应力集中引起的金属磁记忆现象的研究
基于磁记忆检测的应力集中程度分级试验研究及其在钻机评估中的应用

厶/ * k
() … 1
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 △H y) ( m) r a ( 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 , m; 为 两测 点与 应力 集 中线之 间的距 离 , ( A/ z k mm。 2 应 力集 中磁 效应 系数 m 求 出了被 测构 件 的磁 场 法 向分 量 H y)梯度 Ki , 据 实 际检 测对 ) ( 后 根
最大值 , 法 向分 量 H y 而 ( )改变 符号且 具有 零值 点 。 由于 铁磁 性 构件 所 受 的应 力 会 以特 定 的磁 场 形式 在 构件 表面 反映 出来 , 因此 , 过对 构件表 面磁 场 的检测 , 通 就能 够对 构件 所受 应力 状况 进行 评估 。 磁记 忆检测
象, 经过 试验 或者检 测经 验 , 以确定 应 力集 中 区临界 Ki值 ( , 可 Ki) 然后 计算 被 测对 象 超 临界 ( Ki)应 力
集 中 区 Ki 的算 术平 均值 K
K :一∑聪 I
[ 收稿 日期 ] 2 0 0 7一O —2 1 8 [ 金 项 目] 中 国石 油 天 然 气 集团 公 司重 点 项 目 ( 3 4 1 o ) 基 OB 129。
金 属磁 记忆检 测是一 项新 型无 损检 测技术 [ ,它能够 检测 铁磁 体 构件 中应力 集 中缺陷 的位置 以及 因 1 ] 应 力 集 中产 生 的裂纹 。铁磁构 件在 外应 力 和地磁 场 的共 同作 用 下 ,在构件 的应 力集 中 区引发 了磁 畴组织 沿地 磁场 的定 向和不可 逆 的重 新取 向 ,并在 应力 消除后 保 留这种 磁状 态 的不 可逆变 化 ,以微弱 的漏 磁场 的形式 在工件 表 面表现 出来 ,这就 是铁 磁性 金属 的磁 记忆 效 应 ,并且 该 漏 磁场 的 切 向分量 H X) 有 ( 具
基于金属磁记忆效应30CrMo钢应力集中试验研究

L A N Qi n g— s h e n g , Z HA NG L u—g e n , L I U We i —c h e n g , T AN G X i n—w e n ,
Z HAN G Qi , S ON G Ka i ( 1 . J i a n g x i I n s t i t u t e o f B o i l e r a n d P r e s s u r e V e s s e l I n s p e c t i o n a n d T e s t i n g , N a n c h a n g 3 3 0 0 2 9, C h i n a ;
中图分类号 : T H1 4 2 . 2 ; T G 1 1 5 . 2 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 — 4 8 3 7 ( 2 0 1 7 ) 1 2— 0 0 0 8— 0 7
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 1 — 4 8 3 7 . 2 0 1 7 . 1 2 . 0 0 2
U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s , N a n c h a n g 3 3 0 0 6 3 , C h i n a )
Abs t r ac t : Ai mi n g a t t he p r o b l e m o f s t r e s s c o n c e n t r a t i o n i n e n g i n e e r i n g a p pl i c a t i o n, t h e t h r e e — d i me n s i o n a l
基于强化磁记忆的铁磁构件应力检测方法研究

基于强化磁记忆的铁磁构件应力检测方法研究作者:邱忠超于瑞红陈逊谢维石亚男来源:《机电信息》2020年第06期摘要:磁記忆检测方法可快速检测铁磁构件应力集中区域,对其早期损伤进行及时诊断。
针对磁记忆信号为地磁场激励条件下的弱磁信号,容易受周围环境噪声干扰的问题,提出采用加强外磁场激励来强化有用磁记忆信号,抑制干扰因素的不利影响。
实验结果表明,该方法可以有效突出磁信号,提高检测系统的灵敏度,为磁记忆检测技术的工程推广应用奠定了一定基础。
关键词:强化磁记忆;铁磁构件;早期损伤;灵敏度0 引言1997年,在美国旧金山举行的第50届国际焊接学术会议上,俄罗斯学者Doubov首次提出金属应力集中区的磁记忆效应,并形成一套无损检测与诊断方法——金属磁记忆检测技术[1]。
磁记忆效应是指铁磁构件在使用过程中受地磁场和载荷的共同作用,由于铁磁材料内部应力分布的不均匀使材料表面磁场发生变化,导致泄漏磁场产生[2]。
但是,磁记忆检测技术在实际工程推广应用时遇到了一些难以解决的瓶颈问题,如磁记忆检测属于地球弱磁场检测方法,输出磁信号比较微弱,易受外界环境因素干扰,导致检测结果失真[3-4]。
针对磁记忆信号为地磁场激励条件下的弱磁信号,容易受周围环境噪声干扰的问题,提出采用加强外磁场激励来强化有用磁记忆信号,抑制干扰因素的不利影响。
本文通过搭建磁记忆检测系统对提出的强化磁记忆检测方法进行验证。
1 强化磁记忆检测实验以Q235钢平板试件作为研究对象,试件厚度为4 mm,如图1所示。
在铁磁试件表面用黑色笔画一条直线,每间隔5 mm标记一个点,共21个检测点。
将试件设计成中部沿轴线逐渐变化的圆弧状形式,这样可以使得每个检测点都产生不同的应力。
为了尽可能减小剩磁,通过TC-50退磁器对试件提前进行退磁处理。
图2为实验室已搭建的磁记忆检测系统框图,在地磁场与外加弱磁场激励下对铁磁试件进行静拉伸实验,同时采用TSC-1M-4磁检测仪沿试件自上而下在位采集试件表面各点处的法向磁场。
金属磁记忆检测井下套管应力集中的研究

Байду номын сангаас
关键词 :测井方法 ; 金属磁记忆 ;套管检测 ; 应力 ;小波分析 ; 阻传感器 磁
中 图分 类 号 :T 9 7 1 E 2 . 文 献 标 识 码 :A
On Te tn te s Co c n r to Zo e o s i g S r s n e t a i n n fBor hoe Ca i g wih ea a n tc M e r e l s n t M t lM g e i mo y
维普资讯
第 3 O卷
第3 期
测
井
技
术
Vo O No 3 L3 .
20 年 6 06 月 文 章 编 号 :0 413 (0 6 0 —180 10 —3 8 20 )30 9—4
W ELL GGI U3 NG TECH NOL OGY
p p r h a d r t u t r f h y t m n r d c d n o i n f a ts n o ic isa eg v a e ,t e h r wa es r c u e o e s s e i i t o u e ,a d s me sg ii n e s r cr u t r i - t s c e t i h r l b l y a d s n i v t . Fa t e , t e a a tv v l t d n i i g me h d a d d t n wi h g e i i t n e st iy h a i i r h r h d p i e wa ee e o sn t o n a a
J n 2 0 u 06
拉压不同应力对磁记忆信号的影响及机理

拉压不同应力对磁记忆信号的影响及机理1.引言磁记忆技术是一种非破坏性检测手段,可以用于金属结构的表面缺陷和裂纹的检测。
应用磁记忆技术需要对其工作原理和影响因素进行深入了解。
本文将重点讨论拉压不同应力对磁记忆信号的影响及机理。
2.磁记忆技术的基本原理磁记忆技术是通过检测金属结构表面的微小磁场变化来判断金属结构的缺陷和裂纹。
每个物质都拥有一定的磁性,在不同的载荷作用下,表面磁场强度会发生微小变化。
磁记忆技术是基于这种原理进行的,使用磁场传感器对金属结构表面的微小磁场进行检测,得出检测数据后,再通过分析处理得出金属结构中的缺陷和裂纹。
3.拉压不同应力对磁记忆信号的影响拉压不同应力会影响金属结构的表面磁场分布,从而影响磁记忆信号。
一般来说,金属结构在不同应力作用下的表面磁场中,磁记忆信号也会有不同的变化。
3.1拉应力对磁记忆信号的影响拉应力会使金属结构表面形变,从而影响表面磁场的分布情况,进而影响磁记忆信号。
一般来说,在拉应力的作用下,表面磁场变弱,磁记忆信号减小。
而当拉应力超过一定阈值时,磁记忆信号会出现饱和现象。
3.2压应力对磁记忆信号的影响与拉应力不同,压应力会导致金属结构表面磁场的增强,磁记忆信号也会随之增加。
当压应力超过一定阈值时,磁记忆信号会出现饱和现象。
4.机理分析磁记忆信号与金属结构的物理性质有关,包括金属的磁性、外界磁场的作用、金属结构的形变等。
拉压不同应力下金属结构表面的磁场分布情况也都不同,这会对磁记忆信号产生影响。
在拉应力作用下,金属结构表面被拉伸变形,形变后的表面磁场分布情况与未形变状态有很大不同,磁场的分布比较均匀,磁强度也大大降低。
这种变化会对表面磁场造成一定的噪声,从而影响磁记忆信号的检测。
相反,在压应力作用下,金属结构表面受到挤压,形变后的表面磁场分布更加集中,磁强度得到增强。
这种变化会对表面磁场产生一定的增强效应,从而增强磁记忆信号的检测。
5.总结磁记忆技术是一种非破坏性检测手段,可以用于金属结构表面缺陷和裂纹的检测。
利用金属磁记忆法检测应力集中

利用金属磁记忆法检测应力集中1、前言金属磁记忆检测法是俄罗斯动力诊断公司的杜波夫教授于1994年提出的,并于近期发展起来的用来检测材料应力集中和疲劳损伤的崭新的无损检测方法。
其原理是利用铁磁工件在受载工作过程中,在应力和变形区域内产生的磁场状态的不可逆变化。
在该区域内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,而且这种磁场状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会被保留,还与最大作用应力具有某种联系。
采用专门的仪器测量工件表面的磁场,即可发现工件上存在的高应力集中部位,而往往在这些部位容易产生应力腐蚀开裂和疲劳损伤,对于高温设备还容易产生蠕变损伤。
金属磁记忆检测法于1998年由杜波夫教授介绍到我国,并于1999年开始在电力部门开展应用。
目前国内一些大学和研究所已经开展了关于检测机理方面的研究工作,并有许多检验单位使用俄罗斯动力诊断公司研制的磁记忆应力集中检测仪器在锅炉、压力容器、压力管道、飞机、气轮机和一些金属结构构件上开展了大量的检测应用,并取得了很多成果。
2、金属磁记忆法的物理原理金属磁记忆法利用的是自然磁性和金属制件的实际变形或组织变化表现出来的自身磁场的变化。
其主要依据为:磁弹性效应和磁机械效应;在应力集中区中在位错壁上磁畴边界形成和增长的效应;在金属自然磁化条件下,组织和机械不均匀性散射(漏)磁场的效应。
3、金属磁记忆法检测中主要采用的参数1)自有漏磁场Hp的法向和(或)切向分量;dHp2)在长度X上的磁场梯度)(dx4、判断金属制件是否存在应力集中的主要依据。
铁磁制件的自然残磁是在其制造过程(熔炼,锻造,热处理)中形成的。
制件实际磁组织产生机制,是结晶后在低于居里点时,并且一般是在地球磁场中冷却时出现的。
同时,实际制件的冷却过程一般是不均匀的,金属表层比内层冷却更快。
制件体积上形成热应力,由其形成晶格和磁组织。
在晶格缺陷和组织不均匀性最集中的部位(如位错滑移部位)产生磁畴边界固结点并以漏磁场法向分量符号变更线(Hp=0线)的形式表现到制件表面。
金属磁记忆检测方法及试验研究

华中科技大学硕士学位论文金属磁记忆检测方法及试验研究姓名:王欢申请学位级别:硕士专业:机械电子工程指导教师:康宜华;武新军20050429摘 要设备的零部件和金属构件发生的损坏,80%是由于各种微观和宏观机械应力集中所导致的疲劳失效。
金属磁记忆检测方法可以实现对铁磁性构件应力集中损伤的早期诊断,对防止突发性的疲劳损伤事故具有非常重要的意义。
本文首先总结了铁磁性构件的各种应力检测方法,对比了国内外的相关研究现状,且从铁磁性材料的磁化理论和基本现象出发研究了磁记忆检测的原理,并在此基础上介绍了用于本课题试验研究的磁记忆检测系统;然后根据金属磁记忆检测原理可以由拉伸试验得到验证的理论,预制了一批钢棒试件进行静拉伸试验过程中的磁记忆信号分布变化与应力场关系的初步定性研究,总结其磁记忆现象的特点,并通过试验分析了磁记忆检测的影响因素;由于钢丝绳受力和结构制造等的复杂性其疲劳检测一直以来很难开展,最后建立了模拟钢丝绳的实际工作状态的试验装置,尝试检测三个不同工作段疲劳循环过程中的磁记忆信号,通过MATLAB软件进行去噪处理后进行分析比较,得到钢丝绳疲劳循环过程中的磁记忆现象的特点。
通过试验可以发现,磁记忆检测根据磁性的变化来判断应力集中和缺陷的存在,大部分零值点和磁场畸变处均对应了应力集中和缺陷。
因此,作为一种新的无损检测方法,无论从理论上还是实践中都是切实可行的。
关键词:铁磁性磁记忆检测应力集中动疲劳静拉伸 MATLABAbstractThe fatigue invalidation made by the kind of microcosmic and macroscopical mechanical stress concentrate 80% resulted in equipment part and metal components damage. The metal magnetic memory testing method can diagnose stress concentrate zone of the ferromagnetic which the damage is going to appear in advance, thus realize to predict destruction. So it is very important to avoid the unplanned fatigue failure.First, the thesis expounded the kind of stress testing of ferromagnetic part and the current developing status around the world, the devise of metal magnetic memory testing system was introduced basing on the elements of metal magnetic memory testing being studied from the quest for the magnetization theory and basic phenomenon of ferromagnetic material. Second, according to the theory of magnetic memory testing can be validated by tension experiment, a passel of steal bar had been made to primary discuss the relation of magnetic signal distributing and stress field under static tension experiment, then summarized the characteristic of magnetic memory phenomenon during the static tension course and analyzed the influencing factor. Finally, because wire ropes fatigue testing is very hard to develop for its characteristic of being forced and construct, so experiment equipment simulating wire ropes actual working estate was been set up to test the magnetic memory signal distributing of three inspected segment during the fatigue circling course at last, the yawp of signal is been eliminated by MATLAB, then attained the characteristic of magnetic memory phenomenon during the circling course by analyzing and comparing the signal .We can find that stress concentrate and flaw can be judged basing the change of their magnetism with metal magnetic memory testing by analyzing the signal, much of point of zero and exception magnetic field is corresponding to them. So metal magnetic memory testing is feasible from theory and practice as a new non-destructive testing.Keywords: ferromagnetic magnetic memory testing stress concentrate dynamic fatigue static tension MATLAB√独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
金属磁记忆论文概述

在应力集中系数Kt=5时做同样的实验
对上两次试验进行比较
竖坐标K为磁场变化梯度, 横坐标为循环次数, 由图可知应变集中系数越大, 在同样的循环次数下K值明 显增加。
结论: 可以推测,服役过程中在裂纹部位的异变峰信号必然具有强烈的 磁场变化梯度,依靠磁场变化梯度 K 值可以辨别应力集中程度不同 的缺陷。
金属磁记忆检测技术在国外的应用情况:
20世纪90年代,俄罗斯学者首先提出一种新的金属诊断 技术———金记磁记忆检测 1999年2月,在莫斯科举办了第一届《使用金属磁记忆法 诊断设备和结构》的国际会议。 近年来,俄罗斯“动力诊断”公司开发的方法和仪表仍 然保持着较大的优越性和领先水平。
测量方法: 1.在每一个测量道上确定磁场Hp的量距 2.传感器1、2之间的距离Δlk不超过管子的壁 厚。 3.评估磁场变化强度系数Kn 4. 表示残余应力集中区。
基本原理: 金属磁记忆法的基本原理是记录处于地磁场环 境下金属设备受工作载荷作用在局部应力集中区里产 生的自有漏磁场。而正是在应力集中区里腐蚀、疲 劳和蠕变过程最剧烈,在这些区域中发生的组织变化 最大。 在应力集中区会形成最大的漏磁场Hp的变化, 这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后继续保 留,从而可以通过检测漏磁场的变化,准确推断出工 件的应力集中区。
焊接裂纹位置的确定:
未经处理的磁记忆检测信号 从图1可以看出,直接利 用金属磁记忆信号确定焊接 裂纹的位置及其定量参数是 非常困难的,必须对其进行处 理,才有可能实现对焊接裂纹 的定量化检测。
裂纹磁记忆曲线一阶微分后的图形 由图2可以看到,在有 预制裂纹存在的位置,一阶 微分后金属磁记忆信号的 幅值要远远大于其它位置, 产生了明显波峰波谷,信号 发生了明显的畸变。 由于焊接裂纹一阶微 分后的金属磁记忆信号具 有正负跳变的特征,可以根 据检测信号的多步长微分 值是否超过门限值为判据, 实现缺陷位置的自动定位。
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中国矿业大学学报第33卷
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测点编号(a)1通道各载荷下磁场分布
测点编号
(b)2通道各载荷F磁场分布
测点编号
(c)3NN各载荷下磁场分布图3各个通道在各载荷下的磁场分布
Fig3Ihemagneticdistributionofeverychannelundeisomeloads
+0kN;十980kN:,十19435kN;+29306kN;*45839kN;+53378kN;+60912kN,:---O--68056kN;一一69450kN
2.2各载荷下测量区域表面的磁场分布
为了形象表示不同载荷下试样整个测试表面的磁场分布状况,下面给出一些载荷下的测量表面的磁场分布图.图4表示各测点组成的测量区域的磁场分布图.图4中3个坐标轴分别表示测量通道、测点在通道的位置和磁场强度的大小.
由图4可见,加载后试样表面磁场重新分布,并随着载荷的增而增大,当载荷69.450kN时,可以看出每个通道前3个点的磁场增加,后3个点下降的趋势,原因在前面已经作了介绍.越靠近U形凹口的通道,磁场越大,中间一个通道最小并且磁场分布较为均匀.
(a)0kN测量送域表面磁场强度分:f}j(b)19,.435kN测量区域表面磁场强度分布
(c)45..839kN测量区域表面磁场强度分布(d)69450kN测量区域表面磁场强度分布
图4测量区域表面磁场强度分布
Fig.4Themagneticintensiondistributionofmeasurementregionundersomeroads2.3断裂前整个试样表面磁场测量结果
为了获取整个试样表面的磁场分布状况,取试
样长度方向上中间200mm范围进行测量,也是图
1所示的5个通道,长度方向每隔1mm采一个点.
图5是以45.839kN为例的测量区域的磁场分布
图,其它载荷下的曲线形状和45.839kN时基本
相同,不在重复列出.
从图5中可以看出,在长度方向上U形口位置附近的磁场值比其他位置要大的多,即以U形
图5试样中问200mm长度范围内的磁场分布
Fig.5Themagneticintensiondistributiondthemiddle200mmofthesample
狮脚瑚啪姗Ⅲ脚m∞
∞
应力集中引起的金属磁记忆现象的研究
作者:陈玉玲, 葛森, 吴淼
作者单位:陈玉玲,吴淼(中国矿业大学,机电与信息工程学院,北京,100083), 葛森(国家锅炉压力容器检测中心,北京,100013)
刊名:
中国矿业大学学报
英文刊名:JOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF MINING & TECHNOLOGY
年,卷(期):2004,33(5)
被引用次数:7次
1.Doubov A A Diagnostics of Metal and Equipment by Means of Metal Magnetic Memory 1999
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引用本文格式:陈玉玲.葛森.吴淼应力集中引起的金属磁记忆现象的研究[期刊论文]-中国矿业大学学报 2004(5)。