X80管线钢不同缺陷类型的磁记忆检测试验研究

为探究X80管线钢不同缺陷类型的力磁耦合特性,设计了平板试件与穿孔、边缘切槽3种不同试件,通过金属磁记忆检测方法对X80管线钢试件不同缺陷类型的磁记忆信号特征进行了试验研究.采用材料试验机对试件导入不同程度的塑性损伤与应力集中,通过光学应变测量系统获取试件表面的实时应变情况,同时采用磁记忆检测仪对试件表面诱发磁场的法向分量与切向分量进行卸载离线检测.结果表明:随着塑性损伤程度的增加,无缺陷试件的磁记忆信号法向分量与切向分量从平缓趋向波动,但未出现明显的峰值;含穿孔与切槽试件磁记忆信号法向分量在缺陷处出现过零点与反对称双峰,切向分量出现单峰值,并且渐趋明显.初步探究了X80管线钢塑性损伤与磁记忆信号之间的关联性,为油气管道塑性损伤程度的无损定量评价奠定了基础.     

弯曲变形下Q235横梁的磁记忆特征

本研究对三点弯曲试验后的Q235横梁钢试件进行磁记忆信号检测,总结了弹性阶段内构件前后两次在脱离载荷后的法向、切向磁信号分布特征,分析了磁场与弹性应力之间的关系。结果表明:若试件内部存在明显的缺陷或应力集中,切向磁记忆信号H_p(x)有着很强的响应,并且其值会随着载荷的变化呈现一定的正相关性。对于弯曲受载的构件,脱离载荷后构件表面能够"记忆"之前所达到的某种应力状态,并且通过所记忆的磁场信号能够对试件表面存在的缺陷位置做出判断,即沿信号采集方向切向磁场H_p(x)在应力集中位置两侧呈现波峰和波谷状态,法向磁场H_p(y)在应力集中位置两侧磁场发生翻转。     

基于磁记忆的钢结构应力表征技术

通过对Q345B小孔缺陷试件及无缺陷试件施加轴向拉伸荷载,分析其表面的磁记忆信号,发现法向磁场强度可用来对试件的危险区域进行定位,弹性阶段磁记忆曲线近似斜直线,塑性阶段磁记忆曲线出现非线性变化。梯度曲线在应力集中处有最大值,且其峰值与试件工作应力有较强的指数关系,可利用梯度峰值表征构件所受的应力。     

磁场对铁磁试件力磁耦合关系的影响研究

为研究磁场对铁磁试件力磁信号分布规律的影响,对不同附加环境磁场下的45#钢试件进行静载拉伸试验,检测试件表面的磁记忆信号B的大小,并对试件在不同附加环境磁场下的力磁耦合关系进行分析讨论。试验结果表明:在磁场环境作用下B随应力增大而增大,在屈服点附近达到最大值,此后各点B值基本保持稳定;附加环境磁场并未改变力磁信号的变化规律,但可增加磁记忆信号的大小数值,且磁化状态变化量D随着附加环境磁场的增大而增大,当H为240 A/m时达到最大,随后开始减小;在塑性变形阶段,力磁信号表现为先减小后增大的磁化反转现象。故附加环境磁场不影响金属磁记忆技术的定性评价,但影响定量评价,因此可用磁记忆检测技术来判断铁磁试件的力磁耦合特征,对金属磁记忆定量检测的进一步研究具有重要意义。     

不同初始磁状态U75V钢变形阶段的磁记忆参数表征

通过对经退磁处理和未消磁的U75V钢光滑试件进行静载拉伸试验研究了初始磁状态对试件表面磁信号的影响。结果表明:消磁试件长度范围内的表面磁场在弹性阶段呈现很好的线性分布。进入塑性后,切向磁场出现局部弯曲。利用切向磁场均值和法向磁场斜率变化可以区分弹塑性阶段以及确定弹性阶段的应力幅值;未消磁试件随着载荷增加其表面磁场波动幅度减小,由初始无规律分布逐渐转向磁有序状态。利用未消磁试件长度范围外的磁记忆信号曲线的磁场均值及斜率变化可以有效表征不同的变形阶段。     

外加磁场对Q235钢力磁效应影响试验研究

为研究外加磁场对铁磁材料力磁效应的影响,制作通不同大小直流电的螺旋管作为外加磁场,对带有圆孔缺陷的Q235钢试件进行干扰的静载拉伸试验。结果表明:在地磁场环境中,经去应力退火的试件在没有施加载荷时,初始磁感应强度值趋近于0,磁记忆信号曲线近似水平直线;在施加载荷时,法向磁信号和切向磁信号曲线均发生波动,产生非线性变化;在一定外加磁场范围内,在外加磁场方向和地磁场方向存在差异时,外加磁场与磁记忆信号具有不同的相关性,同向外加磁场越大时,应力集中区磁记忆信号愈加明显;外加磁场的大小不改变其法向和切向磁记忆信号曲线变化规律,但影响其磁感应强度B值和斜率K值的大小,并且对在弹性阶段和塑性阶段法向和切向磁记忆信号的影响也存在差异性。     

一种多提离值的金属磁记忆检测方法

金属磁记忆检测技术是一种新型的无损检测技术,它利用金属的磁记忆效应来确定构件的缺陷区域.检测中由于一些构件表面感应磁场信号不平滑,存在与缺陷信号相似的磁场特征和梯度表现,容易造成漏判或误判.为了区分这两种信号,通过建立磁偶极子模型,分析了缺陷在材料表面或近表面的情况下检测提离值对磁信号的影响,发现在提离值改变时感应磁场和缺陷漏磁场存在不同的表现.根据这一现象,提出多提离值检测方法进行精确定位.通过对钢板进行实验验证了该方法的有效性.     

环境磁场对磁记忆检测信号的影响研究

针对磁记忆检测中环境磁场对检测信号影响问题,首先详细分析试件放置方向变化时,不同类型损伤区域的磁场变化情况。然后根据磁记忆检测信号组成,研究环境磁场对磁记忆检测信号的影响机理。最后得出环境磁场对磁记忆检测信号的影响是环境磁场、被测试件自身磁化状态以及试件材料的磁特性共同作用的结果。当被测试件放置方向不同时,测得的磁场信号不是简单地在幅值上整体漂移,整体形貌上也可能会发生一定变化。在工程检测过程中,被测试件的放置方向应尽量保持不变。     

拉伸载荷作用下中碳钢磁记忆信号的机理

测量了中碳钢试件表面各点的磁记忆信号，并观察断口的组织，研究了外载荷对磁记忆信号的影响和金属磁记忆的微观机理．结果表明：在弹性变形阶段内，随着载荷的增加中碳钢试件表面各点磁信号值由初始无规律分布逐渐向磁有序状态转变；进入塑性变形阶段后，位错对磁畴运动的钉扎使磁有序转变过程停止，磁信号几乎不再随载荷而变化．对于在弹性和塑性加载范围内卸载的两个试件，表面磁信号均具有不同程度的时效现象，试件的断口呈现韧窝及准解理混合断裂形式．     

循环应力对磁记忆效应影响的试验研究

为揭示循环应力对磁记忆效应影响的宏微观机制,基于拉-拉疲劳试验,采用TSC-2M-8应力集中磁检测仪研究了低碳钢缺口试件在不同循环周次下的磁记忆信号变化,提取了切向磁信号的多尺度模糊熵特征信息。基于粉纹法,采用自配的Fe_3O_4磁流体对试件表面固定区域进行了磁畴原位观察,得到不同疲劳周次下的磁畴形貌。研究结果表明:宏观磁信号将整个疲劳过程划分为早期的快速变化、中间阶段的趋于稳定、后期的迅速增大等三个阶段,利用多尺度模糊熵指标可以实现疲劳损伤的定量评价;试件在未受循环应力作用时表面的磁畴结构排列无序,加载后随疲劳循环的进行大部分磁畴形貌发生变化;试件表面漏磁场是循环应力引起内部磁畴结构变化的外在反映,二者具有一致性。     

受扭轴类零件磁记忆信号的初步研究

金属磁记忆检测技术是通过测试构件在外载荷作用过程中形成的表面微弱磁场的变化来监测其损伤状态的。利用该技术，研究了受扭磁性轴类构件的磁记忆检测信号特征，并探讨了磁场环境对构件在扭矩作用下磁记忆信号的影响。结果表明，磁记忆检测信号与构件的损伤状态之间具有明显的相关性，磁场环境对改善金属磁记忆检测效果具有较好的作用。     

铁磁试件缺口种类对磁记忆信号的影响研究

为研究铁磁试件不同缺口对磁记忆信号的影响,利用ANSYS有限元仿真软件,结合力磁耦合模型,在拉应力和地磁场的共同作用下对3种不同缺口的20#钢板进行仿真,分别提取磁记忆信号切向分量和法向分量。仿真结果表明：在地磁场作用下,随着拉应力的增大,3种试件在各自缺口处均出现应力集中现象,在拉应力大于120 MPa后应力集中现象愈发明显。受到同样大小的拉应力时,V形缺口试件倾向于裂纹的扩展,而U形缺口试件倾向于裂纹的形成,U形缺口的应力集中范围更大,因此双关联缺口试件在U形缺口处更易断裂。双关联缺口试件磁记忆信号法向分量约为检测路径上两个缺口处磁记忆信号值的叠加之和,故试件被近似磁化成一个磁铁。双关联缺口试件检测路径中间点的磁记忆信号切向分量并没有极值,因此用其判断双关联缺口试件的应力集中区不再适用。缺口试件在弹性阶段,磁记忆信号随拉应力变化幅度较小;缺口试件在塑性阶段,磁记忆信号值随拉应力变化幅度较大。因此可以利用试件弹、塑性阶段磁记忆信号变化,对工程试件的缺陷损伤进行早期识别。     

铁磁性材料的力磁效应机理探讨与实验研究

基于sablik-jiles-atherton模型和材料的自发磁化规律,在理论上探讨了更为简洁的力磁关系模型,分析了铁磁性材料在外应力和地磁场作用下的漏磁测量机理,获得了试件表面漏磁场信号切向最大、法向过零的特点.结合试件的弹塑性分析,得到在出现应力集中的缺陷位置漏磁信号变化剧烈,即梯度突然变大.利用Q235A钢材为实例,测量了试件在不同应力状态下的漏磁信号,得出在弹性范围内漏磁信号随拉力增大而增大,实验结果与理论有较好的符合,该工作为深入探讨铁磁性材料的力磁关系奠定了一定的理论基础,为检测铁磁试件的潜在缺陷提供了实验依据.     

疲劳裂纹扩展的金属磁记忆信号特征

通过对Q235B钢缺口试件的方波载荷拉-拉疲劳试验,在不同循环次数下利用磁记忆检测仪在线测量试件表面的磁记忆信号。结果表明:未经处理试样沿缺口处的磁记忆信号在疲劳初始阶段随机分布;循环加载5000次后,磁记忆信号曲线转变为具有一个波峰-波谷的曲线波形;在循环稳定阶段,磁记忆信号曲线趋于稳定;宏观裂纹出现时,磁记忆信号曲线波形发散;最后阶段,磁记忆信号逐渐增强;磁机械效应能较好地解释循环初始阶段磁记忆信号变化规律。     

金属磁记忆技术检测低碳钢静载拉伸破坏的实验研究

为探索磁记忆现象的物理机制,在地磁场环境中,静载拉伸低碳钢板状试件.对应试件加载前、静载拉伸过程中不同的载荷水平以及断裂后等不同阶段,分别采用EMS-2003磁记忆诊断仪检测试样表面磁场强度垂直分量信号的变化.结果发现,加载前各试件初始磁状态对试件断裂后信号有影响.试件拉伸过程中塑性变形阶段内磁信号无较大数值变化,断裂后信号突变.拉伸过程中过零点漂移,最后集中在断口处.过零点对判定损伤破坏的铁磁构件危险区域具有一定意义.     

弹塑性变形阶段力磁效应的有限元模拟

金属磁记忆研究的是由铁磁材料内部应力和应变引起的材料磁性质的变化,而不同类型的形变(弹性和塑性)对材料磁化的影响机制各不相同.本文利用线性强化弹塑性模型,结合材料不同变形阶段对材料磁化影响的物理模型,提出了贯穿所有变形阶段的力磁耦合模型.为了研究不同变形阶段金属磁记忆检测信号的变化,基于上述模型利用ANSYS有限元分析软件,对不同应力载荷下铁磁材料试件表面漏磁场的分布进行了模拟研究.模拟结果表明,弹性变形对金属磁记忆信号的影响并不明显,而小的塑性形变会使磁信号发生锐变.     

封面图片说明

金属磁记忆(MMM)检测技术在埋地管道缺陷的非开挖检测和早期损伤诊断方面极具应用潜力。在本期刊载的论文"X80管线钢不同变形状态的磁记忆检测试验研究"中,西南石油大学机电工程学院杨晓惠博士等人,通过X80管线钢静载拉伸试验,分析了在弹塑性变形状态下试件表面的磁记忆信号变化规律,并利用改进的J-A磁机械模型合理解释了磁信号的反转变化。     

基于金属磁记忆的热采湿蒸汽发生器炉管缺陷早期检测

对湿蒸汽发生器20G炉管进行了拉伸静载荷实验、疲劳实验及磁记忆信号采集,通过对采集到的磁记忆信号进行分析,得到了20G炉管在不同加载阶段和不同疲劳周期的磁记忆信号变化规律以及金属磁记忆技术定量评估早期缺陷的方法,并应用于油田现场炉管检测.结果表明:金属磁记忆法可以准确表征被测工件的应力集中区;当20G炉管磁场梯度值K大...     

碳素钢在不同应力作用下的漏磁场分布特征

选取45#钢平板缺口试样进行拉伸实验,在线测量各组试样在不同拉伸载荷时的试样表面漏磁场分布;同时利用ANSYS有限元分析软件对各组试样在不同拉伸载荷下的应力分布进行有限元分析,并提取应力分布结果.分析了试样表面漏磁场分布与应力分布之间的关系以及应力对磁记忆信号的影响;在磁记忆特征值提取方面,利用传统的磁场梯度K值可以有效检验应力集中部位,同时本文提出一种新的基于磁记忆信号能量的检测特征值,实验证明可以通过此特征值对试样的安全性做出检测及评估.     

管线钢半穿孔损伤的金属磁记忆检测研究

油气运输管道出现穿孔、裂纹及塑性变形等机械损伤后易导致安全隐患并造成重大事故。该文采用金属磁记忆法对半穿孔损伤的X80管线钢试件进行检测分析,通过金属磁记忆微量磁场检测系统测量机械损伤诱发磁场的法向分量信号,并采用ARAMIS三维光学全场动态应变测量系统实时获取试件表面应变分布。根据结果得出两者之间的非线性关系,并验证金属磁记忆法检测管线钢半穿孔机械损伤的可行性,为X80管线钢构件或输运管道的定量无损评估提供基础依据。