Hierarchia czynników wpływu w diagnostyce komponentów stalowych metodą statycznego pola rozproszonego

Marek Augustyniak 1) Politechnika Gdańska, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej DES ART Sp. z o.o. Zbigniew Usarek 2), Bolesław Augustyniak 3) Politechnika Gdańska, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Hierarchia czynników wpływu w diagnostyce komponentów stalowych metodą statycznego pola rozproszonego Hierarchy of influence factors in diagnostics of steel components using static stray field Spośród metod NDT wykorzystujących pole magnetyczne powstałe wokół elementów konstrukcyjnych ze stali ferromagnetycznych wyróżnia się zaproponowana stosunkowo niedawno i intensywnie promowana metodologia MPM (Magnetycznej Pamięci Metali). Ponieważ spotkać można jej zastosowania do urządzeń związanych z energetyką [1,2], zasługuje na uważną analizę podstaw fizycznych i faktycznego zakresu stosowalno- 1) Dr inż. Marek Augustyniak od 1 lat wykonuje wielodyscyplinarne analizy Metodami Elementów Skończonych dla odbiorców przemysłowych jako konsultant, a następnie kierownik badań i rozwoju w polskiej firmie usługowej DES ART Sp. z o.o. z siedzibą główną w Gdyni. Prowadzi liczne szkolenia z mechanicznych, cieplnych i elektromagnetycznych symulacji komputerowych (CAE). Absolwent inżynierskiej politechniki (Grande Ecole) INSA de Lyon, oraz Politechniki Gdańskiej. Jako wykładowca na wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej prowadzi badania podstawowe nad elektro-magnetycznymi metodami diagnozowania stanu materiału instalacji energetycznych. e-mail: maugustyniak@desart.com.pl oraz maugustyniak@mif.pg.gda.pl 2) Mgr inż. Zbigniew Usarek jest doktorantem na Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej. W swojej pracy badawczej łączy pomiary elektromagnetyczne (głównie magnetycznego pola rozproszonego) z modelowaniem w programach ANSYS i FARADAY. e-mail: zusarek@mif.pg.gda.pl 3) Dr hab. Bolesław Augustyniak prof. nadzw. PG od wielu lat pracuje na Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej. Jest kierownikiem zespołu badawczego, który zajmuje się opracowywaniem i rozwijaniem elektromagnetycznych technik badań nieniszczących elementów konstrukcyjnych. Badania te mają na celu głównie określenie zmian w mikrostrukturze stali eksploatowanych w energetyce (z wykorzystaniem efektu emisji magnetoakustycznej dla stali ferrytycznych i metody prądów wirowych dla stali austenitycznych) oraz poziomu naprężeń własnych w materiałach ferromagnetycznych (z wykorzystaniem polowego efektu Barkhausena). Zespół doskonali metodę detekcji nieciągłości materiałowych z wykorzystaniem efektu magnetycznego pola rozproszonego oraz metodę wyznaczania mikronaprężeń z wykorzystaniem mechanicznego efektu Barkhausena. Opracowane techniki badawcze były weryfikowane w badaniach wykonywanych na szeregu instalacjach w Polsce i za granicą (stany Zjednoczone, Anglia). Aktualnie przewodniczy Konsorcjum, które realizuje projekt PBS1/A9/14/212 pt. Opracowanie magnetycznej metody oceny stanu naprężeń w materiałach konstrukcyjnych zwłaszcza anizotropowych. Jest autorem i współautorem około 2 publikacji naukowo-technicznych oraz fragmentów monografii dotyczących NDT. e-mail: bolek@mif.pg.gda.pl ści. W postulowanej przez Dubova i sformułowanej w normie ISO 24497 [3] metodyce zasadnicze znaczenie ma interpretacja stosunkowo prostego sygnału lub jego pochodnej w celu rozpoznania stanu naprężeń i mikrostruktury badanego elementu konstrukcyjnego. Interakcja głównych czynników, jakie wchodzą w grę w warunkach pomiaru in-situ, przedstawiona jest szkicowo na rysunku 1. Szczegółowa dyskusja praktycznych aspektów pomiaru i jego ograniczeń znajduje się w [4]. Zmiana naprężeń Zmiana namagnesowania (przyrost i/lub redystrybucja) GEOMETRIA Zmiana μ-struktury Uplastycznienie, pełzanie i in. Zmiana efektywnej przenikalności magnetycznej Rys. 1. Schemat zależności głównych czynników wpływających na pomiar statycznego wycieku pola Liczni autorzy wskazują na niedobór badań podstawowych związanych z diagnostyką NDT opartą na pomiarze pola rozproszonego. Przedstawiony w artykule eksperyment i jego odwzorowanie modelowe mają na celu zbadanie i rozdzielenie głównych czynników wpływających istotnie na sygnał. Eksperyment Modelowanie MES opisane w artykule odwołuje się do dwóch serii eksperymentów, nazywanych dalej E1 i E2. Pierwszy z nich został przeprowadzony przez M. Roskosza i M. Bieńka, a jego wyniki opublikowane w [5] wraz z ważną strona 324 www.energetyka.eu czerwiec 214

praktycznie, ale budzącą zastrzeżenia interpretacją. W eksperymencie E1 dokonywano pomiaru dwóch składowych pola magnetycznego bezpośrednio przy powierzchni płaskiej próbki z obszarem przewężenia. Postulowano monotoniczną, a więc wysoce użyteczną zależność maksymalnego gradientu pola magnetycznego od lokalnych naprężeń. Nie zostały przy tym przeprowadzone rozważania magnetostatyczne ani w formie oszacowań jakościowych, ani ilościowych (analitycznych lub numerycznych). Należy zaznaczyć, że eksperyment E1 Roskosza i Bieńka dotyczy próbki ze stali S235 rozciągniętej powyżej granicy sprężystości, a następnie uwolnionej od obciążeń zewnętrznych. W celu rozstrzygnięcia wątpliwości związanych z interpretacją wyników doświadczenia E1, autorzy niniejszego artykułu przeprowadzili własne pomiary E2. Próbka o geometrii bardzo zbliżonej do E1, wykonana z tego samego materiału (stal konstrukcyjna S235), była umieszczana w kontrolowanym zewnętrznym polu magnetycznym lub polu ziemskim. W przeciwieństwie do eksperymentu E1 nie wprowadzono naprężeń, ani nie umieszczano materiału w uchwytach maszyny rozciągającej. Kierunek obciążania A = 5 mm B = 3 mm R = 5 mm Z, n Y, t A H t, x 6 H n, z H t, y linia pomiaru Rys. 2. Wymiary geometryczne próbki referencyjnej; ukazana jest jedna połowa, druga stanowi symetryczne odbicie; grubość blachy jest stała, równa 2 mm R B Struktura modelu Model MES 3D próbki posiada wymiary geometryczne zgodne z eksperymentalnymi. Próbka umieszczona jest w przestrzeni elementów powietrznych, w której panuje znamionowe pole magnetyczne o indukcji 4 μt (natężeniu ok. 3 A/m), typowej dla pola ziemskiego. Obecność ferromagnetyka zaburza lokalnie tę wartość, zgodnie z magnetostatycznymi prawami Maxwella: prawem Gaussa oraz prawem Ampere a. Zależności te są zestawiane przez program w postać macierzową i rozwiązywane algorytmem typu Sparse Direct. Choć w modelu wyodrębnione są cztery uchwyty maszyny rozciągającej, w opisywanych symulacjach są one niekatwyne i wykazują magnetyczne parametry nieodróżniające się od powietrza. Wewnątrz próbki przyjmowane są określone rozkłady współczynników magnetycznych, mianowicie indukcji resztkowej (remanencji) oraz efektywnej przenikalności magnetycznej. Wspólnie dają one możliwość zgrubnego statycznego odwzorowania obszarów o zróżnicowanych pętlach histerezy. Podpodział modelu na elementy skończone zobrazowany jest na rysunku 3. W newralgicznym rejonie modelu użyta jest regularna siatka 3D, ułożona warstwami o stopniowo zwiększającej się grubości. Dobór danych materiałowych i sposób modelowania remanencji/koercji Przeprowadzone wstępne obliczenia zakładały brak znaczącego namagnesowania resztkowego i miały na celu sprawdzenie, jakie pola przypowierzchniowe można zaobserwować dla para- i ferromagnetyków w polu ziemskim. Badano zmienność pola wzdłuż osi próbki, dla stopniowo zwiększającej się, jednorodnej przenikalności względnej materiału. Przyjęto dane geometryczne identyczne z eksperymentalnymi. Ht, A/m 45 μ = 1 4 μ = 1 1 35 μ = 1 2 3 μ = 1 3 25 μ = 1 4 2 15 1 5,2,4,6,8,1,12,14,16,18,2 Położenie punktu pomiarowego, m Rys. 3. Model MES próbki referencyjnej; liczby określają przyjęte wartości przenikalności magnetycznej; szary kolor umowne zamodelowanie uchwytów maszyny rozciągającej, biały kolor powietrze Modelowanie Metodą Elementów Skończonych W celu dokonania szczegółowej interpretacji wyników doświadczalnych posłużono się magnetycznym modelowaniem Metodą Elementów Skończonych, zaimplementowaną w programie ANSYS. Rys. 4. Wyciek pola (składowa styczna H) wzdłuż osi próbki w funkcji jednorodnej liniowej przenikalności magnetycznej, w zakresie od 1 do 1 Stwierdzono nietrywialną, niemonotoniczną zależność maksimum wycieku pola od przenikalności magnetycznej. Bezwzględne wartości natężenia pola są zdecydowanie niższe od obserwowanych w eksperymencie i praktycznie nie przekraczają poziomu tła, czyli natężenia pola ziemskiego. Uzyskane wyniki prowadzą do wniosku, że doświadczalnie obserwowane natężenia pola magnetycznego rzędu ±1 A/m muszą wynikać z powstania relatywnie wysokiego namagnesowania resztkowego (remanencji) wewnątrz próbki. Można przy tym postulować dwa mechanizmy. Pierwszym jest wytwarzanie czerwiec 214 www.energetyka.eu strona 325

trwałej magnetyzacji przed oddziaływanie mechaniczne, czyli efekt Villari dla materiału o niezerowym polu koercji. Drugim, współgrającym czynnikiem jest umieszczenie rozciąganej próbki w ferromagnetycznych uchwytach, które zdają się funkcjonować jak magnesy trwałe i redukować geometryczny czynnik demagnetyzacji. Możliwe jest przybliżone ilościowe oszacowanie poziomu indukcji resztkowej (remanencji) badanych eksperymentalnie próbek na podstawie serii analiz MES próbek o zmiennym podmagnesowaniu. Dopasowanie wsteczne wskazuje na poziom remanencji zbliżony do,2 T. Modelowanie remanencji jest możliwe w programie ANSYS w sposób uproszczony, ale w rozważanym przypadku wystarczający. Algorytm wymaga wprowadzenia stopnia namagnesowania MG [A/m], mającego sens fizyczny pola koercji. Skutkuje on efektywnie przesunięciem charakterystyki B(H) wzdłuż osi poziomej o zadaną wartość. Jednocześnie zachowany jest kształt charakterystyki B(H), a w szczególności jej nachylenie początkowe, odpowiadające maksimum przenikalności magnetycznej materiału. W ten sposób uzyskuje się półpętlę histerezy, prawidłowo odwzorowującą pola statyczne lub wolnozmienne monotonicznie. W rozważanym przypadku łatwo obliczyć, że uzyskanie remanencji,2 T przy liniowej przenikalności względnej ~1 wymaga zadania namagnesowanie MG ~2 A/m. Próbka wykazuje wtedy: a) indukcję wewnętrzną rzędu,2 T, jeśli pole zewnętrzne jest nieobecne (cewki Helmholtza używane w eksperymencie E2 umożliwiają niwelowanie pola ziemskiego), b1,b2) indukcję wewnętrzną rzędu,25 T lub,15 T w polu ziemskim stycznym do osi próbki (różnica bierze się z dwóch możliwych wzajemnych orientacji zwrotów MG i pola ziemskiego, prowadzących do dodawania się lub odejmowania ich wpływów), c) indukcję wewnętrzną bliską zera w polu zewnętrznym o natężeniu 2 A/m i zwrocie przeciwnym do zwrotu wektora namagnesowania. Punkty a), b) oraz c) zaznaczone są na rysunku 5. Współczynnik kierunkowy (a) powiązany jest z przenikalnością magnetyczną wzorem: a = μ μ r (model liniowy, stała przenikalność względna) a = μ db(h)/dh (model nieliniowy z dowolną monotoniczną charakterystyką B(H)) Rys. 5. Punkty charakterystyczne na bliskim H = fragmencie półpętli histerezy Tabela 1 Opis wariantu modeli MES w badaniu hierarchii czynników wpływu Symbol przebiegu B, T,8,6,4,2 -,2 b1) b2) a) -,4-1 -5 5 H, A/m Korelacja obliczeń z eksperymentem i nowa interpretacja wyników Oryginalny eksperyment Roskosza i Bieńka E1 nie był przez jego wykonawców zestawiony z modelowaniem pola magnetycznego. Ponadto jego warunki początkowe (w tym namagnesowanie próbki związane z umieszczeniem w ferromegnatycznych uchwytach maszyny rozciągającej) pozostawały niedookreślone. Dla lepszego zrozumienia obserwowanej zmienności gradientu pola oraz w celu określenia hierarchii głównych czynników wpływających na pomiary, przeprowadzono eksperyment uzupełniający, E1, a także serię analiz MES. W serii tej modulowane są zarówno parametry materiałowe jak i przewężenie geometryczne. Tak dobrana seria analiz pozwala na odwzorowanie uplastycznienia, naprężeń resztkowych, zmiennego stopnia przewężenia, a także ocenę ich relatywnego wpływu na wyciek pola magnetycznego. Początkowe, średnie namagnesowanie zostało zgrubnie ustalone na 2 A/m (.2 T) przy liniowej przenikalności magnetycznej względnej równej 1. Poszczególne przebiegi symulacyjne scharakteryzowane są w tabeli 1. c) Krótki opis Próbka jednorodnie podmagnesowana (remanencja.2t), o jednorodnej przenikalności magnetycznej względnej równej 1 Dobór danych materiałowych (przenikalność, pole koercji) dla materiału naprężonego lub uplastycznionego jest trudny. Parametry te charakteryzują się znacznym rozrzutem statystycznym. Zależą nie tylko od gatunku stali, lecz także od chwilowej indukcji pola zewnętrznego oraz historii obciążeń mechanicznych. Na podstawie literatury [6,7] stwierdzono, że dla stali konstrukcyjnej niskowęglowej przenikalność magnetyczna materiału poddanego naprężeniom rzędu 55 MPa może zmniejszyć się o nie więcej niż 1%, zaś pole koercji analogicznie wzrasta. Wpływ uplastycznienia na poziomie ε ~3% jest znacznie większy. Do celów symulacji MES przyjęto dwukrotny spadek średniej przenikalności magnetycznej i wzrost pola koercji o połowę. σ = 55 MPa ε = 3% σ + ε PK15 Próbka podobna do, za wyjątkiem lokalnej modyfikacji parametrów materiałowych w strefie zmiany przekroju: przenikalność obniżona o 1%, podmagnesowanie podwyższone o 1%; zmiany te reprezentują wpływ lokalnego pola naprężeń na poziomie 55 MPa Próbka podobna do, za wyjątkiem modyfikacji parametrów materiałowych w całym fragmencie przewężonym: przenikalność obniżona o 5%, podmagnesowanie podwyższone o 5%; zmiany te odwzorowują strefę silnie uplastycznioną Złożenie efektów zamodelowanych w σ=55mpa oraz ε=3%. Zewnętrzne fragmenty próbki (szeroki przekrój, daleko od strefy przejściowej) mają wciąż przenikalność względną równą 1 i podmagnesowanie.2t Próbka różniąca się od szerokością fragmentów zewnętrznych (15 cm w miejsce wyjściowych 5 cm) strona 326 www.energetyka.eu czerwiec 214

Abs. grad H (styczna), A/m/mm,4,35,3,25,2,15,1,5 5 1 15 2 dht/dx [A/m/mm] Eksp."E2" dht/dx [A/m/mm] Symulacja Mu=1 MG= Rys. 6a. Pomiar własny ( E2 ) wartości bezwzględnej gradientu składowej stycznej dla próbki bez magnetyzacji resztkowej, bez naprężeń, w polu ziemskim, oraz krzywa obliczona MES Abs. grad H (styczna), A/m/mm 16 12 8 4 dh/dy σ eqv 4 8 12 16 2 Rys. 6b. Reinterpretowane pomiary E1 [5]; Wartości bezwzględne gradientu składowej stycznej H wraz z krzywą zmienności naprężeń wzdłuż osi próbki (obliczenia MES) H (styczna), A/m Abs. grad H (styczna), A/m/mm 16 14 12 1 8 6 4 2-2 5 1 15 2 Rys. 6c. Składowa styczna wycieku pola (symulacja, próbka podmagnesowana) 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 Rys. 6d. Gradient składowej stycznej wycieku pola (symulacja, próbka podmagnesowana) 6 4 2 σ, MPa. σ=55mpa.ε=3%.σ+ε PK15. σ=55mpa.ε=3%.σ+ε PK15 Zestawienie wynikowych przypowierzchniowych natężeń pola magnetycznego oraz parametrów pomocniczych przedstawiono na rysunkach 6a-d. Wykres 6a zawiera wyniki pomiarów własnych gradientu składowej stycznej (eksperyment E2 ) dla próbki bez naprężeń, w polu ziemskim. Na wykres doświadczalny nałożone są wyniki uzyskane z symulacji (wartość bezwzględna z pochodnej z rys. 4 (μ = 1). Wykres 6b ilustruje pomiary eksperymentalne E1 [5] wraz z obliczoną MES krzywą zmienności naprężeń wzdłuż osi próbki. Wykres 6c przedstawia symulację zmienności składowej stycznej wycieku pola, dla próbki podmagnesowanej jednorodnie () oraz wariantów uwzględniających strefowe zmiany parametrów magnetycznych. Warto wyniki te porównać jakościowo z rysunkiem 4, przedstawiającym ten sam parametr, ale dla próbki niepodmagnesowanej; wyniki doświadczalne M. Roskosza (nieprezentowane tutaj) potwierdzają jakościowo obserwowane trendy. Wykres 6d prezentuje przetworzenie krzywych 6c wartości bezwzględne gradientu składowej stycznej natężenia pola H w odległości 1 mm od powierzchni próbki. Otrzymane w obliczeniach przebiegi przypowierzchniowej składowej normalnej i stycznej pola są zadowalająco zgodne z eksperymentem, zarówno w ujęciu jakościowym jak i ilościowym. Obserwuje się, że najmniejszy wpływ na wielkość wycieku ma przyjęcie pola naprężeń resztkowych w obszarze zmiany przekroju. Zdecydowanie większy wpływ ma odwzorowanie uplastycznienia na wąskim fragmencie próbki. Stosunkowo największą zmianę wycieku, w stosunku do próbki odniesienia, obserwuje się przy znacznym zwiększeniu stopnia przewężenia z 5cm:3cm na 15cm:3cm. Zgodność obliczonych i zmierzonych gradientów składowej stycznej jest jakościowo dobra. Kluczowe pytanie dotyczy interpretacji dwóch silnych maksimów obserwowanych na wykresie eksperymentalnym. W reinterpretowanej pracy [5] gradienty składowych skorelowano z naprężeniami resztkowymi. Modelowanie sugeruje jednak, że w grę wchodzi nakładanie się aż trzech efektów: geometrycznego, mikrostrukturalnego oraz naprężeniowego. Wykres słupkowy (rys. 7) ilustruje ich hierarchię, odnosząc amplitudę próbki odniesienia do przyrostu amplitudy związanego z naprężeniami oraz przyrostu amplitudy wynikającego z uplastycznienia. Fakt przemiany mikrostrukturalnej obszaru uplastycznionego generuje gradienty pola jakościowo i ilościowo porównywalne z efektem geometrycznym. Zdecydowanie słabszy wpływ ma pole stosunkowo niskich i zlokalizowanych naprężeń. Podobieństwo efektu geometrycznego i mikrostrukturalnego staje się zrozumiałe, jeśli rozumować kategoriami obwodu magnetycznego. Przewężenie w przybliżeniu dwukrotne powoduje zwiększenie reluktancji magnetycznej równe temu, jakie powoduje dwukrotny spadek efektywnej przenikalności magnetycznej. Analiza indeksu magnetycznego Symulacja komputerowa pozwoliła na zbadanie licznych konfiguracji materiałowo-geometrycznych próbki jednorodnej, o geometrii zgodnej z eksperymentalną. Celowe wydaje się odniesienie do uzyskanych wyników normy dot. Magnetycznej czerwiec 214 www.energetyka.eu strona 327

Pamięci Metali [3]. W szczególności zasadne jest obliczenie tzw. Indeksu Magnetycznego, zdefiniowanego przez w.w. normę jako: W powyższym wzorze symbol med. oznacza średnią wartość w arbitralnie określonym obszarze pomiarowym. Na rysunku 7 zestawione są obliczone wartości Indeksu Magnetycznego dla czterech wybranych konfiguracji materiałowo-geometrycznych. Próbki charakteryzują się bardzo zróżnicowanymi przenikalnościami magnetycznymi oraz skrajnie różnymi polami koercji. Weryfikowany jest także wpływ zwarcia obwodu magnetycznego np. rdzeniem ze stali transformatorowej. Zbadane były kolejno: próbka A o przenikalności magnetycznej równej 1; próbka B umieszczona w zamkniętym obwodzie magnetycznym; próbka C charakteryzująca się wysokim polem koercji równym 1 A/m; próbka D o przenikalności magnetycznej zredukowanej do 4. W przedstawionych, wybranych konfiguracjach materiałowo-geometrycznych, wartości Indeksu Magnetycznego dla danej składowej pola różnią się od siebie w nieznacznym zakresie. Trudno jest więc w praktyce odróżnić np. próbki o zwiększonej koercji od materiału o zmniejszonej przenikalności magnetycznej. Co więcej, średni indeks magnetyczny różni się istotnie dla składowej stycznej i normalnej. Przyjęcie wartości progowej na poziomie 2,7, typowym w przykładach z praktyki przemysłowej MPM [8], prowadzi w tym wypadku do sprzecznych wniosków. Obszar badany nie wykazuje nieprawidłowości, jeśli przyjąć wskazania ze składowej pionowej (Hn), natomiast przekracza wartość alarmową, gdy bazuje się na składowej stycznej (Ht). max grad. Hn, A/m/mm Rys. 7. Przyczynek poszczególnych efektów do całkowitej amplitudy stycznej składowej wycieku pola Indeks magnetyczny "m" 2,5 2 1,5 1,5 4, 3, 2, 1,, m = ZMIANA PRZEKROJU (5 cm : 3 cm) Ht (dh / dx) max (dh / dx) med UPLASTYCZNIENIE ( 3 %) m = 2,7 NAPRĘŻENIA σ 55 MPa Rys. 8. Zestawienie Indeksów Magnetycznych m dla wybranych konfiguracji materiałowo-geometrycznych Hn A B C D Podsumowanie i wnioski Na podstawie wykonanych eksperymentów i magnetycznego modelowania MES stwierdza się, co następuje: pierwotna interpretacja przyczyn powstawania gradientu pola magnetycznego jest błędna, relatywnie wysokie wielkości grad H, rzędu 1 A/m/mm, nie mogą wynikać z oddziaływania pola ziemskiego, lecz zostały spowodowane niekontrolowanym namagnesowaniem próbki w uchwytach maszyny rozciągającej, efekt dwóch maksimów grad H występuje wyraźnie, mimo że nie występują w próbce naprężenia (eksperyment E2 ); fakt ten podważa hipotezę prostej i użytecznej korelacji tego parametru magnetycznego z lokalnym stanem naprężeń naprężenia lokalne na poziomie 5 MPa i związana z nimi zmiana względnej przenikalności magnetycznej przyczyniają się jedynie w niewielkim stopniu do powstawania efektu dwóch maksimów grad H. Decydujący wpływ mają natomiast zjawiska nieuwzględniane w interpretacji pierwotnej: przewężenie geometryczne oraz skokowy wzrost reluktancji w związku z uplastycznieniem i zmniejszeniem przenikalności środkowej części próbki. Przedstawiona korelacja eksperymentu i modelowania sugeruje, że efekt geometryczny (tu: przewężenie próbki) posiada istotny wpływ na charakter wycieku pola. Jednocześnie stwierdza się znaczący jakościowo i ilościowo wpływ strefy uplastycznienia. Z drugiej strony, wbrew pierwotnej interpretacji zamieszczonej w [5], wpływ lokalnych naprężeń resztkowych na poziomie ok. 5 MPa jest słaby. Wspomniane efekty, współistniejące w wielu realnych elementach konstrukcyjnych, nie są możliwe do odseparowania stosując istniejącą metodykę MPM. Z magnetostatycznej postaci równań Maxwella wynika, że na styku magnetycznie odmiennych materiałów może powstać wyciek strumienia. Jest to podstawa, ale równocześnie jedno z istotnych ograniczeń defektoskopii typu MPM, gdyż wykryta być może jedynie granica między dwoma obszarami, natomiast znaczna, jednorodna anomalia może pozostać niewykryta. Przedstawiony w artykule eksperyment potwierdza to spostrzeżenie. Cały obszar przewężenia, jednorodnie uplastyczniony, wykazuje niecharakterystyczną zmienność mierzonego przy powierzchni natężenia pola. Stosując istniejącą metodykę MPM występuje ryzyko nieodróżnienia elementu nienaprężonego od jednorodnego obszaru o silnym wytężeniu oraz znacznej degradacji mikrostrukturalnej. Jednocześnie w niesprzyjającej konfiguracji geometryczno-materiałowej istnieje możliwość zaniku wycieku pola na granicy dwóch różnych magnetycznie obszarów, co prowadzi do przeoczenia potencjalnie groźnej wady. Na koniec należy zauważyć, że kluczowy element metodyki MPM, jakim jest wyznaczanie indeksu magnetycznego m budzi wątpliwości zarówno w świetle badań eksperymentalnych [9] jak i modelowania Metodą Elementów Skończonych. Materiały o różnym stopniu degradacji, w różnej konfiguracji geometrycznej, mogą generować jednakowy indeks. Jednocześnie parametr ten, wyznaczany dla konkretnej próbki według składowej stycznej, a następnie normalnej pola, może różnić się znacznie, co nie pozwala na jednoznaczną konkluzję na temat stanu zużycia danego elementu konstrukcyjnego. strona 328 www.energetyka.eu czerwiec 214

Przedstawione wyniki stawiają pod znakiem zapytania fundamentalne założenia metodyki NDT, postulującej możliwość jakościowej i ilościowej oceny stanów naprężeń konstrukcji technicznych z gradientu wycieku pola magnetycznego. Pojęcie magnetycznej pamięci metalu zostało utworzone i wypromowane bez uzasadnienia i bez należytych badań podstawowych. Należy stwierdzić, że nie wnosi ono niczego nowego w stosunku do zagadnień magnetycznego pola rozproszonego, dzieląc inherentne ograniczenia związane z tym tematem. Piśmiennictwo [1] Dubov A.A., A technique for monitoring the heating surface tubes of steam and hot-water boilers using the magnetic memory of metals, Thermal Engineering (English Translation of Teploenergetika) 45 (1998) 59-63. [2] Iordache V.E., Hug E, Buiron N., Magnetic behaviour versus tensile deformation mechanisms in a non-oriented Fe-(3 wt%)si steel, Mater. Sci. Eng. A 23; 359:62 74. [3] BS ISO 24497-2:27, Nondestructive testing - Metal magnetic memory - Part 2: General Requirements [4] Augustyniak M., Krytyczny przegląd założeń metody badań nieniszczących opartej na magnetycznej pamięci metalu, Energetyka 211, Zeszyt Tematyczny nr XXII. [5] Roskosz M., Bieniek M., Evaluation of residual stress in ferromagnetic steels based on residual magnetic field measurements, NDT&E International 45 (212) 55-62. [6] Anglada-Rivera J. et al, Magnetic Barkhausen Noise and hysteresis loopin commercial carbon steel: influence of applied tensile stress and grain size, JMMM 231 (21) 299-36. [7] Żurek Z.H., Magnetic contactless detection of stress distribution and assembly defects in constructional steel element, NDT&E International 38 (25) 589-595. [8] Dubov A., Kawka A., Juraszek J., Application of the metal magnetic memory method for investigation and analysis of stressed states of hoisting mine structure bearing rods, Proc. ECNDT 21 [9] Roskosz M., Bieniek M., Analysis of the methodology of the assessment of the technical state of a component in the method of metal magnetic memory testing, Proceedings Defektoskopie 21/ NDE for Safety, 229-236. Jacek Malko Politechnika Wrocławska Dekalog trendów rozwojowych energetyki USA The Decalogue of the USA power industry development trends Przez przeszło stulecie misją energetyki było budowanie i eksploatacja niezawodnego, dostępnego i efektywnego systemu energii elektrycznej. Jednak ostanie dziesięciolecia były dla krajów rozwiniętych czasem skupienia się na wzroście efektywności eksploatacyjnej, zaś kraje rozwijającej się ekonomiki czyniły wysiłki mające na celu przyciągnięcia kapitału dla realizacji projektów w energetyce. Zmieniająca się rola i architektura rynków, rozwój nowych technologii i rosnące dążenie społeczeństw do opanowania emisji antropogennych powoduje powstanie nowych priorytetów rozwoju. Nowe możliwości działań w tych kierunkach wynikają z rozwoju nowoczesnej energetyki, szerokiego rozpowszechniania narzędzi software owych oraz niskokosztowych technologii komunikacyjnych. Rewolucja łupkowa w USA i Kanadzie stworzyła warunki do radykalnej zmiany energy mix i zwrotu od technologii węglowych do gazowych. Silnie rozpowszechniły się technologie wiatrowe i solarne, stwarzając nowe możliwości i wyzwania. Postęp w zakresie magazynowania energii został pobudzany przez energoelektronikę konsumencką oraz umożliwił rozwój pojazdów elektrycznych i hybrydowych. Równocześnie zakwestionowano zdolność do zachowania parametrów przez starzejący się majątek sektora, co znalazło swe odbicie w cząstkowych i bardziej rozległych awariach o zasięgu systemowym, wymuszających z kolei podstawowe inwestycje w celu odbudowania silniejszej, bardziej odpornej na zakłócenia i bardziej zrównoważonej infrastruktury wytwórczej i sieciowej. Dziesięć kluczowych dylematów Współczesny system elektroenergetyczny zarządza interakcjami pomiędzy mnogością składników majątku, elementów mobilnych i celami interesariuszy. Polityki o zasięgu lokalnym, regionalnym (stanowym) i wspólnotowym (federalnym), powstanie czerwiec 214 www.energetyka.eu strona 329