專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)方法，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬構(gòu)件由于裝配時(shí)存在初始預(yù)應(yīng)力以及長(zhǎng)期使用過(guò)程中累積的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致材料性能退化和結(jié)構(gòu)局部損傷，最終造成系統(tǒng)整體突然失效的事故時(shí)有發(fā)生。在石化工業(yè)中，大約70%以上的突發(fā)性事故是由于金屬構(gòu)件存在各種與預(yù)應(yīng)力相關(guān)的初始缺陷以及由此發(fā)展起來(lái)的疲勞損傷引起的。雖然理論上說(shuō)金屬材料的疲勞破壞過(guò)程一般包括三個(gè)基本階段初始損傷累積階段、宏觀裂紋形成階段和裂紋擴(kuò)展階段，但其實(shí)際服役壽命主要取決于第一階段，約占總壽命的80%以上。因此，從結(jié)構(gòu)安全角度來(lái)說(shuō)，必須對(duì)材料早期損傷、結(jié)構(gòu)性能退化程度以及剩余壽命進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和評(píng)估。但是，從檢測(cè)手段來(lái)說(shuō)，對(duì)材料和結(jié)構(gòu)由于微損傷造成的早期性能退化的診斷要比確定宏觀裂紋困難得多。事實(shí)上，發(fā)展簡(jiǎn)便有效的局部應(yīng)力集中程度(包括初始預(yù)應(yīng)力和累積工作應(yīng)力)和材料性能早期退化的評(píng)價(jià)方法，針對(duì)大型工程中關(guān)鍵構(gòu)件的損傷情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速無(wú)損檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)在役設(shè)備的安全性和剩余壽命開(kāi)展有效評(píng)估，一直是實(shí)驗(yàn)力學(xué)和無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域非常關(guān)注的課題。傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)磁粉探傷和漏磁檢測(cè)、聲發(fā)射技術(shù)、超聲導(dǎo)波、渦流檢測(cè)技術(shù)等，在確定構(gòu)件內(nèi)部是否出現(xiàn)宏觀裂紋時(shí)具有很好的效果，但往往無(wú)法準(zhǔn)確判定構(gòu)件內(nèi)部是否出現(xiàn)疲勞微損傷，包括由于應(yīng)力集中造成的彈塑性內(nèi)應(yīng)力值；X射線衍射技術(shù)可以對(duì)金屬結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力進(jìn)行有效檢測(cè)，但檢測(cè)深度非常有限(一般在微米量級(jí))，而且對(duì)試件表面質(zhì)量要求高、檢測(cè)設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，很難實(shí)現(xiàn)在線大范圍檢測(cè)；超聲非線性技術(shù)在檢測(cè)結(jié)構(gòu)損傷度時(shí)也同樣存在對(duì)試件表面質(zhì)量要求高、信號(hào)抗干擾性差、無(wú)法完成對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力和損傷程度進(jìn)行在線檢測(cè)等諸多問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，鐵磁構(gòu)件在制備和工作過(guò)程中，受工作載荷和地球磁場(chǎng)的共同作用時(shí)， 在應(yīng)力集中和宏觀缺陷區(qū)發(fā)生磁疇組織的定向及不可逆的重新取向，載荷卸除后這種不可逆磁效應(yīng)不僅會(huì)保留，而且其程度和內(nèi)應(yīng)力及結(jié)構(gòu)損傷有關(guān)。該方法最早由俄羅斯學(xué)者最早提出，并應(yīng)用于工程檢測(cè)領(lǐng)域。但俄羅斯學(xué)者提出的兩個(gè)基本判據(jù)(切向分量Hp(X)達(dá)到極大值，法線方向分量Hp (y)出現(xiàn)峰-峰值變化)僅適用于宏觀型缺陷，對(duì)材料早期損傷檢測(cè)并不適用。此外，材料早期損傷影響參數(shù)眾多，包括物理型損傷參數(shù)和幾何型損傷參數(shù)， 如何根據(jù)漏磁信號(hào)，對(duì)其多參數(shù)進(jìn)行有效反演，目前還缺乏相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題提出一種能對(duì)目前能源、石化、交通等領(lǐng)域大量使用的鐵磁材料(含鐵、鈷、鎳等) 早期損傷程度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的方法，確定相應(yīng)的表征參數(shù)和安全評(píng)價(jià)判據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法包括以下步驟
步驟一通過(guò)同軸電纜將磁傳感器與智能磁記憶儀連接，利用磁傳感器檢測(cè)鐵磁構(gòu)件的表面漏磁場(chǎng)，獲得被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，并存儲(chǔ)于智能磁記憶儀中；步驟二根據(jù)被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，計(jì)算得到被測(cè)表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值；步驟三根據(jù)獲得的被測(cè)表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值確定被測(cè)構(gòu)件損傷部位和損傷程度漏磁切向梯度出現(xiàn)峰-峰值和漏磁法向梯度出現(xiàn)極值變化位置即為損傷所在位置；被測(cè)構(gòu)件損傷程度則用以下四個(gè)參數(shù)評(píng)價(jià)，分別為漏磁切向梯度峰-峰值 S(X)P_P、漏磁切向梯度峰-峰值寬度w(x)p_p、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度w(y)v_v ；將實(shí)際檢測(cè)得到的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p_p、漏磁切向梯度峰-峰值寬度值 w(x)p-p、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度值w(y)v_v與其臨界安全值進(jìn)行比較，如實(shí)際測(cè)量值小于臨界安全值則構(gòu)件安全，反之則為不安全。所述的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p_p、漏磁切向梯度峰-峰值寬度W(X)p_p、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度w(y)v_v的臨界安全值，是根據(jù)不同材料和不同損傷安全等級(jí)，在正式檢測(cè)之前用標(biāo)準(zhǔn)試塊標(biāo)定得到的評(píng)價(jià)構(gòu)件損傷程度的參數(shù)。本發(fā)明的有益效果大量工業(yè)關(guān)鍵部件發(fā)生突發(fā)性事故是由于金屬承載構(gòu)件損傷積累到一定程度后突然斷裂性失效造成的。因此，提供一種有效的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)目前能源、石化、交通等領(lǐng)域大量使用的鐵磁構(gòu)件損傷程度實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，這對(duì)保證工業(yè)運(yùn)行安全和避免重大運(yùn)行事故具有重要意義。


圖1為鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。圖2為被測(cè)構(gòu)件發(fā)生塑性變形時(shí)漏磁場(chǎng)切向梯度值結(jié)果示意圖。圖3為材料發(fā)生塑性變形時(shí)法向梯度值結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)方法，以Q235鋼板的檢測(cè)為例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，檢測(cè)包括以下步驟步驟一如圖1所示，通過(guò)同軸電纜將磁傳感器與智能磁記憶儀連接，利用磁傳感器每隔0. 2mm點(diǎn)檢測(cè)Q235鋼板的表面，獲得被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，并存儲(chǔ)于智能磁記憶儀中；步驟二根據(jù)被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，計(jì)算得到被測(cè)表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值，結(jié)果如圖2、3所示；步驟三根據(jù)獲得的被測(cè)表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值確定損傷部位和損傷程度漏磁切向梯度出現(xiàn)峰-峰值和漏磁法向梯度出現(xiàn)極值變化位置即為被檢測(cè)構(gòu)件的損傷所在位置；被測(cè)構(gòu)件損傷程度用以下四個(gè)參數(shù)評(píng)價(jià)，分別為漏磁切向梯度峰-峰值 S(x) 、漏磁切向梯度峰-峰值寬度w(x) 、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度w(y)v_v ；步驟四對(duì)Q235標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行加載，同時(shí)測(cè)量其漏磁信號(hào)，得到標(biāo)準(zhǔn)塊塑性變形程度和漏磁信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)實(shí)際被測(cè)Q235構(gòu)件的工作安全等級(jí)，確定其漏磁切向梯度峰-峰S(x)p_p、漏磁切向梯度峰-峰值寬度w(x)p_p、漏磁法向梯度極S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度w(y)v_v的臨界安全值；步驟五將實(shí)際檢測(cè)得到的漏磁切向梯度峰-峰值S(x)p_p、漏磁切向梯度峰-峰值寬度值w(x)p-p、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度w(y)v_v值與臨界安全值進(jìn)行比較，如實(shí)際測(cè)量值小于臨界安全值則構(gòu)件安全，反之則為不安全。
權(quán)利要求
1.一種鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于該檢測(cè)方法包括以下步驟步驟一通過(guò)同軸電纜將磁傳感器與智能磁記憶儀連接，利用磁傳感器檢測(cè)鐵磁構(gòu)件的表面漏磁場(chǎng)，獲得被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，并存儲(chǔ)于智能磁記憶儀中；步驟二根據(jù)被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，計(jì)算得到被測(cè)表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值；步驟三根據(jù)獲得的被測(cè)表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值確定被測(cè)鐵磁構(gòu)件損傷部位和損傷程度漏磁切向梯度出現(xiàn)峰-峰值和漏磁法向梯度出現(xiàn)極值變化位置即為損傷所在位置；被測(cè)構(gòu)件損傷程度則用以下四個(gè)參數(shù)評(píng)價(jià)，分別為漏磁切向梯度峰-峰值 S(X)P_P、漏磁切向梯度峰-峰值寬度w(x)p_p、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度w(y)v_v ；將實(shí)際檢測(cè)得到的漏磁切向梯度峰-峰值S(X)p_p、漏磁切向梯度峰-峰值寬度值W(X) 、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度值w(y)v_v與其臨界安全值進(jìn)行比較，如實(shí)際測(cè)量值小于臨界安全值則構(gòu)件安全，反之則為不安全。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于所述的漏磁切向梯度峰-峰值S (χ) 、漏磁切向梯度峰-峰值寬度w (χ) p_p、漏磁法向梯度極值S(y)p_v和漏磁法向梯度極值寬度w(y)v_v的臨界安全值，是根據(jù)不同材料和不同損傷安全等級(jí)，在正式檢測(cè)之前用標(biāo)準(zhǔn)試塊標(biāo)定得到的評(píng)價(jià)構(gòu)件損傷程度的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵磁材料早期損傷的磁無(wú)損檢測(cè)方法，該方法包括利用磁傳感器檢測(cè)鐵磁構(gòu)件表面的漏磁場(chǎng)，獲得被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，通過(guò)同軸電纜存儲(chǔ)于智能磁記憶儀中；根據(jù)被測(cè)表面的切向漏磁幅值和法向漏磁幅值，計(jì)算得到被測(cè)表面的漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值；根據(jù)獲得的被測(cè)表面漏磁切向梯度值和漏磁法向梯度值確定損傷部位和損傷程度。該方法為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域大量使用的鐵磁材料早期損傷程度在線監(jiān)測(cè)提供一種無(wú)損檢測(cè)手段。
文檔編號(hào)G01N27/85GK102393419SQ201110262929
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者丁克勤, 姚凱, 毛軍, 王正道, 稅國(guó)雙, 谷宇 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)