磁记忆检测套管应力集中信号和特征量研究

铁磁性工件在载荷的作用下,应力和变形集中区会产生最大的漏磁场变化,金属磁记忆技术可有效判断套管应力集中区.对漏磁场法向分量的测定可以准确地推断工件的应力集中区.井下的恶劣环境对磁记忆系统提出更高的要求.将数字平滑和小波去噪方法引入磁记忆检测系统的信号处理中,提高了信噪比,有效地提取了磁记忆信号中的梯度;同时为准确确定应力集中的位置,提出了新的特征量选取.实验结果证实了方法的有效性和可行性.     

磁记忆与小波变换相结合的井下套管应力集中早期诊断方法

利用铁磁材料的磁记忆性,研制出了井下在役套管检测系统。该检测系统可根据在役套管的应力集中区所产生的磁记忆信号快速、准确地判断套管的应力集中区状况。基于小波系数的“Teager”能量算子,增强了分解后的磁记忆信号能量;从小波变换的信号奇异性检测理论出发,把多尺度变换结果观测与俄罗斯专利技术(梯度)相结合,能准确判断异常应力集中区,实现了信号自适应小波消噪,提取了磁记忆的特征量梯度。实验结果证实了该方法的有效性和可行性。     

磁记忆信号与应力之间的关系

为明确磁记忆信号与工作应力和残余应力之间的对应关系,对Q235低碳钢板状试件进行了静载拉伸实验.利用TSC-1M-4型磁检测仪,研究了光滑试件和人工缺陷试件表面法向磁场强度在不同工作载荷下及卸载后的变化规律.结果表明:磁记忆信号与工作应力之间具有较好的相关性,利用相邻两磁信号之间的相关系数可以判断试件是否处于某种临界或极限状态;塑性变形前后的离线磁信号并无明显区别,但断裂后的磁信号及梯度曲线可用于准确识别断裂位置.     

塑性变形条件下拉伸构件的磁记忆效应

通过对经退磁处理的光滑和切口试件在不同程度拉伸变形下的在线磁信号的测量,研究了塑性变形对磁记忆效应的影响.光滑试件在弹性和均匀塑性流动阶段磁场分布近似为斜直线,仅到颈缩后才在应力集中部位产生明显的磁场畸变;切口试件在屈服以后即出现畸变特征,基于位错理论分析了异常波波高增加的原因,利用磁信号水平线图可定性判断应力集中区破...     

基于弱磁效应的管道应力检测技术

应力集中是造成铁磁性金属管道破坏的主要原因，通过应力的有效检测，可对金属管道的使用状态进行预判，有效保障设备的使用安全。利用铁磁材料能量平衡理论，对应力作用下的材料弱磁效应进行了分析；通过基于金属能带理论的仿真软件建立铁磁材料三维仿真模型，计算了拉应力作用下体系的磁效应特征；设计制作基于差动对称结构的微弱磁场检测传感器，通过基于弱磁传感器的应力检测系统对不同类型的管道应力集中状态进行检测，并利用其他应力检测手段对应力集中情况进行了验证。结果表明，弱磁传感器可有效检测管道表面的弱磁场信号；在应力集中区，弱磁场信号表现出剧烈的波动特征；各种检测手段均验证了弱磁应力检测的有效性，弱磁应力检测技术可有效检测由缺陷或变形等导致的管道应力集中。     

高载旋转弯曲疲劳损伤的磁记忆检测

为寻找高载旋转弯曲疲劳破坏前的特征信号,基于磁机械效应及磁场叠加原理进行理论研究,在此基础上,对带环形缺陷的45号钢试件进行高载旋转弯曲疲劳试验,研究疲劳过程中试件表面的磁信号的法向分量的分布变化.理论分析表明,疲劳裂纹附近的磁信号分布随裂纹扩展而变化.实验结果显示在进入裂纹快速扩展前后,缺口两边的磁信号大小顺序发生变化;名义应力及应力集中系数、环境磁场和提离值影响检测效果,但有对应的解决方法.磁记忆技术用于高载旋转弯曲疲劳损伤检测是可行的.     

拉应力对不同厚度Q345钢磁记忆信号的影响

为明确磁记忆信号与拉应力之间的对应关系和几何尺寸对试件表面磁场的影响,对Q345低合金钢不同厚度板状试件进行静载拉伸实验.利用TSC-1M-4型磁检测仪,研究3种厚度的光滑试件表面磁记忆信号在不同拉应力下的变化规律.结果表明:弹性阶段磁记忆信号与拉应力之间有较好的相关性,塑性阶段两者相关性较弱;切向磁记忆信号对试件局部屈服的表征比法向磁记忆信号更敏感,利用切向磁场的畸变性可预判试件的早期塑性变形和应力集中区;同一应力水平下,试件表面磁场强度随厚度增加而减小,但不影响其变化规律.     

金属磁记忆在齿轮早期微裂纹检测中的应用

依据金属磁记忆检测的基本原理,提出关于齿轮早期局部微裂纹缺陷的漏磁信号模型,指出在裂纹区域,漏磁场的切向分量具有峰值,而法向分量过零、其梯度具有峰值,分析了裂纹深度对上述特征的影响,并将上述理论应用于实际齿轮表面微裂纹检测,显微分析的结果论证了磁记忆检测的有效性。     

钢丝绳动载荷疲劳时的磁记忆信号研究

建立了模拟钢丝绳动载荷疲劳的实际工作状态的实验装置,确定了钢丝绳上三个检测段.通过磁记忆检测方法检测不同检测段的磁场分布,然后对发生疲劳断裂的检测段的磁场强度变化进行分析,从而得到钢丝绳动疲劳时磁记忆信号的特点.     

应力集中引起的金属磁记忆现象的研究

金属磁记忆检测技术是一种新兴的无损检测技术，有着广阔的应用前景，但关于磁记忆现象产生的机理的研究还很不完善，由应力集中引起的磁场变化特征没有得到专门的研究．本以双侧U形凹1：7的应力集中试样为例，在实验机上对其进行拉伸，用专用的检测仪检测其在静载状态下所产生的磁场信号．结果表明磁场分布状况和应力集中的状况之间有较好的一致性，说明了金属磁记忆检测技术可以用于检测应力集中，因而可以为应力的检测探索一种新的方法，具有重要的现实意义．     

外磁场激励下管道弱磁应力内检测特性研究

弱磁应力检测技术支持非接触在线应力损伤检测,在长输油气管道应力内检测技术领域具有巨大的应用潜力。但弱磁信号微弱,易受外界环境干扰,检测结果易出现偏差。为加强弱磁信号的检测能力,基于铁磁材料的微观特性,建立了外磁场弱磁应力检测模型,获得了弱磁信号强度随外磁场强度与施加应力的变化规律,描述了外磁场对弱磁应力检测信号的激励特性,并进行了系统的实验研究。结果表明,弱磁信号的切向峰值与法向零点均位于应力集中区的中心位置,且不随应力与外磁场的变化而发生波动;弱磁信号切向峰值与法向峰峰值随外磁场与应力的增加而增大;外磁场对弱磁应力检测信号的激励作用随外磁场的增加先增大后减小。     

Characterization of Stress Concentration by Tangential Component Hp(x) of Metal Magnetic Memory Signals

The correlation between the stress concentration and the spontaneous magnetic signals of metal magnetic memory(MMM) was investigated via tensile tests. Sheet specimens of the Q235 steel were machined into standard bars with rectangular holes to obtain various stress concentration factors. The tangential component Hp(x) of MMM signals and its related magnetic characteristic parameters throughout the loading process were presented and analyzed. It is found that the tangential component Hp(x) is sensitive to the abnormal magnetic changes caused by the local stress concentration in the defect area. The minimum magnetic field is positively correlated to the magnitude of the load and the distance from the notch. The tangential magnetic stress concentration factor presents good numerical stability during the entire loading process, and can be used to evaluate the stress concentration factor. The results obtained will be a complement to the MMM technique.     

环境磁场对磁记忆检测信号的影响

通过对一铁磁性试件进行磁记忆检测实验,选择手机信号作为干扰源,研究不同环境磁场下试件磁记忆检测信号的变化情况.同时,对试验过程中的环境磁场对磁场强度变化的影响进行了机理分析.研究结果表明:对不同程度的环境磁场干扰,检测得到的试件磁记忆信号差别显著;周围有放置手机但不通话时,环境磁场的干扰程度不大;随着周围环境的通话手机数量逐渐增多,环境磁场的干扰程度不断加大直至足以影响检测精度.     

表面缺陷开放磁路检测原理与方法

在分析现有表面缺陷检测方法特点的基础上，提出了开放磁路检测原理与方法．在磁铁与试样之间构建一个开放磁场，试样表面存在缺陷时，会引起开放磁场分布的变化，通过传感器获得磁场的变化以获得试样表面缺陷的相关信息．详细研究了开放磁路特征参数对检测信号的影响以及盲孔检测时的量化特征．由于该检测方法对磁化强度基本上没有要求，从而有更广泛的应用．     

拉伸实验中的金属磁记忆信号总体特征研究

为了确定构件承载应力与金属磁记忆信号之间关系,以推进金属磁记忆法在构件检测中的应用,制备了不同尺寸和结构的拉伸试件,在试件承受不同拉伸载荷的情况下,进行了金属磁记忆检测,分析了金属磁记忆信号的总体特征Deta.研究表明:Deta作为金属磁记忆检测信号的特征量可以描述构件承载水平的高低;随着构件承载增加,Deta将逐渐减小,在达到材料屈服极限后,Deta保持在一定水平波动;对应材料X70屈服极限的Deta值是79.27A/m,高于该值时,X70构件是安全的.     

Metal magnetic memory testing for early damage assessment in ferromagnetic materials

In order to investigate the physical mechanism of metal magnetic memory testing, both the influences of earth magnetic field and applied stress on magnetic domain structure were discussed. Static tension and fatigue tests for low carbon steel plate specimens were carried out on hydraulic servo testing machine of MTS810 type and magnetic signals were measured during the processes by the type of EMS-2003 instrument. The results indicate that the initial magnetic signals of specimens are different before loading. The magnetic signals curves are transformed from initial random to regular pattern due to the effect of two types of loads. However, the shape and distribution of magnetic signal curves in the elastic region are different from that of plastic region in tension test. While in fatigue test those magnetic signals curves corresponding to different cycles are similar. The Hp (y) value of magnetic signals on the fracture zone increases dramatically at the breaking transient time and positive-negative magnetic poles occur on the two parts of fracture zone.     

规则形体垂直磁梯度场研究及应用

磁梯度测量是随着磁法勘探技术的不断进步而发展起来的一种新技术。它具有不受日变和正常场因素的影响,能够全面利用磁场信息的优点。本文使用GSM-19磁力仪和Grad601-2垂直磁梯度仪观测球体模型和有限长水平圆柱体模型产生的总磁异常场和垂直磁梯度场,对它们的平面分布进行了对比分析,深入探讨地面垂直磁梯度测量的应用效果。最后,盘龙城府河工区疑似古墓葬的总场和梯度场测量结果对比分析说明,垂直磁梯度场能够突出弱磁异常信息。     

地球磁场对磁记忆检测信号的影响研究

对一轴类铁磁性材料进行磁记忆检测实验,研究不同检测方法对磁记忆检测信号参数的影响。研究结果显示,不同的检测方法,检测得到的试件磁记忆信号差别较大。试件上下放置时,地磁场的影响程度最大;南北向放置时,地磁场的影响程度次之;东西向放置时,地磁场的影响程度最小。     

Variation regularity of metal magnetic memory signals with inspecting time-interval and location

Influences of inspecting time-interval and location on varying behavior of metal magnetic memory （MMM） signals of defects were studied. Different areas in two precracked weldments were inspected at different time-intervals by type TSC-1M-4 stress-concentration magnetic inspector to obtain MMM signals. Mechanisms of MMM signals varying behavior with inspecting time and space were analyzed and discussed respectively. It is found that MMM signals don＇t change with inspecting time-interval, since stress field and magnetic leakage field maintain unchanged at any time after welding. On the other hand, MMM signals differ greatly for different inspecting locations, because stress field and magnetic leakage field are unevenly distributed in defective ferromagnetic materials.     

基于磁机械效应的铁磁材料漏磁检测数值模拟

为更准确地描述材料的非线性磁机械耦合效应，以非线性磁致伸缩应变方程、有效场理论和能量平衡方程等为基础提出新的磁弹性耦合模型与变刚度模型，分析了铁磁材料的磁机械效应和变刚度效应，并利用数值分析软件将非线性磁化模型的理论结果与仿真过程进行耦合。结果表明，仿真得到的缺陷泄漏场分布与已有研究结果一致，验证了所提出模型与仿真方法的可行性和准确性。分析了应力、缺陷尺寸和缺陷位置对表面磁场的影响，结果表明：在拉伸载荷作用下，试样表面法向磁场信号呈类S形曲线，切向信号呈类锥形曲线，其极值均随载荷增加先减小后增大；试样存在缺陷时，不同采集路径上获取的信号存在很大差异，缺陷边缘路径上的漏磁场峰值与缺陷长度呈负相关，而峰值距离和跨度却相反，在远离缺陷的采集路线上，漏磁场信号的峰值和跨度均与缺陷长度呈正相关。