно-деформированное состояние корпуса: тензорезисторные, магнитоупругие, волоконно-оптические и другие. Эти датчики надежно определяют напряженно-деформированное состояние корпуса судна. Однако по этим данным нельзя оценить состояние металла корпуса судна и прогнозировать возможность дальнейшей эксплуатации. В процессе волнения, погрузки или выгрузки металл корпуса испытывает знакопеременные нагрузки, что приводит к усталости. Процесс усталости состоит в том, что в металле возникают микродефекты, снижающие прочность стали. Поэтому даже при напряжениях в корпусе, ниже заложенных по проекту, может произойти разрушение. Дефекты структуры металла при усталости способствуют снижению пластичности и вязкости (в частности, хладноломкости), и разрушение происходит без видимых следов предварительной пластической деформации.

Коэрцитиметрия – определение коэрцитивной силы стали

Для кардинального решения проблемы определения напряженно-деформированного состояния корпуса и оценки остаточного ресурса металла могут быть применены неразрушающие методы контроля. Исследованиями установлено, что из всех методов неразрушающего контроля (акустические, магнитные, токовихревые и др.) магнитные характеристики обладают наилучшей чувствительностью к изменению структуры и механических свойств металла. Магнитный метод применения для ферромагнитных материалов, в том числе для конструкционной углеродистой и низколегированной стали. Из магнитных методов наибольшее распространение получила коэрцитиметрия, т.е. определение коэрцитивной силы стали. Коэрцитивная сила является более структурно-чувствительной характеристикой, чем, например, электросопротивление или скорость акустических волн в металле. Например, при одноосном растяжении низколегированной стали 09Г2 (судовая корпусная сталь) до 5% коэрцитивная сила возрастает на 40%, при этом электросопротивление и скорость акустических волн изменяется не более чем на 10%.

Сотрудниками Херсонской морской академии выполнены измерения коэрцитивной силы на теплоходе типа «река-море» «Сибирский-2101», который находился в ремонте на Херсонском судостроительном заводе. Измерения были проведены в комингсе трюмов №1-4, который расположен от шпангоута №50 в кормовой части, до шпангоута №210 – в носовой части и является верхней несущей балкой продольной прочности. Результаты измерений показали, как изменяются уровень коэрцитивной силы по длине корпуса судна. По мнению авторов, наибольшие значения коэрцитивной силы соответствуют большей деградации металла. Измерения, выполненные на левом и правом бортах, показали практическую симметричность показаний. Это соответствует теоретическим расчетам.

Однако в этих работах не учитывался уровень исходного состояния значения коэрцитивной силы металла корпуса судна. Технология постройки корпуса судна в целом состоит в том, что из листового проката, раскроенного заданной формы, сваривается конструкция. Затем несколько конструкций свариваются в отсек корпуса, а после этого происходит соединение отсеков с получением корпуса судна. Все перечисленные технологические операции производятся сваркой. При сварке (даже при соблюдении технологических режимов) в конструкции неизбежно возникают остаточные механические напряжения І и II рода, величину и распределение которых достоверно невозможно рассчитать. Таким образом, эволюция напряженно-деформированного состояния металла от листового проката до готового изделия в настоящее время не учитывается. Поэтому наиболее корректно будет уже на стадии раскроя листов отмечать места замеров коэрцитивной силы в течение всего времени эксплуатации судна.

Кроме указанного технологического фактора, влияющего на значения коэрцитивной силы стали, может оказывать влияние химический состав в пределах данной марки стали.

Например, на судостроительном заводе «Залив» толстолистовой прокат для изготовления корпуса судна поступает от 5-6 заводов-изготовителей. На этих заводах могут быть разные поставщики железной руды, способы выплавки стали и температурно-деформационные режимы прокатки.

Проанализировано влияние химического состава на механические свойства стали различных поставщиков толстолистового проката на керченском судостроительном заводе «Залив». Химический состав стали оценивали по величине углеродного эквивалента, рассчитываемого по формуле:

,     (1)

где C, Mn, Cr, Mo, V, Ni и Cu, соответственно, содержание элементов углерода, марганца, хрома, молибдена, ванадия, никеля и меди, выраженное в процентах. В результате математической обработки массива данных по каждому заводу-поставщику и по всем вместе не установлено существенной разницы. Поэтому математическая обработка велась без учета поставщика. Получены следующие уравнения регрессии:

σв = 414,6 – 4,26h + 249,1Сэ + 13,65(h Сэ),               (2)

σт = 963 – 67,17h – 1798,8Сэ + 210,6(h Сэ),             (3)

δ = 72,8 – 3,51h – 118,4Сэ + 106463(h Сэ),               (4)

где σв – временное сопротивление разрыву, МПа;

σт – предел текучести, МПа;

δ – относительное удлинение, %;

h – толщина листового проката.

По критерию Фишера все уравнения адекватны реальным данным на уровне достоверности не менее 99%. Параметры уравнений значимо отличаются от нуля (по критерию Стьюдента) при уровне достоверности не менее 95%.

Таким образом, установлена достаточно тесная функциональная связь между временным сопротивлением разрыву, пределом текучести, относительным удлинением с одной стороны и величиной углеродного эквивалента и толщиной проката с другой стороны.

Установлено, что зависимость между величиной углеродного эквивалента и коэрцитивной силой выражается корреляционным уравнением:

Hc = 97,8Сэ + 90,                (5)

где Hc – значение коэрцитивной силы, А/м;

Сэ – углеродный эквивалент, %.

Полученные данные показывают, что применение коэрцитиметрии для определения остаточного ресурса металла в процессе эксплуатации предполагает знание исходного значения коэрцитивной силы в конкретном месте листового проката. Кстати, определение механических свойств толстолистового проката на металлургических заводах производится на пробах, отобранных от 1-3 листов данной партии металла. Поэтому исходные значения механических свойств и коэрцитивной силы должны быть получены на образцах, отобранных от листового проката. Следующий замер необходимо провести после ходовых испытаний при сдаче судна в эксплуатацию. Последующие замеры проводятся периодически по составленному графику. Все полученные замеры (начиная с первого) заносятся в специальный журнал. Количество мест замеров коэрцитивной силы определяется на стадии проектирования судна. Таким образом, составляется магнитный паспорт судна, по данным которого можно определить остаточный ресурс металла и время до его разрушения.

Выводы и предложения

В настоящее время в России выпускается ряд стационарных и портативных структуроскопов, определяющих коэрцитивную силу стали, – коэрцитиметров. Коэрцитиметр состоит из электронного блока – структуроскопа и феррозондового преобразователя – щупа, соединенных между собой кабелем.

Например, портативный коэрцитиметр КИМ-2М имеет сертификат Госстандарта России RU.C.28.003.А №12287, сертификат о типовом одобрении Российского морского регистра судоходства № 12.00138 от 10.05.2012, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений №22977-02 и рекомендован к применению в Российской Федерации. Прибор имеет встроенный аккумулятор. Масса прибора с элементом питания – 1,2 кг.

Очень важно, что коэрцитивную силу ферромагнитного материала можно измерять при наличии на поверхности металла диамагнитного покрытия толщиной до 6 мм (слои краски, ржавчина, окалина и пр.). Это большое преимущество, например, перед акустическим способом, где должен быть достаточно хороший контакт между датчиком и исследуемой поверхностью металла. В ряде случаев для хорошего контакта акустического датчика с поверхностью металла используется специальная жидкость.

Имеется нормативная международная и национальная база для определения структуры и механических свойств стали магнитным методом:

– Международный стандарт ИСО 4301, часть 1-5;

– ГОСТ 21104-75. Контроль неразрушающий. Феррозондовый метод;

– ГОСТ 30415-96. Сталь. Неразрушающий контроль механических свойств и структуры металлопродукции магнитным методом;

– ГОСТ 24497-2-2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной «памяти» металла;

– ГОСТ Р52081-2003. Контроль неразрушающий. Метод магнитной «памяти» металла. Принципы и определения.

Учитывая все вышеизложенное, предлагается для определения напряженно-деформированного состояния корпуса судна и остаточного ресурса металла ввести магнитный паспорт судна. Для этого устанавливаются определенные места корпуса, в которых с момента приемки судна в эксплуатацию и во время эксплуатации периодически измеряется коэрцитивная сила и заносится в специальный формуляр – магнитный паспорт судна. Анализируя изменение полученных данных во времени, можно сделать вывод о величине механических напряжений и об остаточном ресурсе металла. Зная это, можно спрогнозировать время до возможного разрушения и принять соответствующие меры.

Указанные коэрцитиметры могут быть встроены в автоматическую систему датчиков для непрерывного или дискретного контроля качества металла и определения внутренних напряжений в корпусе судна.

Аналогичным образом можно определить остаточный ресурс подъемного судового оборудования и тяжело нагруженных элементов судовых силовых установок.

Таким образом, применение коэрцитиметрии и введение магнитного паспорта судна для корпуса и других тяжело нагруженных элементов агрегатов позволит повысить безопасность мореплавания.

Морской флот №4 (2016)


Вернуться к разделу Судостроение

Новости

Лента новостей

«Макаровка» идет на Север

«Макаровка» идет на Север Ректор вуза обсудил сотрудничество с Газпромфлотом, Росатомфлотом и губернатором Мурманска

На конкурсе в Новороссийске определили лучших работников перевалки

На конкурсе в Новороссийске определили лучших работников перевалки С помощью заданий с погрузчиками, перегружателями, ролл-трейлером и портальным краном

Российская экономика

ОСК внедряет типовую структуру цифровой верфи на заводах

ОСК внедряет типовую структуру цифровой верфи на заводах Для этого работают над 3D-моделированием на заводе и информационной защитой.

Первое судно построенное по инвестквотам получил рыболовецкий колхоз им. Ленина

Первое судно построенное по инвестквотам получил рыболовецкий колхоз им. Ленина Это первое судно из трёх заказанных.

Транспортная политика

Лоцманское обеспечение могут сделать прерогативой государства

Лоцманское обеспечение могут сделать прерогативой государства Для этого предлагается создать отдельное федеральное учреждение

За 15 лет обновят весь речной флот северного судоходства

За 15 лет обновят весь речной флот северного судоходства Первый шаг к решению масштабной задачи уже сделан

Морские порты

Морстройтехнология: мощности на 100 млн тонн грузооборота в год построены, впереди еще 50

Морстройтехнология: мощности на 100 млн тонн грузооборота в год построены, впереди еще 50 Контейнерные и наливные, угольные и минудобрений, СУГ и СПГ…

Терминал за 57,8 млрд руб. собрался строить экс-глава «Роснефти» в Приморском крае

Терминал за 57,8 млрд руб. собрался строить экс-глава «Роснефти» в Приморском крае Максимальный грузооборот по проекту – 35 млн тонн в год




Морской транспорт

Суда нон грата: российские сухогруз и танкер не могут попасть в Россию из-за санкций

Суда нон грата: российские сухогруз и танкер не могут попасть в Россию из-за санкций Сингапурцы и корейцы отказываются помочь в обслуживании и «ставят палки в колеса»

До 2030 года «доживет» только один из ныне действующих ледоколов «Атомфлота»

До 2030 года «доживет» только один из ныне действующих  ледоколов «Атомфлота» Советских «старичков» остановят

Речной транспорт

После столкновения сухогруза «Феофан Шохирев» страховая компания выплатила судовладельцу 12,8 млн руб.

После столкновения сухогруза «Феофан Шохирев» страховая компания выплатила судовладельцу 12,8 млн руб. Не зря платили взносы

Сделано у нас: Росморпорт стал лауреатом национальной премии в области импортозамещения

Сделано у нас: Росморпорт стал лауреатом национальной премии в области импортозамещения Благодаря новому земснаряду

Ж/Д транспорт

«Трансконтейнер» продал половину акций ведущего оператора логистических терминалов Казахстана

«Трансконтейнер» продал половину акций ведущего оператора логистических терминалов Казахстана И будет выступать на территории республики как самостоятельный экспедитор

«РЖД Логистика» испытает систему локомотивной сигнализации с опцией «беспилотника» на заводе полимеров

«РЖД Логистика» испытает систему локомотивной сигнализации с опцией «беспилотника» на заводе полимеров А также оптимизирует логистические цепочки

Авто транспорт

Дитрих и Кадыров открыли движение по магистрали и мосту между Чечней и Дагестаном

Дитрих и Кадыров открыли движение по магистрали и мосту между Чечней и Дагестаном Параллельно строится другая «федералка»

Более 50 млрд рублей от инвесторов вложили в строительство платных дорог РФ в этом году

Более 50 млрд рублей от инвесторов вложили в строительство платных дорог РФ в этом году И планируют оборудовать ЦКАД «оплатой без барьеров»

Аналитика

Транспортная политика

Стратегия прорывного развития

Стратегия прорывного развития В настоящее время группой отраслевых специалистов под руководством Научного центра по комплексным тр...

Япония: очередной «компромисс»?

Япония: очередной «компромисс»? В последние годы вопрос «подписания» мирного договора с Японией с передачей ей части суверенной терр...

Морские порты

Порт Феодосия снижает аварийность и повышает объемы перевозок

Порт Феодосия снижает аварийность и повышает объемы перевозок Морской порт Феодосия расположен в западной части Феодосийского залива Черного моря. Он является пер...

Порт Де-Кастри наращивает отгрузки Амурскому ГПЗ и обновляет флот

Порт Де-Кастри наращивает отгрузки Амурскому ГПЗ и обновляет флот На протяжении последних 14 лет основная специализация морского порта Де-Кастри остается неизменной –...

Морской транспорт

Энергетические суда:какие они и чем регулируются?

Энергетические суда:какие они и чем регулируются? Судно-батарейка как будущая неотъемлемая часть морской инфраструктуры. Проблемы и перспективы законо...

К чему приведет беспилотное судоходство?

К чему приведет беспилотное судоходство? Проблемами автоматизации технологических процессов человечество озабочено издревле. Перспективы зама...

Речной транспорт

«Между прошлым и будущим»

«Между прошлым и будущим» Под таким заголовком в газете «Морские вести России» № 3 в этом году напечатана статья капитана И. К...

Другая экономика

Другая экономика Бассейн канала имени Москвы – это сердце внутренних водных путей России. При этом многие даже не пре...




Темы

Инфраструктура / Образование

Якорь стал памятником

Якорь стал памятником Все знают, насколько трудна и опасна работа моряков. Год от года они уходят в море и, к огромному со...

Новые технологии в стенах университета

Новые технологии в стенах университета В начале этого года в стенах Санкт-Петербургского государственного морского технического университет...

Грузовая база

Проекты нефтехимии: рост масштабов и стремление к экспорту

Проекты нефтехимии: рост масштабов и стремление к экспорту Проекты нефте- и газохимических производств в России становятся все более масштабными и амбициозными...

Мощности зерновых терминалов будут расти быстрее объемов экспорта

Мощности зерновых терминалов будут расти быстрее объемов экспорта Урожай зерна в 2019/20 сельхозгоду, согласно оценкам экспертов, составит около 118 млн тонн, что на ...

Безопасность мореплавания

Спасательный жилет для тяжелых инвалидов

Спасательный жилет для тяжелых инвалидов В последние десятилетия пассажирами морских и речных судов нередко становятся инвалиды с серьезным у...

Будьте бдительны по средам

Будьте бдительны по средам «Будьте особенно бдительны по средам, а также в начале и в конце года!» – предупреждают эксперты гло...

Севморпуть

Перспективы и неопределенности развития Северного морского пути

Перспективы и неопределенности развития Северного морского пути В 2018 году проект развития Северного морского пути был внесен в «Комплексный план модернизации и ра...

Россия нацелена на развитие СМП

Россия нацелена на развитие СМП Северный морской путь – главная арктическая судоходная магистраль России, связывающая порты Арктики ...




Судостроение

Судоремонт в России: надежда на возрождение

Судоремонт в России: надежда на возрождение Проблемы развития судоремонта и пути их решения, меры господдержки, опыт работы отдельных предприяти...

Новый вид технического флота

Новый вид технического флота Новый взгляд на суда технического флота – универсальная платформа, электродвижение, экологически чис...

Таможня

К совершенству таможенного законодательства

К совершенству таможенного законодательства 3 октября 2019 года вступил в силу приказ ФТС России №541, в соответствии с которым взаимодействие у...

«Особый подход» Южной таможни

«Особый подход» Южной таможни Юристы Адвокатского бюро «Степанов и Аксюк» в течение длительного времени работают в сфере защиты ин...

Пиратство

Тридцать дней в плену (часть 2)

Тридцать дней в плену (часть 2) Журнал «Морской флот» неоднократно поднимал тему пиратства на своих страницах.
И вот новый ма...

Последний пират отступает

Последний пират отступает 10 лет назад о нападениях сомалийских пиратов говорили каждую неделю. Теперь от них не осталось и сл...

Из истории флота

Первая русская антарктическая экспедиция

Первая русская антарктическая экспедиция Первая русская антарктическая экспедиция 1819-1821 годов под руководством Фаддея Беллинсгаузена и Ми...

Потопленные перестройкой

Потопленные перестройкой Приступив к созданию полноценного авианосного флота, Китай, судя по планам и темпам, через 10-15 лет...

Наши издания

Морские вести России

Газета «Морские вести России» издается при поддержке Федерального агентства морского и речного транспорта и Морской коллегии при Правительстве РФ тиражом 9 тыс. экземпляров, полным цветом, объемом до 28 полос. Формат издания - А-3 …

Морской флот

Информационно-аналитический журнал «Морской флот» освещает деятельность российского судоходства и всех процессов, связанных с морскими перевозками внешнеторговых грузов РФ …

Морские порты

Информационно-аналитический журнал «Морские порты» освещает деятельность российского портового комплекса и всех процессов, связанных с международными перевозками внешнеторговых и транзитных грузов через морские порты России …

Международный экспедитор

ВНИМАНИЕ! Издательство объявляет о продаже или аренде журнала «Международный экспедитор». Информационно-аналитический журнал освещает вопросы транспортной логистики, складского хозяйства, таможенного оформления грузов и ...




Транспортное дело России

Научный журнал «Транспортное дело России», основан в 1999 году, входит в Перечень ВАК. Выходит 6 раз в год ...

Инновационная экономика

Научный журнал «Инновационная экономика: информация, аналитика, прогнозы», выходит с 2010 года 4 раз в год ...

Справочник морские порты

В 2018 году редакция выпустила 8-е издание спраочника. Первый выпуск состоялся в 2001 году. Справочник выходит в режиме один раз в два года ...

Справочник речные порты

В 2019 году, по поручению Росморречфлота, редакция подготовила и выпустила 5-е издание справочника. Первый выпуск состоялся в 2011 году. Справочник выходит в режиме один раз в два года ...

Спецпроекты

Капитаны российского флота

Капитаны российского флота

Конференции

Анонсы, репортажи и отчеты с конференций и семинаров, организуемых издательством «Морские вести России». На конференциях обсуждаются самые актуальные проблемы отрасли судоходства, судостроения и портово...

Торговая площадка

В данном разделе публикуются объявления о покупке/продаже/аренде перегрузочного оборудования, средств транспорта, услуг и вакансий.

По условиям размещения объявлений обращаться по тел.: +7 (495) 763-54-2...

Информация СКЦ

Регулярная сводка «Спасательно-координационного центра Росморречфлота» (СКЦ Росморречфлота). Все происшествия на водном транспорте, оповещения об опасных гидрометеорологических условиях.





Фото/Видео репортажи

Информационный интернет-портал «Морвести.Ру» публикует фоторепортажи о наиболее значимых событиях в отрасли морского и речного транспорта. Совещания и экспертные советы в Минтрансе и федеральных агентствах, н...

Конкурс коков

Конкурс планируется провести в два этапа 5 июля 2018 года.
1-й этап – отборочный тур, с 23 января 2012 года по 23 июня 2019 года
2-й этап – конкурс финалистов – 5 июля 2019 года.
Особые условия. Уча...

Конкурс «Удиви ближнего»

Журнал «Морской флот» открывает рубрику «Удиви ближнего». Это будут ваши фотографии, на которых есть что-то необычное, непривычное или загадочное, удивившее вас в дальних рейсах.

Если у вас появится ...

Морская семья

Россия всегда славилась семьями моряков, из поколения в поколение передававшими любовь и интерес к морской профессии. Главным для них была верность своему долгу перед Родиной, нелегкой работе в море и тем, кто жде...