LT-C21磁測(cè)法應(yīng)力檢測(cè)儀
前言
金屬磁記憶檢測(cè)法是俄羅斯動(dòng)力診斷公司的杜波夫教授于1994年提出的，并于近期發(fā)展起來(lái)的用來(lái)檢測(cè)材料應(yīng)力集中和疲勞損傷的嶄新的無(wú)損檢測(cè)方法。其原理是利用鐵磁工件在受載工作過(guò)程中，在應(yīng)力和變形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)狀態(tài)的不可逆變化。在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向的和不可逆的重新取向，而且這種磁場(chǎng)狀態(tài)的不可逆變化在工作載荷消除后不僅會(huì)被保留，還與作用應(yīng)力具有某種聯(lián)系。采用專門(mén)的儀器測(cè)量工件表面的磁場(chǎng)，即可發(fā)現(xiàn)工件上存在的高應(yīng)力集中部位，而往往在這些部位容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和疲勞損傷，對(duì)于高溫設(shè)備還容易產(chǎn)生蠕變損傷。
金屬磁記憶檢測(cè)法于1998年由杜波夫教授介紹到我國(guó)，并于1999年開(kāi)始在電力部門(mén)開(kāi)展應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)一些大學(xué)和研究所已經(jīng)開(kāi)展了關(guān)于檢測(cè)機(jī)理方面的研究工作，并有許多檢驗(yàn)單位使用俄羅斯動(dòng)力診斷公司研制的磁記憶應(yīng)力集中檢測(cè)儀器在鍋爐、壓力容器、壓力管道、飛機(jī)、氣輪機(jī)和一些金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件上開(kāi)展了大量的檢測(cè)應(yīng)用，并取得了很多成果。
1、金屬磁記憶法的物理原理
金屬磁記憶法利用的是自然磁性和金屬制件的實(shí)際變形或組織變化表現(xiàn)出來(lái)的自身磁場(chǎng)的變化。其主要依據(jù)為：磁彈性效應(yīng)和磁機(jī)械效應(yīng)； 在應(yīng)力集中區(qū)中在位錯(cuò)壁上磁疇邊界形成和增長(zhǎng)的效應(yīng)； 在金屬自然磁化條件下，組織和機(jī)械不均勻性散射（漏）磁場(chǎng)的效應(yīng)。
2、金屬磁記憶法檢測(cè)中主要采用的參數(shù)
1）自有漏磁場(chǎng)Hp的法向和（或）切向分量；
2）在長(zhǎng)度X上的磁場(chǎng)梯度) (dx dHp
3、判斷金屬制件是否存在應(yīng)力集中的主要依據(jù)。
鐵磁制件的自然殘磁是在其制造過(guò)程(熔煉，鍛造，熱處理)中形成的。制件實(shí)際磁組織產(chǎn)生機(jī)制，是結(jié)晶后在低于居里點(diǎn)時(shí)，并且一般是在地球磁場(chǎng)中冷卻時(shí)出現(xiàn)的。同時(shí)，實(shí)際制件的冷卻過(guò)程一般是不均勻的，金屬表層比內(nèi)層冷卻更快。制件體積上形成熱應(yīng)力，由其形成晶格和磁組織。在晶格缺陷和組織不均勻性最集中的部位(如位錯(cuò)滑移部位)產(chǎn)生磁疇邊界固結(jié)點(diǎn)并以漏磁場(chǎng)法向分量符號(hào)變更線(Hp=0線)的形式表現(xiàn)到制件表面。Hp=0線相當(dāng)于制件有磁阻力的斷面并代表殘余應(yīng)力集中區(qū)。大量的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)Hp=0線同應(yīng)力集中線是吻合的。在試樣拉力試驗(yàn)中，也多次取得Hp=0線同試樣頸變和后續(xù)斷裂部位相吻合的結(jié)果。
用試樣作實(shí)驗(yàn)還證明，如果試樣金屬組織是均勻的并且沒(méi)有明顯缺陷，則表示殘磁分布狀況的磁場(chǎng)Hp的分布也具有均勻性質(zhì)，并取決于制件的形狀及其相對(duì)于外部地球磁場(chǎng)的位置。所以在采用磁記憶法檢測(cè)應(yīng)力集中時(shí)很關(guān)鍵的步驟是找到制件自身磁場(chǎng)強(qiáng)度Hp=0的位置。利用儀器做到這點(diǎn)非常容易?？梢栽谥萍蠘?biāo)注出Hp=0線的位置或形狀。要評(píng)估應(yīng)力集中水平，需要確定Hp=0線上磁場(chǎng)Hp法向分量的梯度值（變化強(qiáng)度）。梯度值是表示應(yīng)力集中區(qū)金屬磁性變化強(qiáng)度的，自有漏磁場(chǎng)梯度值或應(yīng)力強(qiáng)度磁系數(shù)也是由磁場(chǎng)Hp變化強(qiáng)度表示的。梯度值越大則其應(yīng)力集中水平就越高。
如前所述，在理想狀態(tài)下，制件自身磁場(chǎng)Hp具有均勻分布應(yīng)的性質(zhì)，但由于種種原因很容易出現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)的變化，并表現(xiàn)為磁場(chǎng)Hp的不均勻分布。制件自身磁場(chǎng)的這種局部不均勻分布會(huì)表現(xiàn)為梯度值的變化。變化大的位置，其梯度值就高，相應(yīng)的該位置的應(yīng)力集中水平就高。我公司的儀器可直接計(jì)算出梯度值并以圖形的形式顯示出來(lái)。在總結(jié)了大量的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象：梯度值大的位置，往往這里也是磁場(chǎng)Hp=0的位置，位置相同或距離上非常接近。而磁場(chǎng)Hp=0的位置卻不一定都伴隨著大的梯度值。我們發(fā)現(xiàn)梯度值能更直接的指示應(yīng)力集中水平及其所在位置，而找出Hp=0線可以作為梯度值判定的有力補(bǔ)充。運(yùn)用梯度值和Hp=0這兩種手段來(lái)進(jìn)行判斷，使應(yīng)力集中檢測(cè)變得十分容易。
4、對(duì)使用磁測(cè)法應(yīng)力集中檢測(cè)儀的幾點(diǎn)建議
1）在檢測(cè)時(shí)沒(méi)有必要一定開(kāi)啟對(duì)大地磁場(chǎng)的補(bǔ)償。開(kāi)啟補(bǔ)償雖然可以得到制件自身的磁場(chǎng)強(qiáng)度值，但由于傳感器的靈敏度很高，有可能感應(yīng)到制件本身的磁場(chǎng)，會(huì)影響補(bǔ)償值。而且我們需要的參數(shù)為磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化量，是否抵消地球磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)的變化（梯度值）并無(wú)影響。可以把同來(lái)補(bǔ)償?shù)膫鞲衅髡{(diào)整到用來(lái)檢測(cè)的方向，這樣還能增加檢測(cè)的面積。關(guān)閉補(bǔ)償通道只對(duì)Hp=0的位置有影響，但可以在軟件中加以調(diào)節(jié)，使所有測(cè)量到的磁場(chǎng)曲線向上移動(dòng)地球磁場(chǎng)值40A/m。
2）檢測(cè)最關(guān)鍵的是找到梯度值大的位置，對(duì)于一般的應(yīng)用可以不用考慮Hp曲線的形狀（Hp的值與制件上應(yīng)力的大小沒(méi)有直接關(guān)系，Hp的值高或低不能代表應(yīng)力的高低，真正有應(yīng)力集中的位置是Hp值變化在很短的距離內(nèi)變化大的位置）。所以在檢測(cè)前可以先在設(shè)置中把顯示方式設(shè)置為ALL dH/dx，顯示所有通道的梯度值。直接用梯度值去判斷哪里有應(yīng)力集中的現(xiàn)象存在。
3）檢測(cè)時(shí)掃描裝置在行走時(shí)不要抖動(dòng)或停頓，這樣容易造成測(cè)量錯(cuò)誤，使某處梯度值變大。
4）在檢測(cè)到有應(yīng)力集中的位置時(shí)，先做標(biāo)記。確認(rèn)其梯度值的大小，再用探頭多重復(fù)幾次以進(jìn)行驗(yàn)證，避免其他原因引起的誤判。然后可以在該點(diǎn)附近區(qū)域多掃描幾次，把整個(gè)應(yīng)力集中區(qū)都找出來(lái)，并在制件上畫(huà)出應(yīng)力集中區(qū)或線?？梢园延袘?yīng)力集中區(qū)的部位的掃描數(shù)據(jù)單獨(dú)存儲(chǔ)下來(lái)，以便于傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上分析。
5）在對(duì)振動(dòng)時(shí)效設(shè)備的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，可以著重驗(yàn)證有應(yīng)力集中部位的振動(dòng)效果。即在振動(dòng)前先找到是否有應(yīng)力集中，然后進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效。振動(dòng)后只比較有應(yīng)力集中區(qū)域的測(cè)量數(shù)據(jù)。這樣不僅能減小工作量，節(jié)省大量的時(shí)間，更能使振動(dòng)和檢測(cè)的結(jié)果更有說(shuō)服力。
