铁磁材料磁记忆信号与切口宽度的相关性

为探索裂纹宽度与磁记忆信号之间的关系,以45CrNiMoVA钢为试验材料,对具有不同预置切口宽度的试件进行静载拉伸试验,并采用磁记忆检测仪检测试件表面的磁记忆信号,研究了不同外加载荷下试件表面磁记忆信号的变化,并对各预置切口位置处磁记忆信号梯度变化进行分析。结果表明:随着外加载荷的增加,试件表面磁记忆信号不断增强,矩形槽位置处磁记忆信号梯度变化加剧,磁记忆信号梯度值随外加载荷的增加而单调增大;外加载荷值相同时,磁记忆信号梯度随裂纹宽度先减小后增大,而非简单的线性关系。     

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。     

旋转弯曲疲劳件的法向磁信号分布

为对旋转弯曲疲劳过程中的磁记忆信号进行分析,从磁记忆的物理基础出发,把旋转弯曲疲劳试验件看成一个磁体,试件的疲劳破坏过程就是试件由一个磁体变成两个磁体的过程。指出在试件表面检测到的磁场是环境磁场、试件的磁感应磁场和漏磁场的叠加,并分析了沿试件轴向的法向磁信号的分布变化。最后通过旋转弯曲疲劳试验,验证了理论分析结果。理论分析和试验结果均显示,疲劳破坏前法向磁信号出现显著的异常特征,可用其进行疲劳损伤诊断。     

基于USB2I2C控制器的磁记忆检测系统开发及试验研究

本文基于三轴磁阻传感器HMC5983设计了磁记忆检测探头,研制了基于USB2I2C控制模块的二维金属磁记忆检测系统,以45钢为试验对象开展了金属磁记忆试验研究。通过分析磁记忆二维分量以及其微分分量合成的李萨如图大小,确定试件中存在应力集中的严重程度,试验结果表明:磁记忆二维检测不仅能够准确定位试件中应力集中的部位,而且能够从梯度变化角度对应力集中严重程度进行预判评估。     

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。     

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。     

弱磁激励下Q235钢的磁记忆检测

在不同弱磁场环境下对Q235钢平板试件进行静拉伸试验,利用TSC-1M-4磁检测仪原位测量试件表面的法向磁场,并分析磁场在拉伸过程中的变化规律。结果表明:强化弱磁激励可以减小干扰噪声的不利影响,改善检测效果。弱磁激励下,试件在弹性阶段出现应力磁化反转现象;塑性阶段保持磁化反转,磁场越过零点后沿反方向增大。并且,探讨了试件在弱磁激励下磁场梯度K与应力之间的相关性,为磁检测技术在铁磁材料损伤评估中的应用奠定了基础。     

不同载荷对无取向硅钢试件表面漏磁场的影响

利用电子拉伸试验设备和弱磁场测量系统,对受静拉伸载荷的试样表面漏磁场进行测量,研究了试件在弹性阶段、均匀变形阶段和非均匀变形阶段磁记忆信号随载荷大小不同的变化规律;最后,根据试验现象,结合晶粒滑移理论基础对静载荷下磁记忆检测的机理作了解释。试验和理论研究的结果表明:采用磁记忆方法对承载疲劳载荷铁磁构件由应力集中造成的早期损伤进行检测是可行的。     

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。     

基于磁记忆机理的焊缝疲劳累积损伤特征

通过20号钢焊接平板试件的拉-拉疲劳试验,研究了在单周期和多周期循环载荷下焊缝疲劳累积损伤的磁记忆信号特征。结果表明,由于试件内部初始状态下各处应力分布不均匀,焊缝原始磁信号表现为起伏较大;随着循环周次的增加,试件内部应力集中重新分布,信号趋于稳定;在周期累积循环试验中,磁记忆信号随着循环周次的增加出现螺旋上升的趋势,呈现出磁弹性效应变化特征;通过建立磁记忆信号与损伤度函数的模型,可根据磁记忆信号的变化准确判断裂纹扩展趋势,用于焊缝剩余寿命的预测。     

紧凑拉伸试样应力场仿真与磁记忆效应分析

利用ANSYS有限元仿真,对30CrMnSiNi2A钢二维预制裂纹的紧凑拉伸疲劳试样进行模拟分析。仿真得到了裂纹尖端附近的应力强度因子K和J积分值,及其应力场分布情况。发现两个积分值的曲线能较好地反映材料的受力情况。然后通过疲劳试验,测量了试件相应部位的磁记忆信号,得出的试验结果与仿真分析结论较为符合。有效地证明了磁记忆信号能较好地反映工件的应力分布状态,可为磁记忆检测的实际工程应用提供技术支撑。     

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。     

30CrMnSiNi2A钢疲劳损伤二维磁记忆检测的试验研究

选取不同厚度30CrMnSiNi2A平板缺口试样在0.7σs应力水平下进行低周疲劳试验,并实施磁记忆二维检测,研究不同厚度、不同循环周次下的磁记忆信号变化规律。研究结果表明:随着循环次数的增加,局部应力集中部位的磁记忆信号特征越来越明显,信号幅值也越来越大,并在裂纹失稳断裂前出现明显的法向分量过零而切向分量具有最大值的特征;法向分量和切向分量微分后合成的李萨如图形的封闭区域大小随循环周次呈现Logistic曲线变化,可定量分析构件疲劳损伤程度。该研究结果可为进一步进行磁记忆二维检测研究提供技术支撑。     

基于金属磁记忆法的焊接缺陷特征值提取

研究了磁记忆检测技术在焊缝检测中的应用情况。采集了有缺陷和无缺陷试件分别在无应力作用下和加载后的磁记忆信号,并进行对比分析。以小波包变换为理论基础,对磁记忆信号进行小波包分解和小波包能量谱特征分析。试验证明,采用磁记忆信号的能量集中位置来判断缺陷的区域是可行的。     

磁记忆检测力磁效应的有限元分析

本研究利用ANSYS软件建立了20钢小孔平板试样的三维有限元模型,结合力-磁耦合模型,利用间接法顺序耦合方式进行了金属磁记忆力磁效应的数值仿真,分析得出了带孔平板表面磁场强度法向分量出现过零点、切向分量出现峰值,当应力逐渐增大,这种现象越来越明显。本研究还对特征值磁场强度法向分量梯度K值与二维李萨如图作了分析,得出法向分量梯度K值和应力集中具有很强的相关性,二维李萨如图出现封闭区域,该区域的面积与应力大小并非简单的线性关系。     

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。     

风机塔筒早期损伤的磁记忆检测

等比例搭建风机塔筒加载试验平台,设计加载试验,对塔筒早期损伤进行了磁记忆检测,分析了载荷、检测角度和特征缺陷对磁记忆信号的影响。结果表明:可以通过磁记忆信号的切向分量、法向分量和法向分量的梯度值来综合判断应力集中区域;对缺陷进行检测时,选择扫查角度与塔筒成90°为最佳;刻槽的应力集中程度高于平底孔的应力集中程度,因此刻槽损伤对塔筒早期损伤的破坏更加明显。     

铁磁材料制造工艺对金属磁记忆信号的影响

在采用金属磁记忆信号对铁磁材料进行损伤评价时,为排除制造工艺引入的冗余干扰信号,本研究针对两种铁磁性特种钢,采用EMS2003型金属磁记忆仪检测了锻造、铣削、磨削加工及热处理工艺后试件表面磁记忆信号的变化,并比较了交流电退磁与热处理退磁不同的退磁效果.结果显示:各机加工工序将引入不同形式的外载荷,导致磁记忆信号呈无规律杂乱分布,磨削工序引入外加激励磁场,产生强烈的干扰信号.经过交流电退磁后,试件表面依然存在残余磁场,而采用超过铁磁材料居里点的高温热处理退磁可以获得纯净的磁记忆信号.这一结果可以为利用磁记忆信号对铁磁材料进行损伤评价提供基础实验依据.     

磁记忆检测技术对焊缝强度匹配检测研究

为快速准确检测钢材焊缝质量的力学性能,结合磁记忆检测机理,试验探索了磁记忆检测技术对焊缝质量强度匹配的检测方法。对不同材料焊接试件进行拉伸试验、磁信号测量和射线检测分析,研究了拉伸过程中磁记忆信号变化规律与焊件不同材料强度匹配之间的关系。结果表明,不同材料匹配的良好焊接构件具有不同的力学性能和磁记忆特征,匹配状况、力学性能和磁记忆信号特征具有内在的联系,其焊接强度和断裂位置与材料匹配状况有关。依据金属磁记忆检测技术的基本原理,以焊接强度为宏观特征,采用不同应力作用下的磁信号梯度信息和平均磁信号信息为检测参量,运用双参数信息融合技术,可以有效判断焊缝构件的强度匹配问题。