磁声发射在钢轨性能无损检测中的应用研究
磁声发射无损检测方法研究进展
1 MAE 应力检测机理分析[3]
铁磁性材料内存在磁矩方向各异的磁畴 ,各磁 畴之间由畴壁相互分开 ,在外部磁场下 ,将产生磁畴 的突然运动和磁化矢量的转动 ,从而以应力波的形 式向周围传播 ,产生所谓的声发射现象。由于这种 畴壁运动是在外磁场作用下驱动的 ,故称磁声发射 。 用声发射接收仪的探头可灵敏接收到这种波动信号 。
Research Advance of MAE Nondestructive Testing Method WAN G J in2feng1 ,FAN J ian2chun1 , To ng Gang2 ,Mo Fei2 ,Qian J in2qiang2
(1. Col le ge of Mechanical an d Elect ronic En gi neeri n g , Chi na U ni versit y of Pet roleum , B ei j i n g 102249 , Chi na; 2. En gi neeri n g De p art ment of T a ri m Oi l f iel d Com p any , Kuerle 841000 , Chi na)
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现场应用[J ]. 石油钻采工艺 ,2003 ,25 (增刊) :30232. [ 6 ] 朱其秀. 国外大斜度井和水平井的采气 (油) 工艺技术
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高速铁路钢轨的电磁检测与故障诊断技术
高速铁路钢轨的电磁检测与故障诊断技术随着高速铁路的快速发展，保障铁路运行安全和高效性成为当务之急。
而钢轨作为高速铁路的重要组成部件，其健康状态直接关系到行车安全与线路的稳定性。
因此，开发并应用电磁检测与故障诊断技术对钢轨进行实时监测和故障诊断，对于保障高速铁路运行的稳定性和安全具有重要意义。
一、电磁检测技术在高速铁路钢轨中的应用1. 电磁检测技术的基本原理电磁检测技术是基于感应电磁法进行的，通过测量钢轨上感应出的电磁信号来判断钢轨的健康状况。
该技术主要包括磁损耗检测、电阻率测量、皮肤效应检测等方法。
2. 磁损耗检测技术磁损耗检测技术是通过在钢轨表面放置磁场感应装置，并记录磁感应强度的变化来判断钢轨的疲劳程度。
根据磁感应强度的变化曲线，可以识别出钢轨的不同疲劳区域，进而进行钢轨的维修和更换工作。
3. 电阻率测量技术电阻率测量技术是通过测量钢轨的电阻率来判断钢轨的健康状况。
当钢轨存在裂纹、疲劳和压应力等问题时，钢轨的电阻率会发生变化。
通过测量不同区域的电阻率，可以精确地了解钢轨的健康状态并采取相应的维修措施。
4. 皮肤效应检测技术皮肤效应检测技术是通过测量钢轨表面感应出的电流和电压来判断钢轨的健康状况。
当钢轨存在裂纹和缺陷时，电流和电压的变化会反映出钢轨的异常情况。
通过分析检测结果，可以及时进行钢轨的维修和更换，确保高速铁路的正常运行。
二、故障诊断技术在高速铁路钢轨中的应用1. 故障诊断技术的基本原理故障诊断技术是采用传感器等设备对钢轨进行实时监测，通过分析采集的数据来判断钢轨是否存在故障并进行精确诊断。
该技术主要包括振动分析、声发射检测、红外热像技术等方法。
2. 振动分析技术振动分析技术是通过采集钢轨振动信号，并对其进行分析来判断钢轨的健康状况。
当钢轨存在裂纹、疲劳和松动等问题时，振动信号会呈现不同的频谱特征。
通过分析频谱特征，可以准确诊断钢轨的故障，并及时采取相应的维修措施。
3. 声发射检测技术声发射检测技术是通过在钢轨上布置传感器来捕获发生在钢轨内部的声发射信号，并将其转化为电信号，再通过计算机进行分析诊断。
轨道交通中钢轨无损检测技术的应用研究
轨道交通中钢轨无损检测技术的应用研究摘要：轨道交通中钢轨是不容忽视的关键组成部分，一旦钢轨出现缺陷，势必会影响到整个轨道交通的稳定通行效果，要求重点做好质量保障工作。
轨道交通钢轨质量保障不仅仅需要从施工安装环节着手，还应该注重把好验收关，确保检测工作较为全面详尽，以此及时发现和处理各个病害问题。
文章以轨道交通中钢轨无损检测技术的应用作为研究对象，在进行简要概述的基础上，介绍了当前常用的一些无损检测技术，希望具备参考借鉴作用。
关键词：轨道交通；钢轨；无损检测技术引言当前轨道交通已经成为很多城市交通体系中必不可少的重要组成部分，为了确保轨道交通安全稳定通行，注重从各个要素着手予以优化把关不容忽视，尤其是钢轨等核心要素，更是需要引起高度关注，避免该方面存在严重隐患和病害问题。
在轨道交通钢轨的严格把关中，除了要重点从前期选材以及施工安装环节入手予以优化控制外，往往还需要重点关注于后续质量验收工作，要求在该环节中采取适宜合理的检测分析手段，准确评估其质量状况，由此规避任何质量病害遗留。
无损检测技术在该方面的运用具备明显优势，也是未来发展的重要方向，值得予以探索研究。
一、轨道交通钢轨无损检测概述轨道交通钢轨作为维系轨道交通安全运行的关键要素，确保其具备理想质量效果极为必要，如此也就需要在规范前期钢轨选用以及安装施工作业的基础上，借助于必要检测技术予以最终把关，严禁存在病害问题的钢轨投入使用。
在轨道交通钢轨检测分析中，为了不影响其后续使用效果，采取无损检测技术成为重要手段，无损检测技术的应用可以在不损伤钢轨的基础上进行全方位检测分析，有助于在评估其密度以及强度的基础上，发现各类缺损问题，进而也就可以顺利把好最后一关。
基于无损检测技术在轨道交通钢轨中的应用效果来看，其最为突出的特点和优势必然是无损伤，可以在全面获取所有钢轨质量参数信息的同时，不会对于钢轨产生损伤危害，如此也就可以较好保障钢轨后续可靠运用，避免了该环节出现的缺损问题。
无损检测探伤方法及其在钢轨探伤中的应用研究
无损检测探伤方法及其在钢轨探伤中的应用研究摘要：随着工业的不断发展，我国工业各方面的事业都在不断发展，其中机械焊接技术也取得了很大的进步。
焊接技术在机械中有着重要的作用，尤其是对于其结构的改进等方面。
机械焊接结构在机械中的重要性不可估量，所以在机械焊接结构中需要进行无损探伤检测，这一技术目前还有待改进。
关键词：无损检测探伤方法；钢轨探伤；应用1常用的无损检测的主要方法（1）射线探伤。
射线探伤主要用于检查焊接中焊缝的内部损伤，主要通过借助X射线的照射，将焊接接头不用照射在相应的相片中或者是荧光屏幕中，以此来评定焊接质量的等级，等级分类主要判断依据是底片中缺陷的形状大小和数量。
通过焊接等级对机械焊接的成品进行相应的质量验收，目前这一检测技术主要应用于锅炉和大型船焊接的无损伤检测。
（2）超声波探伤。
超声波探伤技术顾名思义就是利用超声波对材料内部的缺陷进行探测的一种无损伤检测，所以称之为超声波探伤。
这一技术所使用的超声波的频率一般在0.5MHz~10MHz左右，是一种机械振动。
（3）磁粉探伤。
磁粉探伤主要是利用强磁场，在强磁场中，铁磁性的材料表层的缺陷能够产生漏磁场从而吸收一些铁粉，利用这一现象进行无损检验。
磁粉探伤的方法分类是按照测量漏磁方法的不同可以分为磁粉法和磁感应法等等，应用范围广泛，而且方法比较简便，效率还高。
（4）渗透探伤和全息探伤。
渗透探伤和全息探伤也是无损探伤的主要方法，其中渗透探伤主要利用的是材料的物理性质，有色染料和荧光染料有较强的渗透性，所以可以利用这一性质将焊缝的缺陷显示出来。
所以这一方法又成为荧光探伤。
而全息探伤则是利用激光和声学全息现象进行探测，能够显示出缺陷的三维立体的具体情况，从而对其进行判定。
2无损检测技术的特点无损检测技术就是利用声、光、电、磁等原理检测被检对象是否存在缺陷或不均匀性，并给出缺陷数量、位置、性质等信息，进而判定被检对象的技术状态，同时不损伤其材料特性，保证其使用性能的所有技术手段的总称。
铁路铁轨磁粉探伤技术的研究与应用
铁路铁轨磁粉探伤技术的研究与应用一、引言铁路铁轨作为交通运输的重要组成部分，安全性至关重要。
为保障列车行驶安全，铁轨的检测是至关重要的工作。
本文旨在研究和探讨磁粉探伤技术在铁路铁轨检测中的应用，以提高铁路运输的安全性。
二、磁粉探伤技术概述磁粉探伤技术是一种通过磁性粉末识别并检测金属构件中缺陷的非破坏性检测方法。
它可以有效地检测出铁轨表面和内部的细小裂纹、疲劳断裂等缺陷，具有高效、准确的特点。
三、磁粉探伤技术的原理磁粉探伤技术基于磁力场的作用原理，在被检测物体表面或内部缺陷处形成磁场不均匀分布。
通过施加磁力，使铁粉末在磁场中发生聚集，并在缺陷处形成可见的粉末痕迹，以此来判断缺陷的位置和尺寸。
四、磁粉探伤技术的应用1. 铁路铁轨表面缺陷检测磁粉探伤技术可以对铁路铁轨表面进行快速、准确的检测。
通过施加磁力和铁粉末的吸附，可以清晰地显示出铁轨表面的细小裂纹、疲劳断裂等缺陷，以便及时采取修复措施。
2. 铁轨内部缺陷探测与传统的无损检测方法相比，磁粉探伤技术能够更好地检测到铁轨内部的隐蔽缺陷。
铁粉在磁场中的吸附作用可以使得内部裂纹和缺陷得到清晰展现，为铁轨的维修和更换提供参考依据。
3. 磁粉探伤仪器的创新应用随着科技的发展，磁粉探伤仪器也不断创新。
通过引入先进的图像处理技术和人工智能算法，磁粉探伤技术可以更加准确地分析和判断缺陷情况。
同时，仪器的便携性也大大提高，方便工程师在室外环境进行检测。
五、磁粉探伤技术的优势和局限性1. 优势磁粉探伤技术具有快速、准确的特点，能够对铁轨的表面和内部缺陷进行可靠的检测。
同时，仪器操作简便，适用于各种复杂环境。
2. 局限性磁粉探伤技术需要在铁轨表面施加磁力，对运输线路造成一定的影响。
此外，磁粉探伤技术只适用于铁轨材料，对其他非铁质材料的检测效果较差。
六、结论磁粉探伤技术是一种有效的铁路铁轨检测方法，可以对表面和内部缺陷进行准确可靠的检测。
随着技术的不断创新，磁粉探伤仪器也在不断改进和优化，将为铁路运输的安全提供更可靠的保障。
磁粉探伤技术在钢轨缺陷检测中的应用研究
磁粉探伤技术在钢轨缺陷检测中的应用研究引言随着铁路交通的发展和运输量的增长，保证铁路线路安全运营显得尤为重要。
而钢轨作为铁路线路的重要组成部分之一，其质量和健康状况直接关系到列车的安全和行车的平稳性。
因此，对钢轨进行可靠和精确的缺陷检测至关重要。
磁粉探伤技术作为一种经济、高效且广泛使用的无损检测方法，已经成功应用于钢轨缺陷检测中。
本文将详细介绍磁粉探伤技术在钢轨缺陷检测中的应用研究，包括原理、方法、优势以及一些案例分析。
一、磁粉探伤技术原理磁粉探伤技术是一种基于磁场的无损检测方法，通过在待检测材料上施加磁场，并在其表面涂有磁粉颗粒，在缺陷处形成磁粉留痕，从而成像显示出缺陷的位置和形态。
其原理可归纳为两个关键因素：磁场和磁粉。
首先，施加磁场是磁粉探伤技术的首要条件。
磁场的强度和方向将直接影响到磁粉在测试工件表面的分布情况，从而影响到检测结果的准确性。
钢轨作为待检测的对象，其表面是光滑且不均匀的，因此，为了能够获得良好的磁场分布，通常需要通过适当的磁场助力装置来改善磁场条件。
其次，磁粉是磁粉探伤技术的另一个重要组成部分。
磁粉颗粒的选择和粒径的控制直接影响到检测结果的清晰度和准确性。
一般来说，磁粉颗粒需要具有良好的磁性和流动性，以便在施加磁场后能够快速聚集在缺陷处形成留痕。
同时，磁粉颗粒的粒径应根据待检测缺陷的大小来选择，以确保能够清晰地显示出缺陷的形状和大小。
二、磁粉探伤技术在钢轨缺陷检测中的方法在磁粉探伤技术中，有多种方法可以运用于钢轨缺陷检测。
下面将介绍两种常用的方法：湿法磁粉探伤和干法磁粉探伤。
湿法磁粉探伤是通过在磁场和磁粉的作用下，将液态的磁粉随磁场分布在钢轨的表面以形成显像留痕。
该方法具有操作简单、成本较低等优点，并被广泛应用于钢轨的表面缺陷检测。
然而，该方法需要液态磁粉的制备和处理过程，因此对环境的需求较高。
干法磁粉探伤是指在无液态磁粉的情况下进行检测。
通常，将干磁粉颗粒喷洒在待检测表面上，在施加磁场后，磁粉颗粒将聚集在缺陷处形成留痕。
无损检测中的声发射技术研究与应用
无损检测中的声发射技术研究与应用无损检测（non-destructive testing，NDT）是一种非破坏性检测技术，它能够在不影响被检测物体完整性的情况下对其进行检测。
无损检测在机械、航空、电力、化工等领域得到广泛应用，是保证工业设备安全可靠的重要手段。
声发射技术是无损检测中的一种重要技术，主要应用于金属、混凝土等材料的疲劳损伤、龟裂、渗透等缺陷的检测。
本文将探讨声发射技术在无损检测中的研究与应用。
一、声发射技术的原理声发射是指物体表面发生微小裂纹和变形等异常情况时产生的声波，其频率范围一般在几百赫兹至几兆赫兹之间。
声发射技术是通过监测物体表面的声波信号来寻找和定位缺陷的。
声发射检测系统一般由传感器、信号放大器、模拟滤波器及数据处理器等组成。
传感器是关键部件，其接收材料内部的微小声波信号，并将其转换成电信号输出。
信号放大器将低电平的声发射信号放大后，再通过模拟滤波器进行滤波和去噪处理，最终由数据处理器记录并分析信号。
二、声发射技术的应用声发射技术主要应用于金属、混凝土等材料的缺陷检测。
在金属材料上的应用较为广泛，可用于疲劳损伤、龟裂、脆性断裂等缺陷的检测。
在混凝土检测方面，声发射技术一般用于寻找混凝土中的龟裂、空洞以及钢筋锈蚀等缺陷。
声发射技术在材料疲劳损伤检测中有非常重要的应用，其原理是监测金属材料在加载循环中产生的微裂纹的声波信号。
当材料承受重复的外部载荷时，其内部将产生微小的裂纹，声发射技术可通过监测这些微小裂纹的声波信号来预测金属材料的寿命。
声发射技术在航空、机械等行业的应用较为广泛，可用于检测航空发动机、飞机翼和螺旋桨等重要部件的安全状况。
同时，在火电厂、核电站等重要设备中，声发射技术也常被使用。
其原理是通过监测设备内部的声波信号，发现管道、阀门、轴承、齿轮等部件的缺陷，以避免因缺陷导致的事故。
三、声发射技术的研究声发射技术自问世以来，一直在不断地发展和完善。
近年来，它在无损检测中的应用也有了很大的拓展。
钢轨探伤技术发展与应用分析
钢轨探伤技术发展与应用分析钢轨探伤技术是保障铁路安全和提高运输效率的重要手段之一。
随着铁路运输的迅速发展和技术的不断进步，钢轨探伤技术也在不断发展和完善。
本文将从技术发展和应用两个方面，分析钢轨探伤技术的发展现状和应用前景。
1. 技术发展钢轨探伤技术起源于20世纪70年代初期，最初只能对静止的钢轨进行检测。
随着技术的发展，现代钢轨探伤技术已经具备了对动态钢轨进行全面检测的能力。
目前，钢轨探伤技术主要分为以下几个方面：(1) 超声波探伤技术：超声波探伤技术是目前最主要的钢轨检测方法之一。
该技术通过超声波的传播和反射情况来检测钢轨内部的缺陷和裂纹等问题。
在超声波探伤技术中，主要有纵波、横波、剪切波和表面波等不同类型的波。
(2) 磁场探伤技术：磁场探伤技术主要是针对钢轨表面和内部的磁性材料进行检测。
该技术的主要手段是应用磁感线圈产生的磁场对钢轨进行探测，从而检测钢轨表面和内部的缺陷和裂纹。
(3) 光学相干层析成像技术：光学相干层析成像技术是近年来发展非常迅速的一种钢轨检测技术。
该技术主要利用光学和计算机技术，通过软件处理和分析图像数据，实现对钢轨表面和内部缺陷的检测。
(4) 超磁导体探伤技术：超磁导体探伤技术是一种最新的、基于超导原理的钢轨探伤技术。
这种技术主要是利用超磁导体的磁场变化来检测钢轨的缺陷和裂纹。
2. 应用前景钢轨探伤技术的发展，可以有效提高铁路的安全性和运输效率，具有广泛的应用前景。
首先，随着铁路交通网络的不断扩大和提高，钢轨的数量将会不断增加。
因此，钢轨探伤技术的存在和应用必不可少，可以帮助铁路企业及时发现和解决钢轨问题，从而保障铁路运输的安全性和正常运行。
其次，随着技术的进步和应用的扩大，钢轨探伤技术将会越来越受到广泛的关注和应用。
未来，该技术将会继续向更加智能化、高效化的方向发展，不断提高检测效率和检测准确度。
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第13卷 第1期1998年3月实 验 力 学JOU RNAL O F EXPER I M EN TAL M ECHAN I CSV o l.13 N o.1M ar.1998磁声发射在钢轨性能无损检测中的应用研究Ξ侯炳麟 周建平(北方交通大学,100044) (空军蓝天网架厂,072750)彭 湘 许子龙(北方交通大学,100044)摘要 根据磁声发射(M A E)强度与应力的依从关系,对退火钢轨进行了应力标定,并测量了U74新轨的残余应力。
又根据M A E强度随材料相对疲劳度的变化规律,探讨了用M A E法估测钢轨剩余寿命的可行性。
关键词 钢轨 疲劳 磁声发射 无损检测 剩余寿命 残余应力钢轨是铁路系统的重要基础构件,其力学性能的优劣直接影响到运输安全,因此在役钢轨的实时无损检测对及时发现事故苗头,确保铁路运输的安全,具有重要的经济意义和社会意义。
本文仅就作者近年来用磁声发射原理对钢轨残余应力(包括温度应力)的检测和对在役钢轨疲劳寿命预测的试验研究工作做一简介。
磁声发射(M agnetic A cou stic Em issi on,M A E)是近年发展起来的一种磁性无损检测技术。
它利用铁磁材料中磁畴壁在外磁场下往复振荡和磁化矢量的转动而产生应力波的原理研究由此导致的声发射现象。
由于无论构件是否处于受载状态,只需在特定外磁场强度下,就能反映材料所处状态的特定性质。
因此M A E比传统的声发射(A E)技术操作更为简便易行,测量数据更稳定,容易实现对钢轨等铁磁性材料制成的构件性能的定量检测。
1 M A E法工作原理 铁磁性材料内存在磁矩方向各异的磁畴,各磁畴之间由畴壁相互分开,在外部磁场下,将产生畴壁的突然运动和磁化矢量的转动[1],从而以应力波的形式向周围传播,产生所谓声发射现象。
由于这种畴壁运动是在外磁场作用下驱动的,故称磁声发射。
用声发射接收仪的探头可灵敏地接收到这种波动信号。
铁磁材料在外磁场作用下,由于晶格的弹性变形,其长度,体积都出现改变,即产生磁致伸缩效应。
当材料磁化后,畴壁出现突然运动,随着磁场的增强,畴壁运动速度加快,当局部总能量达到最小值时,畴壁停止运动。
在运动时相邻两畴内磁致伸缩不一致而出现位移便引起Ξ1997328M A E 脉冲信号。
这种信号的大小和方向可用一个放大的磁畴区域体积∃V 3内的非弹性应变张量∃Ε3表示,当输出峰值电压信号为V p 时,有如下关系式:V p =C ∃Ε3 ∃V 3 Σ式中C 为材料常数,Σ为∃Ε3增长变化的时间,∃Ε3依赖于磁致伸缩的系数。
研究表明[2],M A E 信号强度与产生非弹性应变的体积成比例。
当材料局部外磁场强度保持不变时,M A E 信号强度随所受应力的变化而变化,不管产生应力的原因是外加载荷引起还是本身残余应力。
利用M A E 的这一特性,我们对无应力的退火钢轨进行了加载过程的M A E 信号强度标定,又据此对实际钢轨残余应力作了无损测量。
M A E 信号强度除与应力有关外,材料的塑性变形,微观结构及热处理工艺等都是M A E 强度的影响因素。
材料的疲劳过程是一个相当复杂的塑性累积损伤过程。
金属材料在循环应力下的塑性累积损伤导致材料性能的不断劣化,这种劣化表现在塑性变形下材料内产生滑移-微裂-裂纹扩展-断裂的全过程。
已有资料表明,在疲劳损伤过程的各阶段,由于塑性变形所产生的塑性累积损伤和材料硬化特性改变的程度不同,其材料性能随之由不同的变化[4,5,6],使铁磁材料内畴壁克服内应力、位错、空穴等障碍而运动的能力也有不同变化。
鉴于此,我们用轨钢试样,在其经历不同循环加载次数后,使之产生不同程度的疲劳损伤,然后在相同的磁场强度下测取其M A E 信号强度,发现M A E 强度随疲劳损伤程度的不同产生有规律地变化,这为估计构件的疲劳损伤程度进而预测剩余寿命提供了一个直观、简便的检测手段。
2 M A E 法测量钢轨残余应力 钢轨在轧制、校直和热处理及线路铺设焊接时往往产生很高的残余应力,残余应力的存在使钢轨的承载能力下降,常带来难以预料的行车事故。
另外无缝线路钢轨在环境温度高于或低于铺设温度时,轨内的温度应力大到一定程度也会造成线路的胀轨跑道和断轨事故。
长期以来用无损方法测定轨内残余应力、温度应力一直未得到很好的解决。
我们利用自制的U 型磁化器和一台单通道声发射仪,完成了国产钢轨M A E 特性和全尺寸钢轨加载标定试验,并对60kg m U 74新轨的残余应力作了检测,得到较好的结果。
2.1 标定试验1.设备为获取足够灵敏的M A E 信号,对U 型磁化器用50H z 的交流电为试样提供了足够的磁场强度。
磁化器的磁化特性曲线,即激磁电压V e 与磁场强度H 关系曲线如图1所示。
试样取自60kg m 的U 74退火钢轨,保持全截面尺寸,制成拉、压试样。
U 74轨钢化学成分和力学性能如表1所示。
表1 U 74轨钢化学成分(%)和力学性能CSi M n P S Ρb (M Pa )Ρs (M Pa )Ω(◊)Ρ-1(M Pa )0.726.260.840.0180.018923.549023.5300 标定试验装置示意图见图2,其中主要设备有204B 单通道声发射仪,其系统最大增益108dB ,探头中心频率175kH z ;交流电压调压器0～250V 连续可调;CT -3型毫特斯拉计;整流滤波器及X -Y 记录仪等。
99 第1期 侯炳麟等:磁声发射在钢轨性能无损检测中的应用研究 试验中发现与能量有关的有效值电压V RM S 作表征参数灵敏度较高,数据稳定,背景噪声干扰小。
图1 U型磁化器磁化特性曲线图2 试验装置示意图2.试验过程与结果用100吨万能机加载,将U 型磁化器沿试样纵向固定在试样的测试部位,再将A E 仪的探头耦合在试样表面的磁化区域附近,然后进行拉压加载试验。
试验结果如下:(1)通过测取的数据绘出零载荷下(试样不受力)磁化器的V e -H 磁化特性曲线如图1所示。
(2)对试样拉压加载表明,不同受力和不同磁场强度下试样不同部位测点的M A E 强度有明显区别,故标定试验必须按钢轨不同部位分轨顶、轨腰和轨底分别进行,图3,4分别为拉压试验时轨顶部位的V e -V RM S 曲线。
由图可见在相同磁场下V RM S 随载荷增加而单调下降。
(3)为提高曲线分辨力,采用V RM S 曲线面积法对图3,4各曲线作数值积分求曲线下的面积F ,可得到钢轨不同部位测点的F -Ρ曲线,图5为轨顶部位的F -Ρ曲线。
2.2 钢轨残余应力的实测利用M A E 所得的标定曲线图3～5,对U 74新钢轨进行残余应力的实测,其结果如表2。
可以看出,轨头、轨底存在残余拉应力,而轨腰存在残余压应力,应力数值与文献中破损检测结果相近[7]。
至于残余应力的符号判别比较复杂,我们曾利用M A E 波形规律来区分应力符号,但这种方法还需进一步研究分析。
01 实 验 力 学 (1998年)第13卷 表2 U 74新轨残余应力实测结果测试部位F (V 2)P (t )Ρ(M Pa )轨 顶197.2923.830.00轨 腰163.10-55.2-69.5轨 底179.50100.5127.2图3 轨顶拉伸M A E 标定曲线 图4 轨顶压缩M A E 标定曲线3 钢轨钢疲劳寿命的测定 用无损检测手段预估构件寿命的研究,目前集中于材料机械性能的退化和冶金结构的变化以及对构件已有裂纹的监测等方面。
有裂纹的构件,则直接用断裂力学方法估算其剩余寿命[8,9]。
目前国内学者已尝试用测定金属材料显微硬度[5],铁磁材料磁致伸缩逆效应[6]估计材料疲劳损伤状态,进而预测残余寿命。
我们在应用M A E 原理于轨钢疲劳试验时发现,M A E 强度随载荷循环次数的增加有较强的规律性变化。
遵循这种规律,可以用M A E 强度的变化表征材料的疲劳损伤程度,并进而预测残余寿命。
3.1 试验及结果试验材料为U 74轨钢,试样取自轨顶及纵向,形状如图6。
试验在SCH EN CK PR S -250101 第1期 侯炳麟等:磁声发射在钢轨性能无损检测中的应用研究 图5 轨顶F -Ρ标定曲线试验机上进行。
加载频率5H z ,R =-1。
试验每经过一定循环次数N 后,停机取下试样作M A E 测量,测量参数仍用有效值电压V RM S ,直到试样疲劳断裂,记下相应循环次数N f 。
将试验循环应力幅值取为4级,其相应的疲劳寿命N f 及测取信号方式列于表3。
表3 疲劳试验方案序号循环应力幅(M Pa )N f (×104次)信号测取方式13452.15每103次测值一次23157.34每104次测值一次330511.59每104次测值一次430019.51每104次测值一次 按照M iner 线性累积损伤准则,取循环次数N 与N f 之比N N f 作为试样的相对疲劳度,可得到V RM S -N N f 关系曲线,图7为试样4的V RM S -N N f 曲线。
图6 疲劳试样3.2 结果分析由图7可看出,随着循环次数N 的增加,V RM S 相应增大,约在N N f =0.2(N =40000次)201 实 验 力 学 (1998年)第13卷 时,达到最大值。
此后V RM S 随N N f 增加逐渐减小,直至疲劳破坏。
还可看到,磁化器激磁电压V e 越高,磁场强度H 越大,上述规律越明显。
这说明在一定的磁场强度下,试样的M A E 强度与循环次数(或相对疲劳度)间有明显的对应关系,当N N f 达到一定值后,V RM S -N N f 间具有明显的单调递减规律。
图7 不同激磁电压下的V RM S -N N f 曲线已有文献表明,材料的机械性能在循环载荷下是变化的[5],随着循环次数的增加,材料产生的塑性累积损伤增加,材料的硬化量也在变化。
含碳量较高的U 74轨钢为循环硬化材料。
加载初期,材料疲劳损伤少,随着N N f 的增加,材料虽仍为循环硬化,但由于循环疲劳损伤加剧,晶体位错滑移增大,材料的局部不均匀性更加明显,使磁畴壁运动受的阻碍增大,M A E 强度便随之降低。
当V RM S 降到最低时,N N f 达到1,试样便出现疲劳破坏。
本文使用相对疲劳度的概念,目的是对在役构件剩余寿命和安全工作状态作出估测。
只要得到V RM S -N N f 关系曲线,在适当考虑了测量中主要影响因素后,便可以通过测取实际构件的M A E 强度指标,估测出构件目前所处的损伤状态和构件的剩余寿命,而不必考虑构件的载荷作用历史,也省去大量繁杂的材料疲劳试验。
4 结论 1.根据铁磁性材料磁畴壁运动对应力和疲劳损伤敏感的原理,对钢轨残余应力和剩余寿命进行了M A E 法无损测量,得到的F -Ρ应力标定曲线有明显的单调对应关系,V RM S -N N f 曲线在达到一定相对疲劳度后,也呈单调对应关系。