金属磁记忆检测技术的现状与发展

金属磁记忆检测是目前无损检测领域的最新技术，适用于铁磁性金属构件失效的早期诊断，在疲劳强度和寿命评估研究中极具潜力。介绍了金属磁记忆效应的概念及国内外磁记忆检测技术的现状，分析了磁记忆检测技术的特点和发展趋势，总结了目前磁记忆检测领域的研究进展。     

45钢中心裂纹试件疲劳损伤的磁记忆检测技术研究

介绍可早期检测铁磁试件应力集中状况和疲劳损伤程度的无损检测金属磁记忆方法,通过对45钢中心裂纹试样进行拉伸疲劳试验,测定了磁信号特征参量随循环次数N的变化关系,研究了磁信号特征参量在疲劳裂纹扩展过程中的变化规律,分析了以磁记忆特征参量评价试件疲劳损伤程度的可行性。以磁性特征参量为基础,定义并建立了新的疲劳损伤参量模型,以新定义的损伤参量来表示试件的损伤程度更加清晰,具有更好的可操作性。     

面向再制造的510L钢疲劳裂纹扩展磁记忆检测

为探索磁记忆信号在铁磁性材料裂纹扩展过程中的变化规律,以510L钢为研究对象,采集裂纹扩展过程不同区域的磁记忆信号,计算裂纹尖端的应力强度因子,分析疲劳断口形貌,探讨金属磁记忆方法对铁磁材料疲劳损伤与裂纹扩展检测的可行性,并建立裂纹尖端磁记忆信号梯度Kmax值和应力强度因子KI之间的关系。结果表明:M(T)试样宏观切口处的磁记忆信号特征量比裂纹尖端应力集中处的磁记忆信号特征量明显;梯度Kmax值和应力强度因子KI在疲劳循环累积下均呈指数形式增加,从断裂力学角度说明Kmax反映疲劳累积损伤的可行性;磁记忆信号特征量ΔHp(y)及Kmax可以反映经过不同服役期的510L钢损伤情况,为再制造修复和加工提供依据。     

金属磁记忆检测技术研究综述

金属磁记忆(MMM)是一种新兴的无损检测技术,具有在弱磁条件下表征铁磁材料裂纹和应力损伤的显著优势,从而评估构件的可用性。总结了过去十年金属磁记忆领域的研究进展,涵盖了磁机械效应机理、实验研究、损伤评估和影响因素。通过对磁/应力耦合效应的理论研究、影响检测信号的因素、损伤状态的判断标准和缺陷识别等方面的综合分析,总结了金属磁记忆技术的优点和关键问题。另外,总结并展望了未来应重点关注探索铁磁领域的微观尺度、发展磁机械耦合模型等,以拓展金属磁记忆测试在工程领域的实际应用。     

新型金属无损检测技术及其应用

对金属磁记忆检测技术从原理、技术指标、系统软件、优点以及现场应用等方面进行了介绍，为其在管道行业的开发应用提供了技术依据。     

金属管道裂纹的磁记忆检测研究

提出采用裂纹区的应力场和应力-磁场理论来解释磁记忆检测原理,并通过采用磁偶极子模型来实现裂纹长度的定量化研究;对各种不同管道裂纹进行磁记忆检测,再对其磁记忆信号特征进行分析、研究。检测分析结果表明:裂纹尖端处应力集中且磁场出现最大值,磁场强度的法向分量也达最大值;而在裂纹中部附近,磁场强度的切向分量出现最大值,法向分量具有过零点特征。裂纹长度与磁记忆切向分量信号梯度峰值之间的距离和法向分量信号的波峰和波谷之间的距离近似成正比例关系。根据这一现象,给出了一个具有较好计算精度的确定裂纹长度的计算表达式,并用实验结果进行了验证。     

电站铁磁构件的磁记忆检测

介绍了一种对铁磁构件进行早期诊断的无损检测新技术，分析了铁磁构件在有、无外应力情况下的能量变化，应用带磁偶极子模型等效受力构件的磁畴定向排列，计算得出了构件应力集中区的漏磁场分布。并以电站锅炉管座角焊缝为例，在对其残余应力进行了有限元分析的基础上，作了磁记忆检测。理论分析与试验结果表明，磁记忆检测技术适用于电站锅炉及压力容器管道的检测，可望在实际工程中得到推广应用。     

焊接裂纹金属磁记忆信号特征研究的进展

反映焊接裂纹的金属磁记忆信号特征包括信号过零点位置、小波分析能量极大值点位置、傅立叶分析相位突变位置、区域信号的最大值与最小值差值、信号在检测方向上的梯度、信号在检测方向垂直方向上的梯度。以上6个信号特征通过金属磁记忆信号特征判断焊接裂纹的方法。可以描述焊接裂纹时的作用以及相互之间的关系。研究表明:过零点特征和小波分析极大值点位置特征是不可靠的,用其他4个特征来判断焊接裂纹得到的结论很可靠。未来需要建立用这4个特征来判断焊接裂纹的系统。     

基于金属磁记忆的宏观焊接裂纹识别方法

为研究焊接裂纹和其他缺口效应造成的应力集中对金属磁记忆信号的不同影响,利用小波分解的方法提取金属磁记忆信号的细节部分,对细节部分做离散Fourier变换后得到其幅值,该幅值是被测材料应力集中程度的一种反映。研究表明,通过反映应力集中水平的金属磁记忆信号特征,可以实现焊接裂纹金属磁记忆检测信号的自动识别及焊接裂纹的检测。     

面向再制造的中心裂纹扩展磁记忆试验研究

为了研究铁磁材料裂纹扩展过程磁记忆信号变化规律,探索零件再制造修复的最佳时间点,对预制中心裂纹的Q235钢M(T)试件进行疲劳裂纹扩展试验,比较不同检测线上的磁信号法向分量H_p(y)和切向分量H_p(x)随循环周次的变化情况。结果表明:切口处的H_p(y)过零且出现波峰波谷,而H_p(x)在切口处仅呈现波谷形状;提取磁信号法向分量最大梯度值K_(max)和切向分量波谷值ΔH_p(x),发现特征值大小从切口中心往外随着应力集中程度的减小而减小;此外各检测线上的特征值K_(max)和ΔH_p(x)都在6.5万循环周次时迅速增大产生突变,说明切口处的裂纹已由萌生阶段进入到扩展阶段,而此时正是再制造修复的最佳时间点。     

磁粉探伤技术在流动式起重机疲劳裂纹检测中的应用

通过应用磁粉探伤技术对在役轮胎起重机进行检测发现主臂根部存在疲劳裂纹的实例,对设备主要构件受力特点及缺陷形成机理和特点等作出分析,探讨了磁粉探伤工艺的目的和应用特点,指出在流动式起重机和其他类似臂架类起重机械中应用无损检测技术的必要性、应用前景和重要意义。     

金属磁记忆检测在钻具评价中的应用

在钻井过程中,钻具在井下承受着复杂的交变应力的作用,经过一段时间的使用后则会产生破坏,这给钻井生产带来巨大的经济损失.因此开展钻具适用性评价方法研究不仅具有理论意义,而且有重大的实际意义.本文主要讨论的是利用无损检测技术,提出一种适合于钻井现场使用的钻具适用性评价方法,用以评价在役钻具的使用状况,检测出不能继续使用的钻具,从而有效避免井下钻具事故的发生.为此本文将磁记忆检测用于钻具的失效分析,通过理论推导与现场实验建立了钻具磁记忆检测信号与应力集中系数的实验关系.利用R.E.Peterson提出的疲劳缺口系数公式对钻具的无损评价进行了初步尝试,现场实验表明该方法对钻具的评价具有指导意义.     

Application of metal magnetic memory test in failure analysis and safety evaluation of vessels

Metal magnetic memory test (MMMT), which is a new subject in the field of nondestructive examination, can determine regions of stress concentration by testing the distribution of the magnetic field of metal structures so as to effectively diagnose premature defects. MMMT and other test methods are applied in the study to put a propylene purifier of a temperature-jump accident and a leaked ammonia vessel through safety evaluation. Results are as follows: The margin of safety declines after the purifier is overburnt; several stress concentrations are observed within the overburnt area and the level of stress concentration rises after one-month operation; and overpressure operation of the purifier must be strictly avoided and carefully monitored during later operation. Cracks are observed on the ammonia vessel after one year’s service. Extremely high residual stress is the primary cause of cracks. After four years in service, the residual stresses existing in the area of the base metal and weld zone are still greater than 0.5 σ _S, which results in numerous cracks due to stress corrosion. From the MMMT result of the ammonia vessel’s defects, it can be seen that the derivative of magnetic density (dH _p /dx) is an important reference variable. Within the 31 leakage points, the one whose values of dH _p /dx are above 10 occupy 67.7%, and the ones above 8 share 96.8%.     

基于金属磁记忆信号垂向特征分析的损伤状态识别

金属磁记忆是一种可对铁磁材料早期微观损伤进行有效诊断的无损检测技术。为消除磁记忆信号不确定影响因素,提高损伤状态识别的准确率,引入了磁梯度张量和磁场垂向特征分析方法。首先,利用磁梯度张量测量方法获取磁场完整的变化信息,为克服检测方向选取对检测信号的影响,利用磁场不变特征量-总梯度模量来判断损伤及损伤区的边界位置;然后,通过测量不同高度下总梯度模量的平面分布,得到总梯度模量的垂向分布特征;最后,分析了不同损伤的边界处总梯度模量的垂向分布特征差异。理论分析和实验结果表明,在提离高度逐渐增大过程中,裂纹边界处的磁梯度张量振幅的衰减速度和幅度远大于应力集中作用的结果,根据磁记忆信号的垂向特征,可有效地识别损伤状态。     

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.     

拉伸变形过程中磁记忆效应及微观表征的试验研究

针对金属磁记忆技术在工程应用中磁信号的定量问题,从微观视角探索了宏观磁记忆信号与金相组织的关系。在Q235材料静载拉伸过程中不同变形阶段磁记忆信号特征分析的基础上,通过制备标准拉伸试样进行拉伸过程中磁记忆信号与微观金相组织的同期观测,研究了宏观上磁记忆信号特征和微观、细观层面上的金相表征之间的对应关系。结果表明：金属材料内部的磁场分布变化与应变变化有关,金属材料内部磁场信号随着变形不均匀而产生磁场分布不均匀的变化。     

基于金属磁记忆方法的压力容器检测技术

分析了压力容器的无损检测现状和磁记忆检测技术在该领域的应用前景，介绍了目前金属磁记忆方法在压力容器检测中的应用情况。以某公交车站的CNG储气瓶为检测对象进行了磁记忆检测分析，通过对检测结果的分析表明，金属磁记忆检测方法在压力容器无损检测方面具有独特优势和广阔的发展前景。     

特种钢的磁记忆检测研究

本文借助静载拉伸实验进行特种钢18CrNiWA试件的磁信号变化测试，验证了磁记忆检测技术用于该材料损伤检验的可行性。结果显示，弹塑性加载阶段试件磁信号差别显著，检测方式的不同对试件磁特性有明显影响，离线检测较在线检测实际效果更好。此外，对实验过程中磁场强度变化现象做了相应的解释。     

磁记忆信号定量分析的电子交换模型及性能

磁记忆法可以有效地判断铁磁性金属构件的应力损伤区域。但是,磁记忆自发漏磁信号形成机理和影响因素复杂,不同应力集中程度的磁记忆信号特征很难得到定量化分析,严重影响了该项技术的实际应用。根据电子自旋理论,建立了s-d轨道电子交换模型,计算了晶体屈服前后电子自旋态密度、原子磁矩、晶格尺寸的变化规律,进而定量分析磁记忆信号与应力集中程度的对应关系。研究结果表明,磁记忆信号与应力成一一对应的线性变化关系。晶体在屈服前,磁记忆效应主要由d轨道电子自旋作用决定,磁记忆信号与应力的对应关系具有很好的可重复性;晶体发生屈服后,电子自旋交换作用增强,d轨道电子自旋作用减弱,s轨道电子自旋作用增强,磁记忆信号变化幅度减小,磁记忆效应整体减弱。