裂缝深度对磁记忆信号影响的研究
焊接裂纹应力与磁记忆信号关系的实验研究
第３ ６卷
第 １ 期 １
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２０ ０ ６年 ｌ １月
焊 接 裂 纹 应 力 与磁 记 忆 信 号 关 系 的 实 验 研 究
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15CrMoR 钢焊接冷裂纹的磁记忆特性
15CrMoR 钢焊接冷裂纹的磁记忆特性
张颖;李彬;周俊鹏;张盛瑀;高晗
【期刊名称】《无损检测》
【年(卷),期】2015(000)005
【摘要】通过对15CrMoR 钢斜 Y 型坡口焊接试件的焊后金属磁记忆检测，分析了焊接冷裂纹的磁记忆特性，得到了冷裂纹萌生及扩展过程的磁记忆信号变化规律。
由于焊接冷裂纹产生过程中应力集中效应复杂，常有干扰信号出现，因此首先使用小波变换对磁记忆信号进行降噪处理，然后采用“分段最大 K 值判别法”对磁记
忆测试结果进行处理和分析。
结果表明，磁记忆检测技术能够对焊接冷裂纹的起裂点进行定位，并根据焊缝整体的磁记忆信号的变化情况可对冷裂纹的扩展方向进行判断。
【总页数】6页(P46-51)
【作者】张颖;李彬;周俊鹏;张盛瑀;高晗
【作者单位】东北石油大学，大庆 163318;东北石油大学，大庆 163318;东北石
油大学，大庆 163318; 大庆油田工程建设公司石油石化设备厂，大庆 163000;东
北石油大学，大庆 163318;东北石油大学，大庆 163318
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
【相关文献】
1.20钢焊接缺陷磁记忆信号分析 [J], 徐坤山;仇性启;姜辉;魏仁超;陈长标;仲军民
2.15CrMoR试件焊接冷裂纹延迟特性的声发射实验研究 [J], 周俊鹏;张盛瑀;戴光;张颖;高文
3.15CrMoR钢与A3R钢的非预热焊接 [J], 刘兰巨
4.Q345结构钢单向拉伸的金属磁记忆特性 [J], 于凤云;闫春雨;郭绍炳;马世伟
5.Q345结构钢单向拉伸的金属磁记忆特性 [J], 于凤云; 闫春雨; 郭绍炳; 马世伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
X80管线钢不同缺陷类型的磁记忆检测试验研究
X80管线钢不同缺陷类型的磁记忆检测试验研究李云飞;韦利明;万强【摘要】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.%In order to investigate magneto-mechanical coupled effects of different types of defects in X80 pipeline steel, characteristics of metal magnetic memory signals of three kinds of specimens under different loads (i.e., plate specimen, perforated specimen, and grooved specimen) were experimentally studied. Different levels of plastic strain were introduced to specimens through multiple loading times. Strain distribution of specimens was measured through opt ical measurement system, and the normal and tangential components of magnetic memory signal were off-line detected by magnetic memory detector after unloading. The experimental results indicate that the magnetic memory testing signal of the plate specimen tended to fluctuate with increasing plastic strain, but no peak occurred. While zero crossing point and anti-symmetric peaks appeared in the normal components of the signals of the perforated and grooved specimens, and the tangential component had a single peak at the position of defects. These features became more obvious with the increase of plastic strain. This research preliminarily investigated the correlation between plastic strain and magnetic memory signal, which lays a foundation for the nondestructive quantitative evaluation of plastic strain in X80 pipeline steel.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2019(027)001【总页数】6页(P53-58)【关键词】X80管线钢;磁记忆检测;缺陷;力磁耦合效应;塑性损伤【作者】李云飞;韦利明;万强【作者单位】中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川绵阳 621999;工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室, 四川绵阳 612999;中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川绵阳 621999;中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川绵阳621999【正文语种】中文【中图分类】TG115.28X80管线钢是我国目前油气输运应用最广泛的管线钢材.油气管道长期高压运行，与土壤、水分接触或受地质运动的影响，运行一定年限后管道会趋于老化，因管体腐蚀、穿孔、裂纹等损伤导致的泄漏事故时有发生，因此对管道塑性变形与应力集中等早期隐性损伤进行有效无损检测对灾害事故的预防具有重要意义[1-2].目前，常规无损检测技术只适用于已成形的宏观缺陷[3-5]，由俄罗斯Doubov[6]首次提出的金属磁记忆检测技术可对铁磁材料应力集中、早期损伤等进行有效诊断，因此受到诸多研究者的普遍关注.Jiles等[7-8]对用于机械损伤检测的剩磁测量方法，针对残余应力和损伤检测的磁弹声速方法等进行了综述；黄松岭等[9]对地磁作用下ASTM1020钢板磁信号变化进行了检测研究；方发胜等[10]和王威等[11]分别对机械机构、建筑钢结构中的Q235、Q345B钢试件在静拉应力下的磁场梯度信号进行了研究，并对材料的磁畴组织变化进行了分析；任吉林等[12]与王慧鹏等[13]分别开展了40Cr钢、45CrMoVA结构钢的不同周次的疲劳试验，研究了载荷、周次与位置等因素对漏磁信号的影响规律.但磁记忆检测对管线钢的应用研究相对较少，加之油气管道的材性、载荷方式及工作环境与上述构件存在显著差异，有必要对管线钢的力磁耦合效应特征以及载荷与磁信号的对应关系进行深入研究. 本文对X80管线钢光滑试件、含人工预制穿孔与切槽试件进行静载拉伸试验，检测试件表面诱发磁场的法向分量与切向分量，研究了不同载荷状况下磁信号的变化规律，初步建立X80管线钢塑性损伤与磁信号之间的对应关系，为磁记忆检测技术在输运管道领域的定量无损评估奠定基础.1 试验1.1 试件X80管线钢具备高强度、高韧性和优异的焊接性能，主要化学成分见表1.表1 X80管线钢的化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical composition of X80 pipeline steel (wt.%) CSiMnCrNiNbVMo0.0630.281.830.030.030.0610.0590.22目前,我国油气管道主要用材为X80管线钢，并且需要进行定期的全面检测.因此,本文以X80管线钢为研究对象，根据管道常见缺陷类型和尺寸，设计了无缺陷平板试件以及中心贯穿圆孔、双侧边缘缺口2种反映应力集中的试件，以考察不同损伤分布状态下的磁信号变化规律.考虑拉伸试验机的载荷范围、材料强度和试件检测范围的要求，设计A、B、C 3种试件，试件尺寸设计如图1所示.1)无缺陷平板试件(A型试件)：长500 mm，宽50 mm，厚5 mm.2)中心贯穿圆孔平板试件(B型试件)：长500 mm，宽50 mm，厚5 mm，中心贯穿孔直径为10 mm.3)双边边缘切口平板试件(C型试件)：长500 mm，宽50 mm，厚5 mm，切口宽度2 mm，单切口长度10 mm，切口尖端为半径1 mm的圆弧过渡.图1 不同类型平板拉伸试件(单位:mm)Fig.1 Different types of tensile specimens试验中拟试件加载前和各次卸载后在空旷位置沿南北向放置，由北(N)向南(S)测量试件表面磁记忆信号，提离高度2 mm.磁记忆检测参考线示意如图2所示，检测距离为150 mm，参考线间距为8 mm.A、B型试件提取测试参考线Line1的磁信号，C型试件提取Line4的磁信号.图2 磁记忆信号测量参考线示意图(单位:mm)Fig.2 Testing reference lines of magnetic memory signal1.2 试验设备与方法为分析X80管线钢不同缺陷类型的磁记忆信号特征，研究管线钢塑性损伤与磁记忆信号之间的对应关系，本文自行搭建了一套力磁耦合试验系统，主要由损伤导入系统(拉伸试验机)、塑性应变光学测量系统和磁记忆信号检测系统3部分组成[14-15].通过拉伸试验机对管线钢平板试件一次或多次导入不同程度的塑性损伤，模拟管线钢在实际运行环境下因地质运动或工作压力下的疲劳或蠕变等引起的应力集中和塑性损伤.采用ARAMIS三维光学应变测量系统对加载过程中不同加载次数后试件表面的全场应变分布情况进行测量.考虑到试验中管线钢试件塑性损伤诱发磁场强度较小，要求磁场强度测量仪器具有较高的磁场分辨率，并且检测探头需具备较高的空间分辨率.本文选用TSC-3M-12型磁记忆检测仪如图3所示，用于试件准静态拉伸过程中应力集中部位卸载后试件表面磁记忆信号的检测.该仪器测量范围为±2 000 A/m，磁场分辨率为1 nT，空间分辨率1 mm，磁场强度相对误差为±5%.可扫描检测试件表面任意一点或沿某直线行进，同时记录磁场强度和受检对象位移坐标.图3 TSC-3M-12型磁记忆检测仪主机和传感器Fig.3 TSC-3M-12 magnetic memory detector and sensor1.3 试验方法与流程本文对单个试件进行重复多次加载导入塑性损伤，卸载后测量其累计塑性应变及磁记忆信号.具体试验流程为：1)试件拉伸前检测其初始磁场信号，明确拉伸前试件的自然磁化情况；2)使用消磁器消除试件在加工制造、运输和保存工程中的磁化履历，然后检测其消磁后的信号；3)拉伸试验机对试件导入不同程度的塑性损伤，采用光学应变测量系统实时检测试件表面的应变情况.卸载后离线检测该次的试件表面磁记忆信号，然后重复第3步骤.2 结果与讨论2.1 X80管线钢的拉伸性能本研究中各型试件的拉伸试验均采用位移控制加载，加载速率为5 mm/min.图4为X80管线钢A型试件的工程应力-应变曲线，无缺陷试件的拉伸变形可大体分为弹性变形阶段、屈服强化阶段和颈缩断裂阶段.X80管线钢标准拉伸试件断裂延伸率可达20%，其中屈服强化段超过10%，拉伸破坏呈典型的塑性断裂，表明X80管线钢韧性良好.图4 X80管线钢工程应力-应变曲线Fig.4 Engineering stress-strain curve of X80 pipeline steel根据各型试件准静态拉伸试验载荷-位移曲线，试件预设加载情况如表2所示.表2 各试件重复加载中当次加载的预设应变Table 2 Predefined strain in different loading times of different specimens %试件类型A型试件B型试件C型试件第1次加载1.01.001.0第2次加载1.51.501.5第3次加载2.01.751.5第4次加载2.51.901.5第5次加载—1.85—2.2 地磁场检测结果考虑到地磁场对试件磁记忆信号检测结果的影响，对试件所摆放位置的地磁场法向分量和切向分量进行检测.磁记忆信号如图5所示，可见试件测试位置地磁场大小几乎恒定，环境磁场单一，不会给检测结果带来明显检测误差.2.3 法向分量检测结果图6～8分别为A、B、C型试件加载前及多次重复加载后的磁记忆信号法向分量检测结果.图中黑色曲线为3种试件加载前经过消磁处理后的原始磁场法向分量检测信号，3种试件的磁记忆信号均随检测位移增大而近似线性减小，信号最大值与最小值的幅值约100 A/m，表明不同类型试件加载前的磁记忆信号分布基本相同. 由图6可知，随着加载次数的增加，A型试件磁信号法向分量(Hy)走向从平缓趋向波动，但未出现明显峰值，200 mm检测距离内磁信号变化规律类似.图5 测试位置由南向北地磁场法向分量(Hy)和切向分量(Hx)Fig.5 Normal component (Hy) and tangential component (Hx) of geomagnetic field in testing position from south to north图6 A试件法向分量结果Fig.6 Normal component of testing signal of specimen type A图7 B试件法向分量结果Fig.7 Normal component of testing signal of specimen type B图7、图8中随着加载次数的增加，B型试件与C型试件的磁信号法向分量(Hy)在位移坐标100 mm附近(即缺陷处)出现反对称双峰，随着加载次数反对称双峰渐趋明显，且磁信号在试件中心出现过零点现象.C型试件第4次加载后由于发生明显屈服，双峰值更大，过零点现象比B型试件更明显.图8 C试件法向分量结果Fig.8 Normal component of testing signal of specimen type C2.4 切向分量检测结果图9～11分别为A、B、C型试件加载前及多次重复加载后的磁记忆信号切向分量检测结果.由图9～11可见，不同类型试件加载前通过消除试件磁化履历后，原始磁场切向分量基本接近于零位，信号幅值变化在20 A/m内，波动幅度小于法向分量.图9中,随着加载次数的增加，A型试件磁场切向分量(Hx)走向从平缓趋向波动，但未出现明显的峰值，200 mm检测距离内磁信号变化规律类似.图9 A试件切向分量结果Fig.9 Tangential component of testing signal of specimen type A图10、图11 中,随着加载次数的增加，B型试件与C型试件磁信号切向分量(Hx)在位移坐标100 mm附近(即缺陷处)出现明显单峰，随着加载次数增加峰值逐渐增大.C型试件第4次加载后发生明显塑性屈服，单峰现象最为明显.图10 B试件切向分量结果Fig.10 Tangential component of testing signal of specimen type B图11 C试件切向分量结果Fig.11 Tangential component of testing signal of specimen type C3 结论本文针对X80管线钢设计了3种含不同缺陷类型的平板试件，采用自行搭建的检测试验系统，初步获取了管线钢塑性损伤与磁记忆信号之间的对应关系，得到以下结论：1)无缺陷试件随着塑性变形程度的增大，磁信号由线性规律分布趋于波动变化，但未出现明显波峰波谷.2)含穿孔或切槽缺陷试件随着加载后塑性变形的增大，磁信号法向分量在缺陷附近出现反对称双峰与过零点现象，并且该现象渐趋明显.磁信号切向分量在缺陷附近出现单峰，峰值随加载次数逐渐增大.相关力磁效应特征与缺陷类型无关.3)通过磁信号法向分量Hy和切向分量Hx是否出现波峰和波谷可用于判断集中缺陷的存在，Hy和Hx信号波峰与波谷的对称性可以被用于判断集中损伤的位置.磁信号分量的峰谷值与试件的塑性变形程度存在一定非线性关系，为油气管道X80管线钢塑性损伤程度定量评估提供参考依据.参考文献：【相关文献】[1] 李云飞，韦利明，万强，等. 管线钢半穿孔损伤的金属磁记忆检测研究[J]. 中国测试, 2015,41(6): 26-29.LI Yunfei, WEI Liming, WAN Qiang, et al. Metal magnetic memory experimental research on semi-perforated damage of pipeline steel[J]. China Measurement & Test, 2015, 41(6): 26-29.DOI：10.11857/j.issn.1674-5124.2015.06.006[2] WAN Q, WEI L, SUN L, et al. Characterization of the damage-induced magnetization for X80 steel under large deformation [J]. Electromagnetic Nondestructive Evaluation (XVIII), 2015,40: 59-66.[3] YANG L J, LIU B, CHEN L J, et al. The quantitative interpretation by measurement usingthe magnetic memory method (MMM)-based on density functional theory [J]. NDT & E International, 2013, 55:15-20.[4] 王威, 樊浩, 杨为胜, 等. 钢结构隐性损伤的磁记忆识别机理及试验研究[J]. 结构工程师, 2014,30(5): 139-145.WANG Wei, FAN Hao, YANG Weisheng, et al.Identification mechanism and experiment of metal magnetic memory in steel structure implicit damage testing[J]. Structural Engineers, 2014, 30(5): 139-145.DOI：10.15935/ki.jggcs.2014.05.021[5] 陈海龙, 王长龙, 朱红运. 基于磁梯度张量的金属磁记忆检测方法 [J]. 仪器仪表学报, 2016, 37(3): 602-609.CHEN Hailong, WANG Changlong, ZHU Hongyun. 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Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2002, 42(11): 1426-1428.[10] 方发胜，张利明，李新蕾，等.静拉应力作用下Q235钢磁记忆检测的试验研究[J].无损探伤, 2013, 37(3)：7-10.FANG Fasheng, ZHANG Liming, LI Xinlei, et al.Experimental study on magnetic memory testing of Q235 steel under static tensile stress [J]. Nondestructive Testing, 2013, 37(3)：7-10.[11] 王威，易术春，苏三庆，等.建筑钢试件拉伸应力与其磁记忆效应漏磁场梯度的对应关系研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版), 2015, 47(3):341-346.WANG Wei, YI Shuchun, SU Sanqing, et al. Research on the relationship between magnetic flux leakage gradient by metal magnetic memory effect and tensile stress of building steel specimen [J]. Journal of Xi′an University of Architecture & Technology (Natural Science Edition), 2015, 47(3):341-346.DOI：10.15986/j.1006-7930.2015.03.006[12] 任吉林，陈曦，罗生彩，等.高周疲劳损伤的磁记忆二维检测研究[J].航空学报, 2012,33(6):1147-1155.REN Jilin, CHEN Xi, LUO Shengcai, et al.Research of high-cycle fatigue damage by two-dimensional magnetic memory testing [J]. Acta Aeronautica ET Astronautica Sinica, 2012, 33(6):1147-1155.[13] 王慧鹏，董世运，董丽虹，等.不同应力集中系数下磁记忆信号的影响因素研究[J].材料工程, 2010, 38(12):35-38.WANG Huipeng, DONG Shiyun, DONG Lihong, et al.Study on influence factors of magnetic memory signals under different stress concentration factors [J]. Journal of Materials Engineering, 2010, 38(12):35-38.[14] WAN Q, WEI L M, LI Y F. Dependence of damage-induced magnetization on the plastic deformation for X80 steel [J]. Applied Mechanics and Materials, 2013, 330: 106-111.[15] LI Yunfei, ZENG Xiangguo, WEI Liming, et al. Characterizations of damage-induced magnetization for X80 pipeline steel by metal magnetic memory testing [J]. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2017, 54(1): 23-35.。
基于微分方法的焊接裂纹金属磁记忆特征研究
（． 津 大 学 材料 科 学 与 工 程 学 院 ， 天 津 ３０ ７ ；２中 国 石 油 天然 气 管 道 科 学 研 究 院 ，河 北 廊 坊 ０５ ０ ） １ 天 ００２ ． ６ ００
摘 要 ：针 对金 属 磁 记 忆 检 测技 术 的瓶 颈 问题 ，￣Ｘ ０ 为 研 究对 象 ， 通过 对 预 制 焊 接 裂 纹 一 阶微 分 处 理后 的 金 属 磁 记 忆信 号进 行 分 析 ， Ａ ７钢
存 在会 极 大 地 降 低 焊 接 结 构 安 全 运 行 的可 靠 性 ，甚 至 会 造 成
灾 难 性 事 故 的 发 生 。但 目前 工 程 上 广 泛 应 用 的是 以探 查 非 允
许 缺 陷 为 目的 的 检 测 方 法 ，对 制 造 过 程 中 由 于 缺 口效 应 造 成
的局 部 应 力 集 中 以 及 由 应 力 集 中 引 起 的微 观 裂 纹 尚不 能 进 行 检 测 。研 究 表 明 ，这 些 微 观 裂 纹 正 是 造 成 焊 接 结 构 突 然 失 效 的 主要 原 因＿ ｌ １ ，它 们 的存 在 无 疑 给 油 气 管 道 的安 全 运 行 埋 下 了
表 １ Ｘ７ 管 线 钢 的 化 学 成 分 （ 量 分 数 ） （ ） ０ 质 ％
个严重隐患。 金 属 磁 记 忆 检 测 技 术 是 近 年 来 兴 起 的 一 种 新 型 的 无 损 检
测 方 法 ， 它 可 以 确 定 被 测 对 象 上 以 应 力 集 中 为 特 征 的危 险 部 位 ，被 认 为 是 迄 今 为 止 惟 一 能 够 对 铁 磁 部 件 进 行 早 期 诊 断 的
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１ ・ 验与研究・ ４ 试
文章 编 号 ：０ ２ ０ ５ ２０ ）４ ０ １ — ２ １０ － ２Ｘ（０ ６０ — ０ ４ ０
磁记忆检测裂纹类缺陷的理论模型
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辉等 ： 磁记忆检测裂纹类缺陷的理论模型
式中
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பைடு நூலகம்
由于 “ 一０则 根据式 （） 一口 ， １有 一￡一７ 一０ ＿ ｎ ， 另外 ． 沿 方 向 的位移 ｗ 虽然 不 为零 ． 由于外 力 但
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化 。在 以往金属 磁记 忆 检 测 中 ， 常 获取 的是应 力 通
裂纹的磁记忆检测分析
第２ ０卷 第 ４期 ２０ ０ ７年 ８月
机械 研究 与应用
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裂 纹 的磁 记 忆 检 测分 析
的质量检验 ， 热力设 备安全运行 的一个重要环 节。 是 金属磁记忆法 一无损检 测方 法 ， 其基 本原理 是记 录在 工 作载 荷作 用下设备局部应 力集 中区中产生的 自有 漏磁场 。这
１ 金属 磁 记忆检 测 法特 点
由于传感器不需要 与工 件表 面严格 耦合 ， 为在 线监测 及
随着我 国经济 的飞速发 展 ， 电站机组容 量的不断 扩大 ， 电
金属磁记忆检测技术 已在 我 国许多锅炉 、 电站 、 管道 和航
厂金属监督工作 ， 在役 的锅 炉 “ 对 四管 ” 水 冷壁 、 （ 省煤 器 、 过
热器 、 再热器 ） 及所有铁磁材料 的质 量管理尤为重要。 由于 构 件的质量及运行 中温 度、 应力 、 腐蚀 、 磨损等 因素引起 的裂纹 、 爆管等事故 的发生率 很高 ， 直接 影响 电厂 的经 济效益 和机组
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裂纹失稳扩展临界状态的磁记忆特征研究
裂纹失稳扩展临界状态的磁记忆特征研究邢海燕;赵国峰;王犇;党永斌;戴光【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2016(033)002【摘要】针对实际工程中裂纹失稳扩展临界特征提取的难题,从一个新的角度引入金属磁记忆技术,通过Q345钢标准三点弯曲试验,获取裂纹稳态扩展到失稳扩展整个演化过程的磁记忆信号变化规律,提取裂纹临界失稳扩展时的磁记忆特征.结果表明,当裂纹处于失稳扩展的临界状态时,磁记忆信号梯度值发生显著跳跃上扬,最大值是稳态扩展的2倍以上,失稳特征显著,磁记忆正交矢量合成梯度Gvs的临界特征,真实反映了裂纹临界失稳扩展时应力强度因子K的临界特征.首次建立了磁记忆特征参数Gvs与裂纹尖端应力强度因子K之间的数学模型,验证试验结果表明误差为7.9%,为实际工程中利用磁记忆参数特征判定裂纹失稳扩展临界状态提供一种新的思路.【总页数】7页(P74-80)【作者】邢海燕;赵国峰;王犇;党永斌;戴光【作者单位】东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆 163318;东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆 163318【正文语种】中文【中图分类】TH49;O346.1【相关文献】1.基于磁记忆方法的抽油杆裂纹扩展监测 [J], 冷建成;田洪旭;周国强;吴泽民2.疲劳裂纹扩展的金属磁记忆信号特征 [J], 金宝;邸新杰;张建军;李伟3.面向再制造的中心裂纹扩展磁记忆试验研究 [J], 曾寿金;刘志峰;江吉彬;钱正春4.焊接裂纹金属磁记忆信号特征研究的进展 [J], 梁志芳;王迎娜;李午申;白世武;薛振奎5.加氢反应器裂纹扩展临界状态的研究 [J], 张喜亮;周昌玉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
疲劳裂纹扩展的金属磁记忆信号特征
疲劳裂纹扩展的金属磁记忆信号特征金宝;邸新杰;张建军;李伟【摘要】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.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】5页(P102-106)【关键词】疲劳裂纹;磁记忆信号;裂纹扩展;信号特征【作者】金宝;邸新杰;张建军;李伟【作者单位】天津大学天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;天津大学天津市现代连接技术重点实验室,天津300072;中国石油天然气兰州工程质量监督站,兰州730060;中国石油天然气兰州工程质量监督站,兰州730060【正文语种】中文【中图分类】TG115.28铁磁材料由于其优良性能，已广泛用于航空、铁路、管道、电站、压力容器、石油工程等焊接结构，并且不断向大型化和高参数的方向发展。
在长期承受交变载荷作用的结构中，疲劳失效是一种主要的破坏形式。
在疲劳过程中，应力集中会导致裂纹、腐蚀、蠕变，是导致疲劳断裂的主要来源。
疲劳断裂过程可以分为裂纹的萌生、裂纹的稳定扩展及失稳断裂三个过程［1］。
由于疲劳断裂时的应力远小于材料静载下的强度极限，且在没有明显塑性变形的情况下突然断裂，造成灾难性的后果，因此对在役构件进行裂纹检测／监测的研究具有重要意义。
金属磁记忆检测技术是由Dubov于1997提出的一种新的损伤检测方法。
金属磁记忆检测方法的物理基础是磁机械效应，处于地磁环境下的铁磁构件受工作载荷的作用，其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的重新取向，通过理论分析可知［2］，在应力与变形集中区形成的漏磁场切向分量Hp（x）具有最大值，法向分量Hp（y）改变符号且具有零值点。
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３ ． １ 试验结果 试块 １ 上的三道不 同深度裂纹 的磁记忆检测 结果 如图４ ｆ ａ １ 至图４ （ ｃ ） 所示， 试块 ２ 上 的三道不同深度裂纹 的磁记 忆检测结果如 图５（ ａ １ 至图 ５
（ ｃ ） 所示 。
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应力 集中 线 ｓ ＼
金属磁记忆检测实验 系统如 图２ （ ａ ） 所示 ， 图２ （ ｂ ） 为测试 系统 实物 ， 金属 磁记忆 检测 仪型号 为 Ｅ ＭＳ 一 ２ ０ ０ ３ 。实验对 象为两个预 置裂纹 的标 准试块 ， 材料均 为４ ５ ＃ 钢件 ， 裂纹深度如 图３ （ ａ ） 、 （ ｂ ） 所示 。
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Ｋ
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式中 Ｋ为应力集 中区金属磁场强 度变化表征 的漏磁场梯度 值， （ Ａ ／ ｍ） ／ ｍ ｍ； △Ｈ ｒ （ ｙ ） 为位 于应力集 中线两侧 同等线段上 两检测点 之间磁场 Ｈ （ ｙ ） 的差 ， Ａ ／ ｍ； Ｌ Ｋ 为两测点与应力集中线之间的距离 ， ｍ ｍ 。
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２ ． 试 验 说 明
图４ （ ｃ ） 试块 １ 裂纹 １ ． ５ Ｂｉ ｎ检测曲线
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图５ （ ａ ） 试块 ２ 裂纹 ０ ． ５ ｍｍ检测 曲线
２ ． １实验 系 统
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（ ａ ） 系统框架图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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［ 关键词 ］ 金属磁记 忆 裂缝 深度 无损检测
０ ． 引言
金 属磁记忆 检测技术是 一种新兴 的无损检测 方法 ， 由俄 罗斯科学 家Ｄ ｏ ｕ ｂ ｏ ｖ 教授 首次在 １ ９ ９ ７ 年第 ５ Ｏ届 国际焊接学 术会议 上提 出 ， 利用 裂纹 或裂纹萌生前磁性金属 内部磁 畴组 织会 产生具有磁致伸缩性质 的 定 向和不可 逆重新取 向 ， 在地球环境 磁场作用下 ， 磁场信 息产生变化 ， 从而 间接 地判断铁磁性 部件是否存在裂纹或应力集中 区 。 。 磁 记忆方法 可检测 出残 余应力 的分布状态 ， 既可描述磁 性金属 的 宏 观裂纹 ， 又可检测裂纹 产生 的微 观组织变化 ， 因此 ， 具有 对金属进行 寿命 预测的潜力 ， 这是该技术 的最 大优点。在定量方面 ， 金属磁记忆检 测技 术工作还做得很不够 ， 研究金 属磁记 忆信号与裂纹大小 、 类型 的关 联程 度 ， 是 目前急需做 的工作 ， 本 文主要针对裂纹深度与金属磁记忆信 号进行研究 。 １ ． 磁 记 忆 检 测 原 理 金属磁记忆 检测方法 以铁磁性金 属的磁记忆 效应为基 础 ， 其原理 可 描述为： 在 地球环境磁 场激励下 ， 磁性部件在 受到外部 载荷作用时 ， 应 力和变形 集 中区域会 发生不 可逆 磁场信号 的变化 ， 这种 不可逆磁状 态 的变化在 工作载荷 消除后不仅会 保留 ， 且 与最大作用应 力有关 。金 属 构件表 面的这种磁状 态“ 记忆 ” 着微观裂纹 或应力集 中的位置 ， 即所 谓 的磁记忆效应－ 一 。 实际应用 的金属构 件 ， 外力作 用后产生 的裂纹和 内应 力集 中的地 方 会 出现磁 畴的 固定节 点 ， 产生磁 极 ， 形成退磁 场 ， 从 而使 此处金属 的 导 磁率最小 ， 在金属表 面形成 最大的漏磁场。在应力集 中区域 内， 该漏 磁 场强度切 向分量 Ｈ （ ｘ ） 具有最 大值 ， 而法 向分量 Ｈ （ ｖ ） 改变符号并具有 零 值” ， 如图１ 所示 。根据此特 征进行漏 磁信号 的采集便 可确定金属 构 件上的危险区 ， 继而可以进行金属构件的强度评估和寿命预测 。
科技 信 息
裂缝深度对 ｉ ￣ ｉ ｅ Ｈ ｚ 信号 ｜ Ｊ － ｇ ｍ 的研究
福 建 工程 学 院机 械 与汽 车 工程 学院 张福 江 曾寿金 陈 丙三
［ 摘 要］ 磁 记忆检测方 法是利用工件 中地球磁 场 变化信 息研 究铁磁性材料 的应力集 中、 裂纹萌生等 问题 。以预 置裂纹标准块 为研 究对象 ， 研究裂纹深度与磁记 忆信 号的关 系。研 究发现 ， 裂缝深度 与漏磁 场梯度 变化呈非线性关 系， 与磁场强度 最大值 、 过零 点无映 射 关 系， 且表 面漏磁 场的分布 区域愈 宽 ， 漏磁 场的变化幅度越 小。研究结果对磁记忆的磁性金属的裂纹识别具有重要 指导意义。
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目 一
（ ａ ） 标准试块 １ 示意 图 图（ ｂ ） 标准试块 ２ 示意 图 图３ 实验对象一 标准试 块 ２ ． ２实验方法 为降低 测量误差将试块水平放置 ， 传感器抬头水平放 置进行 检测 ， 裂 纹轨迹 沿地磁东西方 向摆置 ， 以减小地磁 的影 响， 并保持传感器探 头 距 离试块表 面 ３ ａ ｒ ｍ， 提高 检测结果 的准 确性。选取每 一个试块上 的三 道 不同深度的裂纹 ， 测量每一道裂纹 的深度值 ， 沿着裂纹轨迹 方向测量 漏 磁场强度数 据 ， 并绘 图 、 分析漏磁场 数据 ， 以研究裂 纹深度与磁场 强 度及 其变 化梯度 的关 系。
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图４ （ ａ ） 试块 １ 裂纹 ０ ． ５ ａｍ检测曲线 图４ ｒ （ ｂ ） 试块 １ 裂纹 ｌ ｍｍ检测曲线 图１ 磁记忆检测原理 图 表征磁记忆检测技术 的重要特征参数 ， 除法 向分量 Ｈ （ ｙ ） ， 还有 一个 重 要 的参 数是 Ｋ 。Ｋ为磁场 法 向分 量 Ｈ （ ｙ ） 梯度 值 ， 用 于度量 应力集 中 线 附近的应力集中程度 。可定义为 ：