CN1793895A - 利用金属磁记忆检测信号诊断管道焊接裂纹的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用金属磁记忆检测信号诊断管道焊接裂纹的方法，属于无损检测技术中的金属磁记忆检测领域。该方法过程包括：依据小波变换理论，采用Morlet小波函数对金属磁记忆检测仪检测到的磁记忆信号进行分析，将磁记忆信号分解为细节部分和大尺度逼近部分；依据傅里叶变换理论，应用离散傅里叶变换公式对经过小波变换后的金属磁记忆信号的细节部分进行离散傅里叶变换，并对变换幅值进行取模运算，得到K值；设定判定尺度为K₀；若K≥K₀，则该检测段的应力集中处有焊接裂纹；若K＜K₀则判定该检测段没有焊接裂纹。本发明的优点在可以快速的对焊接结构进行无损检测，判断其焊接的质量，便于实现在线检测。

Description

利用金属磁记忆检测信号诊断管道焊接裂纹的方法

                          技术领域

本发明涉及一种利用金属磁记忆检测信号诊断管道焊接裂纹的方法，属于无损检测技术中的金属磁记忆检测领域。

                          技术背景

焊接裂纹是最为危险的一种焊接缺陷，对焊接裂纹进行检测一直是无损检测领域所必须关注的问题。目前，常用的无损检测方法如超声波检测和射线检测都能够检测出已经存在的宏观裂纹，但是对于微观裂纹却显得无能为力。一般情况下，焊接裂纹产生的根源在于应力集中的作用，在应力集中的诱导下，裂纹尖端首先发射位错，形成无位错区，然后纳米尺寸的微裂纹在无位错区或已经钝化的原裂纹顶端形核，因此对未扩展之前的微裂纹进行检测对于防止结构和设备的突发性破坏具有重要的意义。

金属磁记忆检测技术的基本原理是利用铁磁构件的磁记忆效应来检测构件内部的缺陷，金属磁记忆效应是指铁磁性材料在承载情况下，其应力和变形集中区域受地磁场激励发生的具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，从而在该区域产生的自有漏磁场。利用金属磁记忆检测仪可以检测到这个自有漏磁场法向分量信号。金属磁记忆检测集成了无损检测、断裂力学、金相学等相关学科的潜在能力，它以局部应力集中区自有漏磁场的法向分量为检测参数，漏磁场的检测步长精度可以达到1mm，因此，利用金属磁记忆检测信号可以确定工件上应力集中的位置，这是与其它常规检测方法相比磁记忆方法最突出的优点。但是由于磁记忆检测方法尚无法将裂纹处的应力集中和一般应力集中区别开，因此该方法目前只能为裂纹的检测提供一种定性的参考，这从很大程度上限制了这种检测方法的推广和应用。

                          发明内容

本发明的目的在于提供一种利用金属磁记忆检测信号诊断管道焊接裂纹的方法，该方法不仅能准确确定工件上应力集中的位置，而且能将裂纹处的应力集中和一般应力集中区别开，并能准确的诊断出工件上存在的裂纹，具有操作简便、诊断灵敏度高的特点。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的。首先采用金属磁记忆检测仪对管道焊接裂纹进行检测，可以得到金属磁记忆信号。所述的金属磁记忆检测仪包括磁感应强度传感器、温度传感器、长度传感器、以及滤波、放大电路组成。根据检测得到的金属磁记忆信号诊断焊接裂纹的方法，其特征包括以下过程：

1、依据小波变换理论，应用小波变换公式(1)对金属磁记忆检测仪检测到的磁记忆信号进行分解，将信号分解为细节部分和大尺度逼近部分。在小波变换过程中选用的母小波为Morlet小波，其定义由公式(2)给出。

式中Wf(a，b)为小波变换系数，β为控制Morlet小波的空间分解和频率分解的参数，a，b分别表示小波的尺度因子和平移因子。

2、依据傅里叶变换理论，应用离散傅里叶变换公式(3)对经过小波变换后的金属磁记忆信号的细节部分进行离散傅里叶变换，并按照公式(4)进行取模运算，这样就可以得到距离起始测量位置L的在窗函数宽度内的磁记忆信号的模。

$\mathrm{DFT}\left[f\left(n\right)\right]{=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}f\left(n\right)e}^{\frac{-\mathrm{i\πnk}}{N}}(k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·\·\·\·,N-1)----\left(3\right)$

式中：f(n)为金属磁记忆信号采样点的漏磁场强度检测值，N为采样总数。

A(n)＝abs(DFT(f(n))W(L-n)                        (4)

式中abs为取模函数，W(x)为窗函数，即 $W\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& -\frac{l}{2}\≤x\≤\frac{l}{2},\\ 0,& 0\end{array}\right.$ 其中l为 窗宽，其大小可以根据检测精度的要求确定。

3、取步骤2的结果的最大值，并设其为K，即

    K＝max(A(n))                                        (5)

其中：max为取最大值函数，根据金属磁记忆检测的原理，K值是被测工件内部应力水平的一种度量。

4、确定判定尺度K₀。K₀是一个与材料的抗拉强度σ_b有关的常数，试验研究表明，它们之间存在如下关系：

    K₀＝kσ_b                                            (6)

其中k是与铁磁材料相关的常数，其取值范围为：k＝0.095～0.110。

5、裂纹判别

若K≥K₀，则该检测段的应力集中处有焊接裂纹；

若K＜K₀则判定该检测段没有焊接裂纹。

本发明的优点在于能够区分焊接裂纹引起的应力集中与一般应力集中，并在预定精度范围内给焊接裂纹定位，可以快速的对焊接结构进行无损检测，判断其焊接的质量，便于实现在线检测。

                         附图说明

图1为本发明所采用金属磁记忆检测仪的结构框图；

图2为本发明采用的运算流程图；

图3为本发明实施例中利用TSC-1M-4型金属磁记忆检测仪测得的金属磁记忆曲线；

                        具体实施方式

利用TSC-1M-4型金属磁记忆检测仪对材质为X70管线钢的焊接接头进行检测，钢管的几何尺寸为Φ1016×21mm，检测结果如图3所示。由于焊接裂纹都具有一定的长度，本实例中设定检测裂纹位置精度为±15mm，即窗函数的宽度为30，这样就可以确定在30mm的检测范围内是否有焊接裂纹存在。因为K₀和被测材料的抗拉强度有关，对于X70管线钢，其抗拉强度为σ_b＝656MPa，所以K₀的取值在63.32～72.16之间。将测得的磁记忆信号进行步骤1～4的处理后，在距起测位置137mm和241mm两个部位，其K值分别为95.15和87.47，均满足K≥K₀的判定条件，可判定在距起测位置137mm和241mm的两个窗体部位存在裂纹。为了确认该位置确实存在焊接裂纹，后经使用CTS-26A型超声波探伤仪进行超声波检测，分别在该位置发现长度为3mm和7mm的焊接裂纹，在其它部位没有发现任何裂纹缺陷。由实施例可以看出，采用本发明对管道进行无损检测，其检测结果是准确可靠的。

Claims (1)

1、一种利用金属磁记忆检测信号诊断管道焊接裂纹的方法，该方法采用金属磁记忆检测仪对管道焊接裂纹进行检测，可以得到金属磁记忆信号，所述的金属磁记忆检测仪包括磁感应强度传感器、温度传感器、长度传感器、以及滤波、放大电路组成，根据检测得到的金属磁记忆信号诊断管道焊接裂纹，其特征包括以下过程：

1)依据小波变换理论，应用小波变换公式(1)对金属磁记忆检测仪检测到的磁记忆信号进行分解，将信号分解为细节部分和大尺度逼近部分，在小波变换过程中选用的母小波为Morlet小波，其定义由公式(2)给出，

式中Wf(a，b)为小波变换系数，β为控制Morlet小波的空间分解和频率分解的参数，a，b分别表示小波的尺度因子和平移因子；

2)依据傅里叶变换理论，应用离散傅里叶变换公式(3)对经过小波变换后的金属磁记忆信号的细节部分进行离散傅里叶变换，并按照公式(4)进行取模运算，这样就可以得到距离起始测量位置L的在窗函数宽度内的磁记忆信号的模，

$\mathrm{DFT}\left[f\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}f\left(n\right)e^{\frac{-\mathrm{i\πnk}}{N}}(k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·\·\·\·,N-1)---\left(3\right)$

式中：f(n)为金属磁记忆信号采样点的漏磁场强度检测值，N为采样总数，

A(n)＝abs(DFT(f(n)))W(L-n)                     (4)

式中abs为取模函数，W(x)为窗函数，即 $W\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& -\frac{l}{2}\≤x\≤\frac{l}{2},\\ 0,& 0\end{array}\right.$ 其中l为窗宽，其大小可以根据检测精度的要求确定；

3)取步骤2)的结果的最大值，并设其为K，即

        K＝max(A(n))                           (5)

其中：max为取最大值函数，根据金属磁记忆检测的原理，K值是被测工件内部应力水平的一种度量；

4)确定判定尺度K₀，K₀是一个与材料的抗拉强度σ_b有关的常数，试验研究表明，它们之间存在如下关系：

                        K₀＝kσ_b                    (6)

其中k是与铁磁材料相关的常数，其取值范围为：k＝0.095～0.110；

5)裂纹判别

若K≥K₀，则该检测段的应力集中处有焊接裂纹；

若K＜K₀则判定该检测段没有焊接裂纹。

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