用金属磁记忆方法检测应力分布

金属磁记忆检测技术是无损检测领域的一门新兴学科，简要介绍了磁记忆的检测原理，并采用基于薄膜磁阻元件的一维弱磁测量系统对焊缝工件进行磁记忆检测，检测结果与盲目孔法应力分布检测结果有较好的一致性，表明磁记忆检测技术可应用于焊缝式应力分布检测。     

漏磁检测信号轴向分量和径向分量的选择

缺陷漏磁场的径向分量和轴向分量是漏磁检测中经常检测的物理量,两者之间如何选择,至今尚无定论。采用等效面偶极子模型分析了缺陷漏磁场的空间分布特点,解释了径向分量比轴向分量衰减更快的原因。结合有限元方法,研究了不同深度、宽度的二维矩形槽和不同倾角的梯形槽缺陷的漏磁场分布,分析了径向分量与轴向分量的变化特点,总结了缺陷参数变化时临界点的变化趋势。从探头设计的角度,考察了探头提离值以及缺陷参数对缺陷漏磁场信号轴向和径向分量幅值的影响,提出利用临界点作为检测分量的选取原则。     

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。     

基于磁畴聚合模型的磁记忆效应机理研究

研究了铁磁构件在受载时产生磁记忆效应的机理。结合试件的断裂机制和位错理论，分析了试件组织的微观变化。建立畴壁聚合模型，探讨了构件形成的有取向的宏观磁化。在应力集中区域或微观损伤区域建立带磁偶极子模型，计算试件表面的泄漏磁场。结果表明，畴壁聚合模型可以解释应力集中区域或微观损伤区域的磁场变化。     

FEM study on the influence of air gap and specimen thickness on the detectability of flaw in the yoke method

The yoke method is usually used as a magnetic testing method of welds. In this paper, we study the influences of the air gap between the magnetic pole and the specimen surface on the average magnetic flux density passing through the specimen, and the specimen thickness on the leakage magnetic flux density from a flaw using finite element method (FEM). When the air gap increases the average magnetic flux density at the center of the specimen length decreases. We can estimate the intensity of the magnetic field on the specimen surface by extrapolating the magnetic flux density in space to that at lift-off being zero. Moreover, the maximum leakage magnetic flux density from a flaw decreases with increase in the specimen thickness even if the average magnetic flux density passing through the specimen is the same.     

A new optical technique for detection of defects in ferromagnetic materials and components

In this paper, we present the details of a new optical technique to detect the defects present in a ferromagnetic material or component, using a ferrofluid emulsion. This new flux leakage probe consists of monodispersed ferrofluid confined between two thin transparent glass slides or in a cuvette and a white light source for illumination. By employing ferrofluid droplets of suitable size and surfactant concentration, one can qualitatively identify the region where the defect is located in the test specimen by visually observing a color change in the ferrofluid cell, in the vicinity of a crack or defect in the test specimen. The origin of this color change in the back scattering direction is due to Bragg scattering from the droplet chains, formed by the leaked magnetic flux in the presence of a defect. We discuss in detail the procedure, the merits and potential uses of this new technique for non-destructive testing and evaluation (NDT and E) applications.     

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.     

Stress induced magnetic field abnormality

Residual stresses in ferromagnetic material affect the direction and structure of domains and generate magnetic field abnormality on the surface.In the formation of stress induced magnetic field,the influence of geomagnetic field is unclear.Residual stress specimen was produced by tight matching of a round ring and a peg.The magnetic fields of contrast specimens,which were produced in geomagnetic field or in shielding geomagnetic field,were ingspected with 8mm lift-off.The results show that mean amplitude of magnetic field of the specimen produced in geomagnetic field is 0.85% larger than that of specimen produced in shielding geomagnetic field.So the formation of stress induced magnetic field abnormality above the surface of inspected ferromagnetic material geomagnetic field gives little contribution.     

基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

漏磁检测技术对钢板对接焊缝检测鲜有应用,根据铁磁性焊缝的特点,针对焊接结构中较敏感的裂纹缺陷,探讨应用漏磁法检测钢板对接焊缝裂纹缺陷。采用有限元数值模拟方法(FEM),建立了焊缝三维FEM模型;对比分析焊缝不同区域存在裂纹时漏磁场分布规律;建立不同焊缝余高包含相同尺寸裂纹的三维FEM模型,分析由于焊缝余高的存在对裂纹检出率的影响;研究在焊缝余高3 mm结构条件下,漏磁场磁感应强度分量峰值随裂纹深度的变化规律,得到漏磁场相关对比分析曲线。仿真结果表明:漏磁法适用于钢板对接焊缝缺陷的检测研究;焊缝余高越小,可获得更高的缺陷检出率;漏磁场磁感应强度分量峰值均随裂纹深度的增加呈递增趋势。     

漏磁二维检测的试验研究

传统的漏磁检测是经磁化后测量试样表面漏磁场的垂直分量再对拾取的信号量进行分析研究的方法,然而这种仅通过单一垂直分量特性来判定缺陷的方法易出现漏检、误判。针对该方法的不足,本研究采用了一种在测量漏磁场垂直分量的同时又提取并分析水平分量特性的二维检测方法,考虑到水平分量易受干扰信号影响,运用了矢量合成法提取水平分量,通过联合利用漏磁场的垂直分量存在过零点和水平分量具有最大值特性的方法来判断缺陷,并选取多种标准与自然试样进行试验研究。试验结果表明：采用漏磁二维检测可有效实施铁磁构件的缺陷检测,提高检测可靠性,可望有很好的实际工程应用前景。     

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。     

A fast method for rectangular crack sizes reconstruction in magnetic flux leakage testing

Magnetic flux leakage (MFL) testing is widely used to examine ferromagnetic materials. For the reason of estimating the sizes of cracks in metals is important in piping industries, a fast method based on particle swarm optimization algorithm is proposed for reconstructing the sizes of rectangular crack in this article. Considering the magnetic leakage field intensity is related to the air gap between the inspection specimen and the sensor, we give the reconstruction results in different lift-off values. Besides, the influence of different magnetic conditions to the reconstruction effectiveness has been investigated. The simulation results have shown the rapidity and accuracy of the proposed method.     

有限元方法在管道外漏磁检测中的应用

管道漏磁检测及其缺陷漏磁场的仿真技术研究具有十分重要的意义。在对各种漏磁场计算方法进行比较之后,选择了有限元法作为主要研究工具。叙述了漏磁检测的基本原理,介绍了漏磁管道检测装置的工作原理和基本结构,建立了管道漏磁检测中缺陷漏磁场计算的三维有限元模型,并以此为基础分别研究了缺陷漏磁信号特点、缺陷的几何尺寸与漏磁信号的关系、以及材料壁厚等对漏磁信号的影响等问题。通过对多磁化单元结构进行有限元模拟和试验仿真,发现多个磁化单元会造成磁场的叠加,磁化单元数量的增加会使缺陷处漏磁场增强,并且中间磁化单位的增加量要大于两侧。缺陷的几何尺寸影响漏磁场的分布,在一定缺陷直径范围内,缺陷深度与漏磁场信号强度呈近似线性关系。无论被测管道壁厚如何变化,相同几何参数的缺陷漏磁场轴向分量变化趋势仍然相同。适当选取提离值,将有助于获得良好的漏磁场信号。     

漏磁法无损检测中铁磁材料内部磁场分布的研究

铁磁材料内部磁场分布的计算是漏磁法无损检测的基本问题之一,首先利用磁荷理论计算漏磁通无损检测中常用的U形永磁体的磁场分布,利用尝试函数的方法建立了非均匀磁化条件下磁导率μ-H关系的数学模型,并与实验结果进行了比较,理论与实验结果符合得非常好,最后给出 材料内部的磁场分布的数学表达式。     

典型铁磁构件磁记忆效应的试验研究

研究了静拉伸试验时铁磁构件的金属磁记忆效应。以Q235钢为研究对象,于不同加载阶段对试件的表面漏磁场进行了实时测量。结果表明,应力集中对构件的磁特性有显著影响,在应力引起的小范围塑性变形区域存在有效的磁记忆信号,采用磁记忆方法对承载铁磁构件由应力集中造成的早期损伤进行检测是可行的。     

铁磁材料构件的应力分析和磁记忆检测

应用ANSYS软件对平板中心裂纹构件的应力状态进行有限元分析，不仅得出了符合J积分理论解的精度较高的分析结果，并且通过对加载构件表面漏磁场的测量，验证了应力集中与磁记忆效应之间的规律，进一步探讨了磁记忆检测在铁磁构件损伤预诊断中应用的可行性。     

金属磁记忆检测信号的二维谱熵特征

金属磁记忆检测技术是能够对焊接裂纹进行早期诊断的最具有潜力的无损检测方法之一.以X70管线钢为主要研究对象,研究了其拉伸条件下金属磁记忆检测信号的二维特征谱熵分布规律,通过支持向量机模型,可以实现幅值谱熵和重心频率确定点的位置的分类,结合检测实例,得到了对焊缝中应力集中状态的诊断方法.结果表明,通过磁记忆信号二维特征谱熵的分布可以诊断出材料内部的应力集中状态,从而为利用金属磁记忆检测技术对裂纹萌生状态的诊断提供了依据.     

金属磁记忆累积机理

金属磁记忆检测可以实现铁磁试件的早期诊断和应力评估,由于缺乏公认的解释机理和定量的手段,该技术尚未得到公认。通过对铁磁试件(Q235)进行循环加载,将金属磁记忆技术与巴克豪森法结合起来,进一步探讨金属磁记忆的产生和累积机理。研究表明,实际检测中,金属磁记忆信号波形不对称且峰值较大的一侧往往组织分布相对不均匀,循环加载后峰值变化更为明显。循环加载后磁场的分布变化,为研究和建立金属磁记忆信号与应力集中区的关系提供了依据。     

脉冲漏磁缺陷定位及腐蚀检测

提出了一种脉冲漏磁检测技术和超声测厚技术相结合的方法,应用于铁磁性材料的腐蚀缺陷检测系统中,可进行大面积、快速缺陷检测。设计了一套完整的脉冲漏磁检测系统,通过提取时域的有效特征值,实现了对缺陷的快速定位,因脉冲信号具有很宽的频谱,其感应信号更有利于反映缺陷的信息,并采用超声测厚仪对腐蚀缺陷的深度进行定量检测。通过试验表明了所采用方法的可行性和有效性,具有较大的应用价值。