强化磁激励条件下磁记忆检测试验研究北大核心

对含预制缺陷的16MnR钢平板试件进行拉-拉疲劳试验,试验过程中采用励磁装置进行稳恒弱磁激励,通过巨磁阻传感器采集试件表面应力集中区域的漏磁场信号。结果表明,在弱磁激励和载荷作用停止时测得的漏磁场切向分量仍可以认为是一种广义的磁记忆信号,适当加强外磁场激励可以突出、强化磁记忆信号,提高检测系统的灵敏度,使检测效果得到改善;漏磁场切向分量在试件应力集中处出现最大值,其值随循环次数增加而增大,且在疲劳的不同阶段幅值变化率不同。     

基于磁记忆技术的高温蒸汽管道无损检测

为了确保电厂高温蒸汽管道的安全运行,使用一种基于磁记忆的无损检测技术对高温蒸汽管道的缺陷及其位置进行早期诊断。首先,使用TSC-1M-4磁记忆检测仪检测45号钢试件,分析了试件漏磁场梯度曲线的分布特征;然后,检测电厂在役的主蒸汽管道,根据漏磁场梯度曲线的分布特征确定了管道的应力集中区;最后,用MM-system软件分析曲线的梯度K和最大超调量m值,判断管道的应力集中区是否构成缺陷。结果表明：高温蒸汽管道磁记忆信号的梯度曲线可以反映应力集中的位置,分析磁记忆信号曲线的梯度K和最大超调量m值,可以判断应力集中区域是否构成缺陷。     

Q235B中心圆孔试件力-磁量化关系的实验研究

采用磁记忆测试技术,对Q235B中心圆孔平板试件拉伸过程圆孔周围漏磁场进行测试,得到不同保载阶段圆孔周围漏磁场参量分布规律。当试件达到试件抗拉强度时,三种孔径试件在局部峰值应力部位均出现漏磁场法向分量值大幅增加、法向分量梯度值突变的现象,证明了采用磁记忆方法可以预报应力集中部位。同时,根据峰值应力位置的力-磁量化关系,得到Q235B材料在实验条件下的磁弹性效应不可逆分量λH的实验值,为局部应力与磁记忆特征值之间量化关系研究提供借鉴。     

基于磁场梯度测量的磁记忆试验

金属磁记忆检测是无损检测领域的新技术。为探索以磁场梯度为判据的磁记忆检测方法,采用自制的专用磁场梯度检测仪,在地磁场环境对棒状低碳钢进行拉伸试验。结果显示磁场梯度与应力的关系随测量方法不同有很大差异。当将试件原位放置在拉伸机上测量时,磁场梯度与应力之间没有确定的关系;当将试件从拉伸机上取下测量时,磁场梯度与近期曾经受到的最大应力成线性关系。通过测量铁磁性构件表面的磁场梯度,为非破坏性测量应力提供新途径。另外,磁记忆信号会随试件取下后搁置时间而逐渐减弱的事实,表明用金属磁记忆技术检测应力集中具有时效性。     

利用磁记忆信号特征参数表征拉伸应力状态

通过对Q345B钢试件静载拉伸时法向磁场的在线测量,得到了不同载荷作用下的磁信号特征,研究了试件断裂处法向分量H_p(y)和特征参量随应力的变化,并建立了磁场梯度指数与应力的量化关系。试验结果表明:当拉应力大于308 MPa时,H_p(y)相对于弹性阶段磁信号发生反转现象;根据梯度最大值K_(max)的极大值可准确判定试件是否进入塑性阶段;梯度最大值的算术平均值K_(max)~(avg)随应力变化的3个阶段分别对应力-位移曲线的弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;K_(max)~(avg)值和断裂处H_p(y)值均可反映试件的损伤程度;梯度指数ξ值可表征试件的应力状态。分析结果表明:Jiles-Atherton模型可解释磁信号的反转现象;感应磁场模型可定性解释试件断裂处的磁信号变化原因,与试验结果一致。该研究为利用磁记忆检测技术进行应力表征提供了一种有效方法。     

X80管线钢疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

对预制缺口的X80管线钢平板试件进行拉-拉疲劳试验和磁记忆信号检测,研究了整个疲劳试验过程中磁记忆信号的变化特征,分析了试件缺陷部位的判定方法,提出了量化试件疲劳损伤程度的特征量。结果表明:未经处理的磁记忆信号法相分量过零点位置与试件预制缺口位置并不吻合,将试件在疲劳加载过程中的磁记忆信号减去与之相对应的初始磁信号,处理后的磁信号过零点位置与试件损伤部位完全对应;磁记忆信号梯度值K可有效表征试件应力集中部位;梯度极大值Kmax随疲劳次数的增加而增大,反映了试件的疲劳损伤程度,在一定程度下可定量分析试件的疲劳寿命。     

静载拉伸下磁记忆信号变化特征分析

通过对带中心圆孔缺陷的20#钢平板试件做静拉伸试验,研究在不同载荷作用下,铁磁材料的表面磁场强度垂直分量的变化.试验研究表明:磁场强度垂直分量过零点不能完全表征应力集中位置,磁场强度梯度的变化与应力集中程度有关,随着载荷的增加,沿试件轴线方向磁场强度发现一定规律的变化,且集中系数m=Kmax/Kau≥2.6,试件处于危险状态.     

对构件30CrMnSiN2A损伤磁记忆效应的研究

以30CrMnSiN2A钢为研究对象,采用高频疲劳试验机,在不同最大载荷作用下对带圆孔缺陷的30CrMnSiN2A圆棒试件进行拉拉疲劳试验。研究试件在不同疲劳应力水平作用下和不同循环周次后磁记忆检测信号的变化规律,以及磁记忆信号、K值与裂纹扩展速率、疲劳寿命、疲劳载荷之间的关系。     

基于磁记忆检测技术的应力磁效应仿真分析

金属磁记忆检测技术是近年来发展起来的可预先检测铁磁试件应力集中、疲劳损伤程度的评价方法。以有限元仿真理论为基础,分析了铁磁构件磁记忆检测技术的有限元仿真流程,建立了三种不同缺陷分布的试件模型,仿真分析了三种模型条件下应力分布与漏磁场分布之间的关系。仿真试验表明:依据测定铁磁试件表面的漏磁场分布来判断应力的分布状态是可行的,能够对试件的损伤程度作出有效评价,为磁性检测方法在无损检测技术中的应用提供了新的思路。     

42CrMo钢压扭动载下的疲劳寿命预测

对42CrMo钢缺口试件施加压扭复合动态载荷,进行疲劳试验和金属磁记忆在线检测。试验结果表明,金属磁记忆检测技术在压扭动载疲劳损伤检测中是可行的。采集的磁记忆信号切向分量能够表征整个疲劳过程中试件各部位的应力集中程度及其变化趋势。提取了磁记忆信号特征参量k max,通过对特征参量k max的分析,实现了对试件缺口附近的应力集中程度的定性与定量表征。建立了k max的疲劳损伤模型,对试件的疲劳寿命进行了初步预测,为钻具的工况检测提供试验依据。     

疲劳载荷作用下应力集中部位金属的磁记忆现象

研究了含有缺口的18CrNi4A渗碳钢试样在疲劳载荷作用下的磁记忆现象。结果表明:在应力集中部位磁记忆信号Hp(y)变化明显,且随循环加载次数的增加呈现规律性变化;在试验过程中,当循环加载到一定次数后,Hp(y)曲线过零点,在随后循环中零点的位置变化很小,直到试样产生裂纹、断裂;磁记忆检测对18CrNi4A渗碳钢构件的疲劳损伤具有较准确的判断能力。     

一种磁记忆检测定量分析的新方法

金属磁记忆检测技术是利用磁记忆效应对铁磁性材料的应力集中区进行无损检测的新方法.磁记忆效应的特征是应力集中部位表面的漏磁场的切向分量最大、法向分量存在过零现象.在目前的研究工作中,研究方法主要是以测量磁记忆法向信号过零点位置来判断应力集中,从而割裂了切向与法向之间内在的关系.探讨了采用法向切向联合检测的方法,利用一种新型的磁阻传感器HMC1002,设计组装了高精度的二维弱磁场测量传感器.通过对拉伸试件进行2种方法检测的对比实验,结果表明,此方法比单一的法向磁场分量过零值点的检测更有效,可望在磁记忆检测定量分析研究中有很好的实际应用价值.     

弱场激励下铁磁性试件疲劳拉伸磁信号研究

研究了铁磁性材料试件,在弱磁激励条件下进行疲劳拉伸,并检测试件表面沿拉伸方向表面磁场信号的变化及其分布特征。选用16MnR进行试验,对预制缺陷的试件进行弹性范围内的疲劳拉伸。利用基于巨磁阻芯片的阵列式传感器探头进行不同拉伸阶段的试件表面磁场扫描测量,并对信号进行滤波处理和对本征信号及其梯度进行成像。对不同拉伸阶段和传感器阵列中不同传感器通道的磁信号进行了分析,探讨了弱磁激励状态下疲劳拉伸试件表面磁信号对无损性评估铁磁性机械试件的有效性。     

聚磁结构在换热管漏磁检测三维有限元数值模拟中的应用

基于漏磁检测原理,针对铁磁性换热管的特点,利用有限元数值模拟方法,建立换热管漏磁检测三维有限元模型;针对提高漏磁场径向分量检测灵敏度,设计了2种聚磁结构(环形聚磁结构和锥形导向聚磁结构)。在此结构条件下,分析了漏磁场磁感应强度径向分量随缺陷深度的变化规律,得到漏磁场相关对比分析曲线。仿真结果表明,采用聚磁结构后,缺陷处测点的磁感应强度增强,其中锥形导向聚磁结构的聚磁效果更好。     

基于磁荷棱分布的断丝漏磁场模型研究

根据断丝漏磁场的特征，对钢丝漏磁场的产生进行了分析；提出基于棱分布的断丝漏磁场解释模型；对钢丝直径和提离值对漏磁场的影响进行了分析；与简化的点磁荷模型进行了比较研究，获得了钢丝漏磁场的点磁荷模型简化条件。     

16MnR钢和15MnVR钢在碳酸盐环境中的应力腐蚀研究

采用楔形张开加载（WOL）恒位移预裂纹试样研究了16MnR钢和15MnVR钢在碳酸盐环境中的抗应力腐蚀性能。试验选择常温、90℃和150℃分别在两种碳酸盐浓度下加载不同应力强度因子K1,经一定时间的应力腐蚀试验,测得各试样的扩展速率处于10^-7～10^-8mm／s之间,结果表明两种材料在所选碳酸盐浓度下裂纹基本没有扩展,其应力强度因子临界值KISCC分别不小于126和116MPa√m。同时采用扫描电镜和能谱技术对断口和试样表面膜进行了相应的观察和理论分析。总体而言,这两种材料在单一的碳酸盐溶液中应力腐蚀敏感性较低。     

磁场处理降低残余应力过程中应力应变的测量

在前期研究强脉冲磁场处理与低频交变磁场处理降低残余应力，并取得显著效果的基础上，进一步在磁场处理低碳钢制作的试样（包括单向拉伸试样和无应力试样）时，对应力应变过程进行测量。结果表明，单向拉伸试样经过低频交变磁场处理后，材料内部残余应力在下降的趋势，而且处理过程中具有磁振动现象。无应力试样与单向拉伸试验在磁场中，随场强的增加，试样中的应变逐渐由正值变为负值。克应力试验在不同频率的交变磁场中的应变各不     

基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统研究

磁性粒子成像是一种新型示踪剂成像技术,该技术利用磁性粒子在零磁场中的非线性磁化特性对被测物进行成像,其中零磁场的精细度决定其空间分辨率,而零磁场的精细度由空间磁场梯度决定。为了提高空间分辨率,设计了能产生大磁场梯度的静磁场结构,将其与驱动结构组合成线型零磁场系统。首先设计了基于圆环磁体阵列的静磁场结构,利用大梯度的静磁场构造精细线型零磁场;其次设计了基于亥姆霍兹线圈的驱动结构及其驱动方式,确定线型零磁场扫描范围与驱动电流之间的关系;最后计算线型零磁场系统的空间分辨率,研究磁场梯度、粒子粒径与空间分辨率之间的规律性。实验结果表明:基于圆环磁体阵列的静磁场结构产生的磁场梯度为4.804 T/m,当使用30 nm磁性粒子作为示踪剂时,系统的空间分辨率为0.540 mm,此时线型零磁场能在30 mm的范围内对被测物进行平移扫描。证明了基于圆环磁体阵列的线型零磁场系统用于提高磁性粒子成像分辨率的可行性。     

15MnVR与16MnR钢在氢氧化钠溶液中的抗应力腐蚀试验研究

采用楔形张开加载（WOL）恒位移预裂纹试样研究了16MnR钢和15MnVR钢在氢氧化钠溶液中的抗应力腐蚀性能。测得了180℃下30％NaOH溶液中两种材料的应力腐蚀临界应力强度因子和裂纹扩展速率,即16MnR材料的应力府蚀裂纹扩展速率da／dt为0．039～0．040mm／h,KISCC不大于82．75～90．85MPa·m^0.5,15MnVR材料的应力腐蚀裂纹扩展速率da／dt为0．018mm／h,KM。不大于87．58～102．44MPa·m^0.5。同时采用扫描电镜和能谱技术对断口进行了相应的观察和理论分析,得出NaOH溶液中两种材料均为沿晶开裂。