金属磁记忆检测技术用于再制造毛坯寿命预测的试验研究

为探讨金属磁记忆无损检测技术预测再制造毛坯的剩余寿命,采用金属磁记忆技术检测了拉-拉疲劳过程中45钢光滑试件和预制缺陷试件表面的磁记忆信号变化规律.结果表明45钢光滑试件疲劳试验过程中,在试件断裂之前,随疲劳载荷作用循环次数的增加,试件表面磁信号的分布规律变化不大,试件断裂后断口处磁信号发生激变;表面预制槽型缺陷的45钢试件在疲劳试验过程中,其表面磁信号在预制缺陷扩展后发生变化,且缺陷部位磁信号峰峰值随裂纹长度增加而持续增大.研究分析认为,金属磁记忆检测技术对疲劳裂纹的扩展情况有较好的反映,有望通过建立磁记忆信号峰峰值--疲劳裂纹长度a的关系模型,实现金属磁记忆技术对再制造毛坯剩余寿命的定量方法.但是,采用金属磁记忆技术预测疲劳裂纹萌生前铁磁材料的损伤程度尚需进一步探索.     

金属磁记忆检测技术用于再制造毛坯寿命预测的试验研究

为探讨金属磁记忆无损检测技术预测再制造毛坯的剩余寿命，采用金属磁记忆技术检测了拉－拉疲劳过程中45钢光滑试件和预制缺陷试件表面的磁记忆信号变化规律。结果表明：45钢光滑试件疲劳试验过程中，在试件断裂之前，随疲劳载荷作用循环次数的增加，试件表面磁信号的分布规律变化不大，试件断裂后断口处磁信号发生激变；表面预制槽型缺陷的45钢试件在疲劳试验过程中，其表面磁信号在预制缺陷扩展后发生变化，且缺陷部位磁信号峰峰值随裂纹长度增加而持续增大。研究分析认为，金属磁记忆检测技术对疲劳裂纹的扩展情况有较好的反映，有望通过建立磁记忆信号峰峰值——疲劳裂纹长度a的关系模型，实现金属磁记忆技术对再制造毛坯剩余寿命的定量方法。但是，采用金属磁记忆技术预测疲劳裂纹萌生前铁磁材料的损伤程度尚需进一步探索。     

铁磁构件的缺口角度对磁记忆信号的影响研究

为研究静载拉伸载荷下铁磁构件磁记忆信号分布规律,对不同缺口角度的20钢试件进行外加载荷的拉伸试验,检测构件表面漏磁场法向分量Hp(y)值大小.试验结果表明:处于不同变形阶段的不同缺口角度的铁磁构件,磁记忆信号法向分量Hp(y)分布曲线表现出不同的非线性程度与幅值大小;随着构件缺口角度的增大,Hp(y)幅值也随着增大.分析试验结果可知,通过磁记忆分布曲线的特征可大致判断受力试件所在的变形阶段.     

疲劳试验下应力集中与磁信号的关系

选用机械制造业广泛使用的优质合金钢40Cr试件,对其进行高周疲劳试验,研究疲劳试验过程中磁信号的特征值与应力集中位置及应力集中程度的关系,引入李萨如图分析法将磁信号法向、切向分量联合绘制二维检测曲线,探讨李萨如图面积与试件的疲劳损伤状态之间存在的关系。结果表明:利用微分后的梯度值突变特征,可准确确定试件疲劳加载引起的应力集中部位;磁信号在初始加载条件下会出现很大变化,随着疲劳循环次数的增加,磁信号变化缓慢,当试件进入裂纹萌生阶段时,磁信号显著增加;李萨如图面积与试件的疲劳损伤状态之间存在良好的对应关系。结果可望为磁记忆二维检测定量分析提供可靠的试验依据。     

液化石油气储罐焊疤表面裂纹的磁记忆信号研究

采用磁记忆检测发现液化石油气储罐焊疤部位存在较强的磁记忆信号。通过对储罐进行0～4．0MPa的加载试验，研究磁记忆信号的幅度和梯度随载荷的变化。最后采用磁粉探伤复验发现磁记忆信号部位存在大量3-5mm长的焊疤表面裂纹。试验结果表明，在0～2．0MPa的加压过程中，磁记忆信号的幅度和梯度均逐渐增大，到2．0MPa时达到峰值，在2．0～4．0MPa的加载过程中迅速下降，在此期间采用声发射监测，发现了七个声发射信号，证明该部位应力产生了迅速释放。由此证明磁记忆信号的幅度和梯度既与材料所处的整体应力有关，也与该部位的局部应力集中度有关。     

基于金属磁记忆评价裂纹埋深对激光熔覆层应力的影响

利用金属磁记忆技术对裂纹/应力交互影响的Fe314合金激光熔覆层应力状态进行了评价.基于"当量法",通过机加工方法在Fe314合金激光熔覆层中加工宽度恒定,埋深分别为2.5,3.0,3.5和4.0 mm的规则矩形槽模拟不同埋深的裂纹,研究了裂纹埋深对Fe314合金激光熔覆层磁场强度法向分量H_p(y)的影响规律.利用SEM对Fe314合金激光熔覆层微观组织进行观察,结合其微观组织特征分析了对H_p(y)的影响.结合压磁理论,澄清了金属磁记忆评价裂纹/应力交互作用下Fe314合金激光熔覆层应力状态的机理,获得裂纹埋深、载荷及H_p(y)梯度变化值K间关系.结果表明,随载荷增大,磁畴的有序转变导致H_p(y)曲线以过0点为中心呈顺时针转动,H_p(y)曲线斜率与幅值逐渐变大,裂纹处K逐渐变大;各向异性组织及层间界面引起应力集中,从而导致H_p(y)曲线波动明显;载荷相同时,裂纹处K随裂纹埋深增大呈二次多项式规律减小;裂纹埋深相同时,裂纹处K随载荷增大而增大;裂纹埋深越小,载荷对裂纹处K影响越明显.裂纹埋深大于3.0 mm时,Fe314合金激光熔覆层变形能力弱于45钢变形能力从而导致裂纹处K随载荷增大的速率较慢.     

无缝钢轨静态拉伸的漏磁效应试验研究

基于金属磁记忆检测方法,用实验室静态拉伸模拟无缝钢轨的缺陷的产生,利用EMS-2000金属磁记忆诊断仪对PD3无缝钢轨进行漏磁效应研究,获得PD3无缝钢轨在不同载荷下表面漏磁场强度法向分量Hp(y)和其梯度值K的分布情况。研究发现,随着载荷的增加,试样测量线上磁场强度及其梯度值呈规律性的变化。Hp(y)过零点与梯度K的极值点能够较好地表征样品应力集中位置的特征,Hp(y)幅值和梯度K的变化能反映样品应力集中程度。该试验表明金属磁记忆检测技术可以有效地应用于无缝钢轨应力集中位置和程度的判断。     

Q235钢短裂纹扩展的力-磁耦合模拟

为了研究Q235钢短裂纹扩展过程中磁信号的变化规律,从能量守恒角度建立了力-磁耦合模型,用有限元方法求解出表面短裂纹不同方向扩展引起的应力分布和磁感应强度,分析拉伸载荷下早期短裂纹扩展对表面空间磁信号的影响。结果表明:随着拉应力的增加,磁感应强度线性增大;短裂纹形成的磁异常表现为磁感应强度出现峰值,磁异常峰值随短裂纹长度和宽度的增加呈先增大后减小的趋势,随深度的增加逐渐增大;短裂纹沿长度、宽度、深度3个不同方向扩展均会影响磁异常峰值,其中深度变化对磁信号的影响最大。可通过测量表面磁感应强度来判别Q235钢的早期损伤,数值模拟为磁法检测在Q235钢及相似材料特性构件的短裂纹扩展问题中的应用提供了理论依据。     

承压构件缺陷磁记忆检测信号的量化分析

将金属磁记忆检测技术应用于含埋藏缺陷承压构件的检测中,将承压构件简化为平板结构,对平板试件进行单向拉伸的有限元模拟试验,分析了不同裂纹尺寸和载荷对检测信号的影响以及构件焊缝缺陷磁记忆信号的变化规律,得到了磁记忆信号特征参数与缺陷的关系。结合磁记忆检测试验,对磁记忆信号特征参数与缺陷参数、加载结果进行了量化分析。试验结果表明,磁记忆信号可以对承压构件缺陷进行有效表征,并可以对裂纹扩展趋势进行预测。研究为金属磁记忆检测技术在承压构件检测中的应用提供了理论支持。     

金属磁记忆缺陷特征信号的研究

以45号冷轧钢为研究对象,对三种不同缺陷类型的平板进行了拉伸试验,提取了平板试样每条检测线上随着拉应力的增大过程中的磁记忆信号,获得了缺陷特征信号,并进行了对比分析。结果表明,缺陷异变磁记忆信号的变化可以反映载荷作用的历史和试件的应力和变形情况。     

Study on magnetic memory signals of medium carbon steel specimens with surface crack precut during loading process

Static tensile test and tensile-tensile fatigue test of medium carbon steel sheet specimens with surface crack precut were performed on MTS810 hydraulic testing machine to clear the meaning of the point of Hp( y ) value zero. Magnetic memory signals were measured during the test process. The results show that only one point of Hp( y ) zero value exists in all measured magnetic signal curves during the loading process, which should be a sign of intersection of positive-negative magnetic poles after magnetic ordered state appears and does not indicate the position of surface crack precut. The analysis shows that the surface crack precut can not interrupt the magnetic ordered state occurred during the test completely, hence its Hp( y ) value is not zero. However, the crack extending to a penetrated defect at the instant of specimen's fracture leads to the discontinuance of magnetic ordered state.     

法向漏磁通随外磁化场和矩形槽尺寸的变化

用磁偶极子模型讨论法向漏磁通随外磁化场和矩形槽尺寸的变化.法向漏磁通的蜂-峰值随外磁化场强度或有效磁感应强度的变化有相似的趋势;法向漏磁通的峰-峰值随矩形槽深度的变化受铁磁材料磁化状态影响;在不同的提离高度时,法向漏磁通的峰-峰值随矩形槽宽度的变化趋势不同;法向漏磁通的峰-峰间隔受提离高度以及矩形槽深度和宽度影响,提离高度＞1mm时,法向漏磁通的峰-峰间隔随提离高度线性增加,矩形槽宽度的影响已不明显.     

方波加载对20CrMo钢焊缝疲劳裂纹扩展的影响

利用拉-拉疲劳法和金属磁记忆检测法研究了20CrMo钢焊缝在方波加载方式下疲劳裂纹扩展与自发射磁信号的相关性,用扫描电镜对疲劳断口特征进行了研究.结果表明,裂纹到达焊缝中心前,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号也随着增加,疲劳裂纹扩展速率先增加后减小,当裂纹越过焊缝后,随着疲劳寿命的增加,焊缝处的自发射磁信号开始减小,疲劳裂纹的扩展速率却迅速增加.在焊接接头的不同区域,疲劳裂纹扩展速率也不相同,其中热影响区扩展速度较快,而在其它区域扩展速率相对较慢.断口扫描分析表明方波加载方式下的疲劳断口为类解理断裂.     

铝合金疲劳裂纹扩展声发射监测

采用声发射(acoustic emission,AE)技术对7N01铝合金单边缺口三点弯曲试样不同应力比、不同峰值载荷下疲劳裂纹扩展过程中声发射信号进行了监测,建立了裂纹扩展速率、声发射计数(count)与应力强度因子之间的关系.结果表明,大部分的声发射信号主要产生于疲劳循环载荷的低应力阶段,这主要是低应力阶段的声发射活动主要与裂纹尖端的塑性变形和裂纹闭合现象有关,声发射计数与应力强度因子之间呈指数增长的关系.基于所建立的声发射计数率与裂纹扩展速率的关系,可以预测疲劳损伤结构的剩余寿命.     

Research on methods of defect classification based on metal magnetic memory

Metal magnetic memory (MMM) technique can evaluate early damages of ferromagnets and search possible defect locations, while just classifies the defect types roughly. To promote study in this area, the magnetic gradient tensor (MGT) of the self-magnetic leakage field (SMLF) on the fracture zone of crack and stress concentration was measured using a tri-axis magnetometer. From measured results, both the plane and the vertical characteristics of SMLF distributions were discussed. To remove the influence of the measuring direction on experimental results, a new parameter of the analytical signal of magnetic gradient tensor (AMGT) was introduced to determine the location and boundary of the defect. Then, the vertical features were acquired by measuring the plane distributions of AMGT under different lift offs. Through analyzing the vertical features, it was concluded that change rule of the maximum AMGT can be used to predict the defect type. At last, the explanation of the relationship between the vertical feature and the defect type was discussed, which can give some useful inspirations to researchers on magnetic leakage field testing.     

Magnetic flux leakage by adjacent parallel surface slots

This paper clarifies the relation between the magnetic flux leakage signals caused by two adjacent parallel slots on a metal surface and the distance between the two. The depth of smaller slot can be evaluated by considering an effect that the amplitude of leakage flux decreases as the depth ratio of two slots and the slot-to-slot distance increase. A new method is proposed as an alternative to analysing the waveform: it is based on the analysis of locus of the vector consisting of tangential and normal components of the magnetic flux leakage signals.     

20钢焊接缺陷磁记忆信号分析

对含有焊接缺陷的试块进行磁记忆检测,研究了金属磁记忆检测技术对裂纹、气孔、未焊透、未熔合、夹渣缺陷的检出能力,对裂纹、气孔、未焊透、未熔合、夹渣区域的磁场强度梯度平均值H_ave、最大值H_max、磁场强度梯度曲线围成的面积S(H)、磁场强度梯度平均值K_ave、最大值K_max、磁场强度梯度曲线围成的面积S(K)进行计算,并与无缺陷区域的参数进行对比分析.结果表明,焊缝中裂纹、气孔、未焊透、未熔合、夹渣区域的K_ave,K_max,S(K)明显区别于无缺陷区域,可以准确判定焊接缺陷位置;焊接缺陷和焊接残余应力虽然都会导致磁记忆信号的变化,但是二者具有本质不同.     

金属材料拉伸损伤的磁记忆表征

研究了18CrNi4A平板试样在不同拉仲载荷水平下磁记忆信号的变化规律,探讨磁记忆信号及其梯度的绝对值k与应力水平、应力集中程度间的定量关系。结果表明,利用各加载载荷下磁记忆信号减去未加载时磁记忆信号后的曲线过零点,以及Hp（y）曲线梯度的kmax位置,均可对试件应力集中位置进行有效判定,且梯度k与应力大小呈阶梯增长关系;在检测路径上,信号呈线性关系,随着拉伸应力的变大,直线的斜率在损伤各阶段呈先缓慢增加随后指数增长直至屈服,随后曲线斜率下降,直到断裂后磁信号发生激变规律性变化。     

基于小波包能量谱的磁记忆检测方法

提出磁记忆信号的小波包能量谱分析方法,以小波包变换理论为基础,通过对有中心小孔缺陷的45号钢和18CrNi4A试样进行拉伸试验,采集不同载荷下试样表面的磁记忆信号。用sym6小波对所得信号进行小波包能量谱特征分析。该方法可有效判断试样的应力集中部位及应力集中程度。