Komputerowe wsparcie badań nieniszczących i monitorowania konstrukcji na przykładzie metody MPM

WITOŚ Mirosław 1 ZIEJA Mariusz 2 Komputerowe wsparcie badań nieniszczących i monitorowania konstrukcji na przykładzie metody MPM WSTĘP W polskich elektrowniach zawodowych od kilkunastu lat przedłużana jest trwałość eksploatacyjna bloków energetycznych z pierwotnych 90 000 godz. przez 300 000 godz. (stan obecny) do 500 000 godz. [23, 30]. Podobny trend eksploatacji obiektu wg stanu technicznego istnieje w górnictwie i transporcie. Jest on podyktowany: długoletnimi opóźnieniami w odtwarzaniu infrastruktury, względami ekonomicznymi oraz coraz większą świadomością użytkownika o ukrytych możliwościach bezpiecznej modernizacji zasad eksploatacji i rewitalizacji obiektów technicznych [31, 32, 44]. Bezpieczna eksploatacja coraz starszych maszyn i urządzeń wymaga jednak coraz większej elastyczności logistycznej i uwagi diagnostycznej, w tym stosowania wiarygodnych metod oceny stanu technicznego. Z pozoru jest to zadanie proste w przeciągu 50 lat na świecie pojawiło się ponad 200 nowych metod badań nieniszczących (NDT, ang. Non-Destructive Testing) [1], będących odpowiedzią na zwiększone potrzeby diagnostyczne oraz nowe możliwości pomiarowe i analityczne. Niestety, większość z nowych metod NDT nie posiada statusu metody samodzielnej, ponieważ nie zostały zakończone badania dowodowe oceny ich skuteczności oraz nie opracowano dla nich norm i uniwersalnych metodyk badawczych. Problem wiarygodności badań nieniszczących dotyczy również niektórych unormowanych metod NDT, np. metody magnetycznej pamięci metalu (MPM) [33, 38]. Metoda MPM została unormowana przez międzynarodową normą ISO 24497-1-3:2007 i jej lokalne tłumaczenia, m.in. polską normę PN-ISO 24497-1-3:2009 [21] jako pomocnicza, szybka metoda kontroli jakości spoin spawalniczych na podstawie detekcji anomalii magnetycznych. Jednak jej Autorzy i użytkownicy z 27 krajów świata od ponad 40 lat deklarują również możliwość stosowania metody MPM do wiarygodnej identyfikacji wczesnej fazy degradacji mikrostruktury, poprzedzającej otwarte pęknięcie, oraz detekcji stref koncentracji naprężeń (SKN) i prognozowania stanu technicznego [8-12, 16, 17, 28, 36, 40]. Przeciwnicy metody MPM podważają jej wiarygodność i sens wykonywania badań MPM w przemyśle [2, 15, 24].Źródłem kontrowersji są: uproszczony sposób wykonywania badań MPM (niepełna obserwowalność wektora indukcji magnetycznej B p w lokalnym układzie współrzędnych kartezjańskich sondy); stosowane algorytmy analizy danych pomiarowych (pomijana jest weryfikacja poprawności danych pomiarowych i podstawowe parametry obiektu i jego materiału, które mają wpływ na mierzony rozkład pola magnetycznego); rozszerzona interpretacja wyników badań MPM, stosowana w przemyśle pomimo braku wiarygodnych wyników prób dowodowych i udokumentowania podstaw naukowych używanych symptomów diagnostycznych. W artykule przedstawiono kompleksowe podejście do uwiarygodnienia metody MPM. Przedstawiono zakres prac badawczo-rozwojowych (B+R) realizowanych w Polsce, które mają na celu uwiarygodnienie i rozszerzenie funkcjonalności metody MPM na monitorowanie stanu technicznego konstrukcji (SHM, ang. Structural Health Monitoring) i wczesnej fazy degradacji materiału zagadnienia opisane przez mechanikę ciągłego zniszczenia (CDM, ang. Continuum Damage Mechanics) [5]. 1 Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, Zakład Informatycznego Wsparcia Logistyki, ul. Ks. Bolesława 6, 01-494 Warszawa, Tel. +4822 6851353, Fax: +4822 6851612, E-mail: witosm@itwl.pl 2 Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, Zakład Informatycznego Wsparcia Logistyki, Tel. +4822 6851653, E-mail: mariusz.zieja@itwl.pl 11233

1 PROBLEM BADAWCZY Skuteczne zarządzanie ryzykiem awarii i bezpieczeństwem eksploatacji nadzorowanych obiektów technicznych (PHM, ang. Prognostics and Health Management) [26, 43] wymaga uwzględnienia wyników badań NDT i monitorowanych parametrów pracy [37] w algorytmach prognozowania stanu technicznego obiektu. Algorytmy bazują również na: współczesnej wiedzy z inżynierii materiałowej i modelach degradacji materiału [6, 20, 25, 34, 42], teorii diagnostyki procesów i pomiarów [13, 27], nowoczesnych metodach analizy numerycznej danych pomiarowych i modelowania procesów, teorii opisującej wpływ czynników ludzkich (ang. Human Factors) na etapie wytwarzania, remontu i eksploatacji nadzorowanych obiektów [4]. Do przedłużenia trwałości eksploatacyjnej z wykorzystaniem zasad aktywnego sterowania procesem zmęczenia materiału [22, 36] przedstawionych na rysunek 1, wymagana jest dodatkowa wiedza o rzeczywistych właściwościach modalnych obiektu i procesów oraz umiejętność identyfikacji i ingerencji w niekorzystne zjawiska dynamiczne, np. w położenie zakresów rezonansowych lub poziom niekorzystnych wymuszeń wąsko- lub szerokopasmowych. Pierwotnych przyczyn zmęczeniowych, które nie zawsze są odwzorowane w postaci: niekorzystnych zmian uśrednionych parametrów pracy, rejestrowanych przez istniejące systemy monitorowania, np. przekroczeniem progu alarmowego poziomu drgań lub przemieszczeń kadłuba czy wału; niepokojących wyników badań NDT oceny bieżącego stanu technicznego krytycznych elementów. Z założenia, użytkownik, zakład remontowy i producent nie mają pełnej informacji o rzeczywistych warunkach pracy krytycznych elementów konstrukcji aż do chwili ujawnienia niekorzystnych skutków, np. wykrycia przyśpieszonych zmian mikrostruktury, pęknięcia lub urwania pióra łopatki wentylatora, sprężarki lub turbiny, nietypowych zmian erozyjnych lub korozyjnych. W efekcie, nie jest znany rzeczywisty poziom wytężenie materiału w złożonym stanie naprężeń oraz dynamika i stopień różnicowania procesu degradacji materiału, o ile nie są wykonywane okresowo badania materiałowe np. metodą replik [6]. Prognozowanie stanu technicznego obiektu typu czarna skrzynka (ang. black box) na bazie oceny bieżącego stanu technicznego, np. wyników klasycznych czy nowych metod NDT, jest zawsze obarczone niepewnością i ryzykiem większym od zera. Z czym związane są dodatkowe koszty awarii i nieplanowanych remontów oraz ryzyko zagrożenia życia personelu i osób trzecich czy zatrucia środowiska naturalnego. Przykładowe wyzwania diagnostyczne dla metod NDT i SHM przedstawiono na rysunku 2. Opisywane zadanie badawcze jest przykładem nieliniowych zagadnień odwrotnych klasy MIMO (ang. Multi Input Multi Output), rozwiązywanych pośrednio różnymi metodami NDT i SHM, przy efektywnym ich wsparciu technikami komputerowymi i informatycznymi na etapie pomiaru, analizy danych i wnioskowania. 2 DOBÓR OBSERWATORA STANU Badane elementy krytyczne są wykonane z materiałów ferromagnetycznych lub metastabilnych stali austenitycznych, tj. materiałów, które wykazują bardzo silną, nieliniową zależność pomiędzy składem chemicznym, mikrostrukturą i poziomem jej degradacji, a właściwościami magnetycznymi materiału odwzorowanymi m.in. przez parametry pętli histerezy [29]. Źródłem zmian parametrów magnetycznych materiału i rozkładu pola magnetycznego w jego pobliżu są błędy struktury krystalograficznej [3], które modyfikują lokalnie własności elastycznych materiału polikrystalicznego [14, 19, 39], w tym: naprężenia własne I, II i III rodzaju (odpowiednio w skali makroskopowej, mikroskopowej i komórki elementarnej), poziom anizotropowości strukturalnej i magnetycznej materiału oraz ilość i rozkład zablokowanych domen magnetycznych (źródło anomalii magnetycznych w skali nano, mikro, makro i mezo). 11234

Rys. 1. Idea aktywnego sterowania procesem zmęczenia materiału stosowana od 20 lat w lotnictwie SZ RP, która m.in. wyeliminowała problem zmęczeniowy łopatek I stopnia sprężarki silników typu SO-3, przedłużając teoretyczny czas oczekiwany między pęknięciami łopatek o ponad 15 razy! [36] a) b) c) d) Rys. 2. Wyzwania diagnostyczne dla metod NDT w energetyce i transporcie: a) diagnostyka słupów linii przesyłowej 110 i 220 kv jak identyfikować przeciążone elementy przed ich pęknięciem lub złamaniem i optymalizować proces napraw/przeglądów technicznych? (motywacja: rozległa awaria zasilania (ang. blackout) w woj. zachodnio-pomorskim w dniu 8.04.2008 wywołana silnym oblodzeniem; złamaniu lub zniszczeniu uległy 43 słupy wysokiego napięcia, straty finansowe ponad 100 mln zł) [10]; b) diagnozowanie trudnodostępnych obszarów krytycznych turbiny parowej, np. zamków mocowania łopatek w tarczy i stopy łopatek bez konieczności demontażu łopatek [44]; c) diagnozowanie stanu technicznego podziemnych rurociągów przesyłowych [41]; d) diagnozowanie problemów zmęczeniowych na kolei i w lotnictwie Nawet subtelne, lokalne niejednorodności namagnesowania materiału są możliwe do obserwacji w warunkach przemysłowych przy pomocy mikroprocesorowych technik pomiarowych i dedykowanego oprogramowania, co zobrazowano na rysunku 3. 11235

1) Pomiar pola magnetycznego 2) Wynik pomiaru 3) Niejednorodność magnetyczna materiału (cel badań) Niejednorodność magnetyczna = Pomiar Wartość oczekiwana (np. z modelu rozkładu pola) dla danego obiektu Rys. 3. Identyfikacja niejednorodności magnetycznej magnesu przy pomocy kamery magnetycznej MagCam (macierzy 128x128 czujników dwuosiowych Halla rozmieszczonych na powierzchni 13 mm x 13 mm) i jej oprogramowania [18] Bardzo wysoka czułość parametrów magnetycznych materiału naskład chemiczny, drobne zmiany mikrostruktury i stanu odkształceń/naprężeń, sprawia, że pasywne i aktywne metody magnetyczne i elektromagnetyczne (MiEM) są preferowane do: kontroli jakości produkcji, m.in. do automatycznej oceny zgodności składu chemicznego i mikrostruktury materiału, pomiarów naprężeń własnych, twardości i jakości warstwy dyfuzyjnej; kontroli jednorodności magnetycznej struktury; oceny wpływu historii wytężenia materiału i bieżącego stanu naprężeń (własnych i eksploatacyjnych); diagnozowania postępującej degradacji materiału (w fazie poprzedzającej otwarte pęknięcie i detekcji otwartego pęknięcia). Metody MiEM są używane do ww. zadań pomimo trudności w interpretacji ilościowej wyników badań. Przypisanie relacji symptom przyczyna bazuje najczęściej na wzorcach uzyskanych dla danego materiału, struktury i defektu, rzadziejna modelach numerycznych oczekiwanego rozkładu pola magnetycznego (tylko dla prostych kształtów). 2.1 Metoda magnetycznej pamięci metalu Metoda MPM pasywny magnetyczny obserwator stanu bazuje na trzech wiarygodnych filarach: a) Efektach magnetomechanicznych [7, 24, 33, 40] i związkach mikrostruktury z właściwościami magnetycznymi materiału, zmieniającymi się w procesie eksploatacji badanego obiektu. Wszystkie symptomy diagnostyczne metody MPM mogą być opisane na podstawie uznanych teorii naukowych i wektorowego modelu pętli histerezy. b) Magnetowizji pomiarach wybranego fragmentu rozkładu składowej stałej pola magnetycznego (indukcji magnetycznej B DC lub natężenia pola magnetycznego H DC ) w pobliżu badanego obiektu, z wykorzystaniem współczesnych możliwości elektronicznych magnetometrów wektorowych, enkoderów(nadajników przemieszczenia sondy) i cyfrowej rejestracji danych pomiarowych. Zarejestrowany rozkład pola magnetycznego (postać dyskretna rozkładu ciągłego istniejącego w danej odległości od badanego obiektu) jest skorelowany ze stanem namagnesowania materiału badanego obiektu. Odwzorowuje on: rzeczywistewłaściwości magnetyczne materiału, stan warstwy wierzchniej materiału, kształt badanego obiektu (tensor rozmagnesowania), parametry zewnętrznego pola magnetycznego, położenie obiektu badań względem zewnętrznego pola magnetycznego i magnetometru, odległość magnetometru od badanej powierzchni oraz zakłócenia i szum pomiarowy. c) Analizie numerycznej danych pomiarowych rozwiązywaniu zagadnienia odwrotnego magnetostatyki [35] z zachowaniem teorii analizy sygnałów dyskretnych i zasad wnioskowania logicznego. Graficzne zobrazowania wyników analizy numerycznej są używane w tworzonych raportach z badań MPM. Dane pomiarowe i wyniki analiz podlegają archiwizacji i mogą być 11236

powtórnie weryfikowane przez osoby, które podejmują decyzje w systemie zarządzanie ryzykiem nieplanowych awarii, np. w elektrowni czy w zakładzie remontowym. Metoda MPM jest rozwinięciem metody R. Saxbyego z XIX w. oceny stanu technicznego ferromagnetyka poprzez detekcję anomalii magnetycznych przy pomocy kompasu, która w XX w. była inspiracją dla wszystkich współczesnych metod magnetycznych NDT, w tym metody wypływu linii pola magnetycznego (MFL) i metody magnetyczno-proszkowej (MPI, MT). W metodzie MPM zamiast kompasu, ferromagnetycznego proszku lub emulsji zastosowano czuły elektroniczny magnetometr wektorowy i enkoder, co umożliwiło: a) wyeliminować potrzebę stosowania sztucznego przemagnesowania materiału, wymaganego w metodzie MPI i MT do: przemieszczania i utrzymania proszku/emulsji ferromagnetycznej (detektora anomalii) na badanej powierzchni w pobliżu defektów struktury (anomalii magnetycznych); zwiększenia wiarygodności badań poprzez wykonywanie badań dla dwóch ortogonalnych ustawień zewnętrznego pola magnetycznego (w przypadku defektów położonych równolegle do linii pola magnetycznego nie występuje wypływ linii pola magnetycznego); b) uzyskać informację o położeniu magnetometru i rejestrowanego rozkładu pola magnetycznego względem badanego elementu. Badania MPM są wykonywane w słabym polu magnetycznym Ziemi, co umożliwia również obserwowanie skutków rozpraszania energii w materiale i efektów nieodwracalnych po częściowym lub całkowitym odciążeniu badanego elementu zmian zastanego namagnesowania materiału skorelowanych z historią nieznanego wytężenia materiału i postępującej degradacji mikrostruktury w fazie poprzedzającej otwarte pęknięcie [ 7-12, 15-17, 24, 28, 36, 40]. Ta właśnie zaleta sprawia, że metoda MPM jest coraz chętniej stosowana w przemyśle w zakresie wykraczającym poza normę PN-ISO 24497. Zagadnienia analityczne podlegające rozwiązaniu w metodzie MPM przedstawiono na rysunku 4. Na rysunku 5 przedstawiono przykładowe wyniki badań łopatek ND 37 uzyskane w programie MMS System firmy Energodiagnostyka [41]. Rys. 4. Metoda MPM w ujęciu analitycznym (B indukcja magnetyczna na powierzchni elementu, B ij mierzona indukcja magnetyczna w odległości z od badanego elementu; D parametr odwzorowujący poziom degradacji struktury, ε stan odkształceń w materiale, H natężenie zewnętrznego pola magnetycznego, M magnetyzacja materialu, Q straty energii wewnętrznej, 11237

T temperatura materiału, σ stan naprężeń w materiale, t czas) a) b) Rys. 5. Magnetogram łopatki ND 37: a) zgodny z warunkami technicznymi wzorca statystycznego palisady; b) łopatka bez pęknięć z symptomami czterech anomalii magnetycznych, świadczących o silnych wymuszeniach szerokopasmowych panujących podczas pracy turbiny parowej, np. kawitacji podczas zmiany zakresu mocy turbiny. Anomalie MA 3 i MA 4 występują w strefie zwiększonej erozji krawędzi pióra karbu mechanicznego zwiększającego dodatkowo ryzyko pęknięcia pióra w tych strefach. 3 PRACE BADAWCZO-ROZWOJOWE METODY MPM W Polsce od ponad 30 lat używana jest aplikacja metody MPM, która bazuje na wieloletnich autorskich doświadczeniach prof. A. Dubowa oraz metodykach badawczych, aparaturze pomiarowej i oprogramowaniu firmy Energodiagnostyka [41]. Szczegóły know-how metody MPM są ukrywane przed jej użytkownikami, podobnie jak informacja o podstawowych cechach metrologicznych używanego toru pomiarowego. Istniejąca sytuacja skłania do podjęcia działań korygujących. Na podstawie grafu przepływu informacji i analizy SWOT/TOWS stwierdzono, że zarówno metoda MPM i jej aplikacja używana w Polsce posiadają słabe strony, które generują zagrożenia: obniżoną wiarygodność analizy jakościowej badań MPM i brak analizy ilościowej naprężeń [24]; próby prognozowania stanu technicznego obiektu na bazie wyników badań MPM, bez pełnej reprezentacji wektora indukcji magnetycznej i wiarygodnych podstaw naukowych. Prognoza jest obarczona wysokim ryzykiem błędu ponieważ te same symptomy diagnostyczne MPM mogą być wywołane przez różne procesy i stan degradacji materiału [25]; podwyższone ryzyko awarii obiektu badanego metodą MPM; uzasadnione powątpiewanie w aktualne możliwości metody MPM i wiarygodność diagnoz [2, 24]; błędne modelowanie zagadnienia MPM na bazie skalarnego modelu pętli histerezy i uproszczonych danych materiałowych oraz błędne wyniki identyfikacji nowych symptomów diagnostycznych uzyskiwanych przy pomocy komercyjnych programów, np. FAMM, COMSOL Multiphysics czy OPERA. Rozpoznane słabe strony metody MPM mogą być usunięte na podstawie działań korygujących uwzględniających: a) dotychczasowe wyniki badań efektów magnetomechanicznych i właściwości magnetycznych materiałów, opublikowane w kraju i na świecie; b) współpracę krajowego przemysłu (odbiorcę wyników badań MPM) z jednostkami naukowymi; c) metodologię i poziomy opanowania technologii wskazane w załączniku nr 1 do rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 4 stycznia 2011 r. (Dz. U. 2011 Nr 18, poz. 91). W tabeli 1 przedstawiono zakres prac B+R, które są obecnie realizowane na potrzeby polskiej energetyki przez konsorcjum PW-ITWL-EC System. 3.1 Oprogramowanie EXPERT MPM Użytkownik odpowiedzialnych obiektów technicznych oczekuje wiarygodnej informacji z badań nieniszczących, na podstawie której będzie mógł lepiej zarządzać ryzykiem i działaniami logistycznymi. Spełnienie tej potrzeby dla metody MPM wymaga posługiwania się wiarygodnymi: a) danymi materiałowymi: mechanicznymi, magnetycznymi i magnetomechanicznymi, 11238

b) aparaturą pomiarową, dla której znane są cechy metrologiczne i jej stan techniczny, c) danymi pomiarowymi, po skorygowaniu ewentualnych błędów pomiarowych, d) symptomami diagnostycznymi, e) regułami diagnostycznymi wyznaczającymi funkcje przejścia: stan namagnesowania stan naprężeń i degradacji struktury diagnoza i prognoza f) zweryfikowanym oprogramowaniem doradczo-eksperckim. Tab. 1. Zakres kompleksowych prac badawczo-rozwojowych metody MPM realizowanych na potrzeby polskiej energetyki w ramach I konkursu Programu Badań Stosowanych. Zadanie badawcze uwzględniające poziomy technologii wskazanego w rozporządzeniu Waga Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 4 stycznia 2011 r. Wyznaczenie właściwości magnetycznych i magnetomechanicznych dla typowych materiałów stosowanych 0,25 w energetyce, z uwzględnieniem wpływu obróbki cieplno-mechanicznej i zmęczenia struktury (eksperyment czynny) Pozyskanie wiarygodnych danych MPM z obiektów o nieznanej historii wytężenia (eksperyment bierny) 0,10 Rozwinięta analiza danych pomiarowych 0,10 Sprecyzowanie wiarygodnych kryteriów kontroli MPM i wymogów metrologicznych 0,15 Opracowanie nowych czujników pola magnetycznego i technik rejestracji sygnału 0,10 Opracowanie oprogramowania doradczo-eksperckiego 0,10 Opracowanie projektu normy 0,05 Opracowanie technologii oceny stanu degradacji materiału 0,15 Oprogramowanie EXPERT MPM, którego przyszłą rolę w systemie NDT/SHM/PHM bazującym na metodzie MPM przedstawiono na rys. 5.a), jest tworzone w ITWL. Oprogramowanie będzie m.in. realizowało: analizę doradczo-ekspercką danych pomiarowych MPM z uwzględnieniem wstępnej klasyfikacji zagadnienia badawczego(możliwych zadań diagnostycznych metody MPM w NDT, SHM i PHM) i specyfiki fazy zapisu informacji MPM, na którą wrażliwy jest pasywny magnetyczny obserwator stanu; automatyczną oceną jakości badań MPM, realizowanych najczęściej przez zewnętrznego Zleceniobiorcę; współpracę z istniejącą aplikacją firmy Energodiagnostyka i danymi pomiarowymi w formacie *.mms źródłem ogromnej wiedzy empirycznej będącej u dotychczasowego użytkownika metody MPM; obsługę nowych typów urządzeń rejestrujących i czujników; pobieranie danych pomocniczych, np. informacji o silnych burzach magnetycznych mogących mieć niekorzystny wpływ na wiarygodność badań MPM, z zewnętrznych ogólnodostępnych serwerów. Tworzone oprogramowanie bazuje na sprawdzonej koncepcji systemów doradczo-eksperckich i zasadach nowoczesnego programowania. Oprogramowanie będzie zawierało jądro systemu, 6relacyjnych baz danych (bazę danych opisowych, bazę materiałową, bazę danych pomiarowych, bazę procedur obsługi urządzeń zewnętrznych, bazę reguł diagnostycznych, bazę modeli) i kodowany, automatyczny dziennik pracy, monitorujący działania użytkownika oprogramowania. Przyjęta struktura umożliwia elastyczne rozszerzanie możliwości funkcjonalnych oprogramowania w miarę: zdobywania wiedzy, wzrostu potrzeb użytkownika metody MPM i rozwoju nowoczesnych technik pomiarowych; bez ryzyka pojawienia się niestabilności i błędów działania w istniejącej części oprogramowania i potrzeby powtórnego testowania jego wiarygodności. Przykładowy wynik analizy danych MPM przy pomocy tworzonych algorytmów przedstawiono na rysunku 5.b). WNIOSKI Komputerowe wsparcie badań nieniszczących jest jednym z głównych zadań prac B+R realizowanych dla wszystkich metod NDT oraz działań profilaktycznych podejmowanych u użytkowników odpowiedzialnych konstrukcji mechanicznych. 11239

Używanie wiarygodnych metody NDT i SHM zmniejsza ryzyko: awarii i nieplanowych remontów, zagrożenia życia ludzkiego i zagrożeń środowiskowych. Są one niezbędnym elementem optymalizacji działań logistycznych zabezpieczających bezpieczeństwo eksploatacji starzejącej się techniki. a) b) Rys. 5. System NDT/SHM/PHM bazujący na metodzie MPM: a) struktura blokowa; b) przykładowy wynik analizy statystycznej danych MPM (kanału H p1 i H p2 ) uzyskanych podczas badania krawędzi natarcia łopatek ND 37 turbiny parowej(estymatork 1 odwzorowuje poziom zgodności łopatki z wzorcem statystycznym, H p1 składowa natężenia pola magnetycznego styczna do powierzchni pióra łopatki, H p2 składowa natężenia pola magnetycznego normalna do powierzchni pióra, H p12 rzut nieznanego wektora H na płaszczyznę 0xz w lokalnym układzie współrzędnych magnetometru, alfa1 kąt pochylenia wektora H p12 ) informacje o H p12 i alfa1 są pomijane w dotychczasowych metodykach badań MPM, chociaż niosą dodatkową informację diagnostyczną Praca została zrealizowana w ramach projektu badawczego finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, przy współpracy z firmami TurboCare Sp. z o.o, Tauron Wytwarzanie S.A. i Energodiagnostyka Sp. z o.o. Streszczenie W artykule przedstawiono kompleksowy problem badawczy występujący w energetyce, górnictwie i transporcie, związany z zapewnieniem bezpieczeństwa eksploatacji starzejącej się techniki narażonej na różne formy degradacji materiału. Wskazano przesłanki teoretyczne aktywnego sterowania zmęczeniem materiału i doboru wiarygodnego obserwatora stanu. Przedstawiono metodę magnetycznej pamięci metalu (MPM) oraz zakres prac badawczo-rozwojowych, realizowanych w polskich ośrodkach naukowych, mających na celu jej uwiarygodnienie i rozszerzenie możliwości funkcjonalnych metody MPM na diagnozowanie wczesnej fazy postępującej degradacji materiału. Na przykładzie metody MPM zwrócono uwagę na istotę komputerowego wsparcia badań nieniszczących, w tym na potrzebę obiektywnej analizy jakości i wiarygodności badań nieniszczących wykonywanych w przemyśle przez obce firmy (w formie zleconej usługi). Omawianą tematykę zobrazowano przykładami uwzględniającymi realne problemy energetyki, górnictwa i transportu. IT support of non-destructive testing and structural health monitoring with application of the MetalMagnetic Memory (MMM) Method Abstract The paper has been intended to introduce a complex research problem, that is present in power engineering, mining and transport, with regard to assurance of operational safety for ageing technology, which is exposed to different form of material degradation. Theoretical reasons of active control of material fatigue and selection of reliable state observer have been outlined. The Metal Magnetic Memory (MMM) 11240

Method and the scope of scientific research, that are conducted in polish scientific centers in order to confirm and extend its operational possibilities to diagnose early stages of progressive material degradation, have also been presented. Taking the MMM Method into account, IT support of non-destructive testing has been considered with particular interest in the necessity of objective quality assessment and reliability of nondestructive testing performed by external companies (outsourcing). The presented topic has been illustrated by means of practical examples regarding problems in power engineering, mining and transport. BIBLIOGRAFIA 1. Aastroem Th.,From Fifteen to Two Hundred NDT- methods in Fifty Years.17th World Conference on Nondestructive Testing, 25-28 Oct 2008, Shanghai, China. 2. Augustyniak M.,Krytyczny przegląd założeń metody badań nieniszczących opartej na Magnetycznej Pamięci Metalu. Materiały Konferencji PIRE, Ustroń 2011. 3. Bojarski Z. et al., Krystalografia. Podręcznik wspomagany komputerowo. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001. 4. Cacciabue P. C.,A methodology of human factors analysis for systems engineering, theory and applications. Systems Man and Cybernetics, Part A, Systems and Hummans, IEEE Transactions on, Vol 27, Issue 3, 1997, 325-339 5. Cegielski M., Efekt ciągłej deaktywacji uszkodzeń w kontynualnej mechanice zniszczenia. Rozprawa doktorska. Politechnika Krakowska, Kraków 2011. 6. Dobrzański J.,Materiałoznawcza interpretacja trwałości stali dla energetyki. Open Access Library, 2011, t.3, s. 1-228, ISBN 83-89728-90-7 7. Ewing J.A.,Magnetic induction in iron and other metals. THE ELECTRICIAN Printing and Publishing Co Ltd, London 1900. 8. Hankus J., Hankus Ł.,Nowa metoda badań diagnostycznych lin stalowych z wykorzystaniem magnetycznej pamięci metalu.prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko, 2/2006, 107-131 9. Iwaniec M., Witoś M., Żokowski M.,Monitorowanie stanu technicznego wału maszyny wyciągowej. VII Międzynarodowa Konferencja Bezpieczeństwo pracy urządzeń transportowych w Górnictwie, Ustroń 2012. 10. Iwaniec M. et al., Diagnosis of Supporting Structures of HV Lines Using Magneto-Mechanical Effects. Solid State Phenomena, 208(2014), 70-85. 11. Kashiwaya K.,Fundamentals of nondestructive measurement of biaxial stress in steel utilizing magnetoelastic effect under low magnetic field. Jpn. J. Appl. Phys., 30 (1991), p. 2932. 12. Kawka A., Juraszek J.,Doświadczenia z zastosowania metody magnetycznej pamięci metalu (MPM) do diagnostyki i oceny stanu technicznego elementów górniczych wyciągów szybowych. Materiały VI Międzynarodowej Konferencji Laboratoria badawcze, systemy jakości w Unii Europejskiej Laboratoria Badawcze w procesie wytwarzania i eksploatacji urządzeń. Łagów 2010. 13. Korbicz J. et al.,diagnostyka procesów. Modele, Metody sztucznej inteligencji. Zastosowania. WNT Warszawa 2002. 14. Kuroda Masatoshi et al.,evaluation of residual stresses and plastic deformations for iron-based materials by leakage magnetic flux sensors. J. Allous Compd, No 314, 2001, 232-239. 15. Leng Jiancheng et al., Characterization of the Elastic-plastic Region Based on Magnetic Memory Effect. Chinese Journal of Mechanical Engineering, Vol. 23, No. 4, 2010 16. Liu Chang-kui et. al., Test Research on Low-Cycle Fatigue Damage of Parts by Metal Magnetic Memory Methods.Journal of Aeronautical Materials, Vol. 30(1) 2010, 72-77. 17. Łapiński Z., Łukaszewicz J.,Badania metodą pamięci magnetycznej wodorowanych próbek stalowych. Problemy Techniki Uzbrojenia,Nr 5, 2004. 18. MAGCAM The magnetic field camera,http://www.magcam.com. 19. Nabarro F.R.N.,Dislocations in a Simple Cubic Lattice.Proc. Phys. Soc. 59(2) (1947), 256-272. 20. Neimitz A. et al.,ocena wytrzymałości, trwałości i bezpieczeństwa pracy elementów konstrukcyjnych zawierających defekty. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2008. 11241

21. PN-ISO 24497-1 3,2009. Badania nieniszczące Magnetyczna pamięć metalu. Część 1, Słownictwo, Część 2, Wymagania ogólne, Część 3 Kontrola złącz spawanych. 22. Praca zbiorowa,active Control of Engine Dynamics. RTO Lecture notes 20 (RTO-EN-020/AVT- 083), RTO NATO 2002, http://natorto.cbw.pl/uploads/2002/11/en-020-$$all.pdf 23. ProNovum PN 90/2522/2010, Rekomendacje w zakresie kwalifikowania elementów urządzeń cieplno-mechanicznych bloków 200 MW w elektrowniach PKE S.A. do pracy do 350 000 godzin. Katowice, wrzesień 2010. 24. RoskoszM., Wykorzystanie własnego magnetycznego pola rozproszenia w diagnostyce elementów ferromagnetycznych.wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2014. 25. Shaniavski A.A.,Modeling of fatigue cracking of metals. Synergetics for aviation. Publishing House of Scientific-and-Technical Literature Monography, Ufa 2007. 26. Singh V. P., Jain S. K., Tyagi A. K.,Risk and reliability analysis, a handbook for civil and environmental engineers. American Society of Civil Engineers, 2007. 27. Szabatin J., Przetwarzanie sygnałów.warszawa 2003, http://www.ise.pw.edu.pl/~szabatin/ps/pdf 28. Śmietana P., Laska J.,Przykłady wykorzystania metody MPM w diagnostyce remontowej elementów turbin parowych. 4 Konferencja Naukowo-Techniczna Diagnostyka Materiałów i Urządzeń Technicznych, Gdańsk 2012. 29. Thompson S.M.,The magnetic properties of plastically deformed steels. Durham theses, Durham University 1991. Available at Durham E-Theses online http://etheses.dur.ac.uk/3600/. 30. Treszczyński J.,Ocena stanu technicznego i prognozowanie trwałości elementów krytycznych urządzeń cieplno-mechanicznych przewidzianych do eksploatacji powyżej 300 000 godzin. Biuletyn ProNovum 2/2010, Energetyka, grudzień 2010, s. 806(13) 812(19). 31. Trzeszczyński J.,Wydłużanie czasu pracy urządzeń energetycznych strategia bez alternatywy. Nowa Energia 2009, Nr 3, s. 62-65. 32. Trzeszczyński J.,Możliwość i warunki przedłużania czasu eksploatacji zrewitalizowanych elementów staliwnych turbin parowych. Energetyka, czerwiec 2011, 340(2)-342(4). 33. Vlasov V. T., Dubov A. A.,Physical bases of the Metal Magnetic Memory Method. ZAO Tisso Publishing House, Moscow 2004. 34. Webster S., Bannister A.,Structural integrity assessment procedure for Europe of the SINTAP programme overview. Engineering Fracture Mechanics 67(2008, 481-514. 35. Whitehead N., Musselman C.,Montaj MAGMAP filtering. Tutorial. GeoSoft Inc 2011. 36. WitośM.,Zwiększenie żywotności silników turbinowych poprzez aktywne diagnozowanie i sterowanie.prace Naukowe ITWL, Zeszyt Nr 29, 2011, 1-324. 37. Witos M., High sensitive methods for health monitoring of compressor blades and fatigue detection. The Scientific World Journal 01/2013, 2013-218460. 38. Własow W.T., Dubow A.A.,Fizyczne podstawy metody magnetycznej pamięci metalu (podręcznik). Energodiagnostyka, Warszawa 2008. 39. Yaegashi Koh,Dependence of Magnetic Susceptibility on Dislocation Density in Tensile Deformed Iron and Mn-steel.ISIJ Int (Iron Steel Inst Jpn)47(2)(2007), 327-332. 40. Yuan Liang Zhang et al.,the State of the Art. Surveys for Application of Metal Magnetic Memory Testing in Remanufacturing. Advanced Material Research, Vol. 301-303(2011), 366-372. 41. http://www.energodiagnostykika.ru 42. http://www.eurofitnet.org 43. http://www.phmsociety.org 44. http://www.turbocare.com 11242