CN102393419A - 一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法，该方法包括：利用磁传感器检测铁磁构件表面的漏磁场，获得被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，通过同轴电缆存储于智能磁记忆仪中；根据被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，计算得到被测表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值；根据获得的被测表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值确定损伤部位和损伤程度。该方法为工业应用领域大量使用的铁磁材料早期损伤程度在线监测提供一种无损检测手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法，属于测量技术领域。
背景技术
金属构件由于装配时存在初始预应力以及长期使用过程中累积的残余应力，导致材料性能退化和结构局部损伤，最终造成系统整体突然失效的事故时有发生。在石化工业中，大约70％以上的突发性事故是由于金属构件存在各种与预应力相关的初始缺陷以及由此发展起来的疲劳损伤引起的。虽然理论上说金属材料的疲劳破坏过程一般包括三个基本阶段：初始损伤累积阶段、宏观裂纹形成阶段和裂纹扩展阶段，但其实际服役寿命主要取决于第一阶段，约占总寿命的80％以上。因此，从结构安全角度来说，必须对材料早期损伤、结构性能退化程度以及剩余寿命进行有效监测和评估。但是，从检测手段来说，对材料和结构由于微损伤造成的早期性能退化的诊断要比确定宏观裂纹困难得多。事实上，发展简便有效的局部应力集中程度(包括初始预应力和累积工作应力)和材料性能早期退化的评价方法，针对大型工程中关键构件的损伤情况进行现场快速无损检测，进而实现对在役设备的安全性和剩余寿命开展有效评估，一直是实验力学和无损检测领域非常关注的课题。
传统无损检测技术：磁粉探伤和漏磁检测、声发射技术、超声导波、涡流检测技术等，在确定构件内部是否出现宏观裂纹时具有很好的效果，但往往无法准确判定构件内部是否出现疲劳微损伤，包括由于应力集中造成的弹塑性内应力值；X射线衍射技术可以对金属结构残余应力进行有效检测，但检测深度非常有限(一般在微米量级)，而且对试件表面质量要求高、检测设备复杂、价格昂贵，很难实现在线大范围检测；超声非线性技术在检测结构损伤度时也同样存在对试件表面质量要求高、信号抗干扰性差、无法完成对复杂构件的内应力和损伤程度进行在线检测等诸多问题。
研究发现，铁磁构件在制备和工作过程中，受工作载荷和地球磁场的共同作用时，在应力集中和宏观缺陷区发生磁畴组织的定向及不可逆的重新取向，载荷卸除后这种不可逆磁效应不仅会保留，而且其程度和内应力及结构损伤有关。该方法最早由俄罗斯学者最早提出，并应用于工程检测领域。但俄罗斯学者提出的两个基本判据(切向分量HP(x)达到极大值，法线方向分量HP(y)出现峰-峰值变化)仅适用于宏观型缺陷，对材料早期损伤检测并不适用。此外，材料早期损伤影响参数众多，包括物理型损伤参数和几何型损伤参数，如何根据漏磁信号，对其多参数进行有效反演，目前还缺乏相关研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题：
提出一种能对目前能源、石化、交通等领域大量使用的铁磁材料(含铁、钴、镍等)早期损伤程度进行无损检测的方法，确定相应的表征参数和安全评价判据。
本发明的技术方案：
一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法，该检测方法包括以下步骤：
步骤一通过同轴电缆将磁传感器与智能磁记忆仪连接，利用磁传感器检测铁磁构件的表面漏磁场，获得被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，并存储于智能磁记忆仪中；
步骤二根据被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，计算得到被测表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值；
步骤三根据获得的被测表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值确定被测构件损伤部位和损伤程度：漏磁切向梯度出现峰-峰值和漏磁法向梯度出现极值变化位置即为损伤所在位置；被测构件损伤程度则用以下四个参数评价，分别为漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度w(y)v-v；
将实际检测得到的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度值w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度值w(y)v-v与其临界安全值进行比较，如实际测量值小于临界安全值则构件安全，反之则为不安全。
所述的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度w(y)v-v的临界安全值，是根据不同材料和不同损伤安全等级，在正式检测之前用标准试块标定得到的评价构件损伤程度的参数。
本发明的有益效果：
大量工业关键部件发生突发性事故是由于金属承载构件损伤积累到一定程度后突然断裂性失效造成的。因此，提供一种有效的无损检测技术，对目前能源、石化、交通等领域大量使用的铁磁构件损伤程度实现在线检测，这对保证工业运行安全和避免重大运行事故具有重要意义。
附图说明
图1为铁磁材料早期损伤的磁无损检测系统示意图。
图2为被测构件发生塑性变形时漏磁场切向梯度值结果示意图。
图3为材料发生塑性变形时法向梯度值结果示意图。
具体实施方式
铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法，以Q235钢板的检测为例，对本发明作进一步说明，检测包括以下步骤：
步骤一如图1所示，通过同轴电缆将磁传感器与智能磁记忆仪连接，利用磁传感器每隔0.2mm点检测Q235钢板的表面，获得被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，并存储于智能磁记忆仪中；
步骤二根据被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，计算得到被测表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值，结果如图2、3所示；
步骤三根据获得的被测表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值确定损伤部位和损伤程度：漏磁切向梯度出现峰-峰值和漏磁法向梯度出现极值变化位置即为被检测构件的损伤所在位置；被测构件损伤程度用以下四个参数评价，分别为漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度w(y)v-v；
步骤四对Q235标准块进行加载，同时测量其漏磁信号，得到标准块塑性变形程度和漏磁信号之间的对应关系，根据实际被测Q235构件的工作安全等级，确定其漏磁切向梯度峰-峰S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度w(x)p-p、漏磁法向梯度极S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度w(y)v-v的临界安全值；
步骤五将实际检测得到的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度值w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度w(y)v-v值与临界安全值进行比较，如实际测量值小于临界安全值则构件安全，反之则为不安全。
Claims (2)
1.一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法，其特征在于：
该检测方法包括以下步骤：
步骤一通过同轴电缆将磁传感器与智能磁记忆仪连接，利用磁传感器检测铁磁构件的表面漏磁场，获得被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，并存储于智能磁记忆仪中；
步骤二根据被测表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，计算得到被测表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值；
步骤三根据获得的被测表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值确定被测铁磁构件损伤部位和损伤程度：漏磁切向梯度出现峰-峰值和漏磁法向梯度出现极值变化位置即为损伤所在位置；被测构件损伤程度则用以下四个参数评价，分别为漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度w(y)v-v；
将实际检测得到的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度值w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度值w(y)v-v与其临界安全值进行比较，如实际测量值小于临界安全值则构件安全，反之则为不安全。
2.根据权利要求1所述的一种铁磁材料早期损伤的磁无损检测方法，其特征在于：
所述的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p-p、漏磁切向梯度峰-峰值宽度w(x)p-p、漏磁法向梯度极值S(y)p-v和漏磁法向梯度极值宽度w(y)v-v的临界安全值，是根据不同材料和不同损伤安全等级，在正式检测之前用标准试块标定得到的评价构件损伤程度的参数。
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