基于磁记忆的铁磁性构件定量无损检测研究
一种崭新的金属诊断技术—磁记忆检测技术
维普资讯
陈军 一种崭新 的金属诊断技术一 磁记忆 检测技术
应用技术 ・ 呢？这是 由于铁磁 晶体 的微观结构特点决定 磁机械效应共 同作用的结果。铁磁学研究表
・
的。通常 ， 铁制工件在经过熔炼 、 锻造 、 热处 明，弹性应力对铁磁体不但产生弹性应变 ， 理等加工工艺时 ，温度大大超过居里点 ， 构 而且还产生磁致伸缩性质 的应变。 在应力 盯 件 内部 的磁畴结构会被重新组织 ， 磁性会消 作用下 ， 磁畴壁将改变其 位置 ， 同时 自发磁 失 。随后在金属冷却 到居里点 以下 的过 程 化也将改变其方 向。因此 ， 铁制工件某一部 中， 一方面铁磁晶铁在重新结晶的同时重新 位在周期性负载和外磁场 （ 如地球磁场 ） 作 形成磁构造 ； 另一方面会 由于材料内部 的各 用下会 出现残余磁感应和 自磁化 的增长 。 种不均应性 （ 如形状 、 结构及 含有夹 杂或缺 陷等） 而形成组织不均匀的遗传性 。这些组 ３ 与 目前 常规无损检测方法的 区别 织结构 的不均匀 部位往往 是缺陷或 内应力 集 中的部位 ， 由于磁机械效应 的作用会 出现
唯一行之有效 的无损检测方法 。
垂 直的负荷 Ｐ的情况下做拉力试验 ， 直至试 样断裂 。从图 １ｂ 可见 ， （） 该试样的断裂正好 出现在应力集中线处 ［ ｐ ）０ 。 Ｈ （－ ］ ｙ 铁 磁体在应力 的作用下具有磁 弹性效
２ 磁 记忆检测原理
磁记忆检测 磁记忆检测 的物理基础包括 ： 金属天然 应早 已为铁磁学的研究所证实 。 磁化条件下组织 和机械强度不 均匀造成 的 最重要 的贡献在于 只需 要通 过铁制 工件表
主题词 ： 磁记忆 无损检测 应力集中 早期诊断 检测技术
１ 引言
磁记忆
被检测构件表面不需要进行预处理 ;分别区分塑性变形区 和出弹性变形区。
操作简单快速,可重复性好和可靠性高;确定金属层滑动面 位置和产生疲劳裂纹的具体位置。 可以准确可靠地探测出被检测对象的应力集中部位或微 观缺陷部位 ,可以将裂纹在金属组织中的走向和是否继续 发展显示出来。 是迄今为止唯一有效的铁磁构件早期诊断方法。
发展方向
深入研究磁记忆检测机理
发展磁记忆检测方法的不同组合
建立裂纹的几何形状与应力值之间的数据库
研发磁记忆检测机器人
问题
做疲劳试验没有考虑到所用仪器的磁化作用，导 致测的数据有偏差，是不是制定量化标准的一大 障碍？ 地磁场的存在是否是诱发铁磁构件应力集中区形 成漏磁场的必要条件？ 什么样的材料围起来的空间没有磁场？ 管道表面的磁场信号强度在垂直面上随着远离管 道是否成线性变化？（先从条形磁铁下手）
俄罗斯学者杜波夫1997年公开提出金属磁记忆检测技术。
1999年来到我国参加了中国第七届无损检测年会时介绍 了该种无损检测方法 ,由此金属记忆检测技术在我国兴起 研究浪潮。 2002年俄罗斯焊接协会制定了焊接接头磁记忆检测标准。
磁记忆技术的国内外现状
DOUBOV教授提出了磁记忆效应学说, 基于磁机械效应、自发 磁化及磁致伸缩效应，认为磁记忆是利用构件载荷作用下形成 的位错滑移带区域而出现自由漏磁场。国内对磁记忆检测机理 研究有两个主要的观点: 任吉林等从能量平衡角度来解释了铁 磁体内部磁畴的畴壁发生不可逆的重新取向排列, 形成漏磁场, 提出了基于铁磁学基本理论的能量平衡说。仲维畅从电磁学角 度解释了在电磁感应作用下, 铁磁性材料的非对称弹塑性应变, 进而解释了金属磁记忆的磁机械效应。
磁记忆检测
第2章与磁记忆检测有关的基础知识
• 磁记忆检测技术是一种专门用来诊断铁磁 性部件应力集中的新型无损检测技术，因 此深入理解铁磁性物质的基本特点和基本 现象以及其力学特性等对于研究磁记忆检 测的原理显得非常重要。
物质的磁性
• 磁性是物质的基本属性之一。 • 当外磁场发生改变时，系统的能量也随之改变， 这时就表现出系统的宏观磁性;从微观角度看，物 质中带电粒子的运动形成了物质的元磁矩，当元 磁矩取向为有序时，便形成了物质的磁性。 根据 物质磁化后对磁场的影响，可以把物质分为三大 类:使磁场减弱的物质称为抗磁性物质;使磁场略 有增强的物质称为顺磁性物质;使磁场剧烈增加的 物质称为铁磁性物质。抗磁性物质的磁化率x为负 （数量级约为-10-6～-10-3），顺磁性物质的磁 化率x为正（数量级约为-10-6～-10-2），而铁磁 性物质的磁化率x很大。
与磁记忆有关的力学性质
• 在连续介质中，作用于物体的机械力一般 可以分为三种类型，即外部体载荷、外部 面载荷和内部载荷。 • 外部体载荷又称为外部体积力或简称为体 力 • 外部面载荷又称为外部表面力或简称为面 力。 • 内部载荷是物体内部各粒子对相互作用的 结果，因此是一种内力
• (1) 可准确可靠地探测出被检对象上以应力 集中区为特征的危险部件和部位，是迄今 为止对金属部件进行早期诊断的唯一行之 有效的无损检测方法； • (2) 不需要专门的磁化设备，而是利用地磁 场这一天然磁场源对工件进行磁化，从而 能对铁制工件进行可靠的检测； • (3) 不需要对被检工件的表面进行清理或其 他预处理，对工件表面的检测可在线进行； • (4) 检测重复性和可靠性好； • (5) 能实现快速检测，提高了检测效率。
• 美国爱荷华州立大学(Iowa State University)无损评估中心的D. C. Jiles等 人以及加拿大女王大学(Queen‘s University)物理系的D. L. Atherton等人于 上世纪八十年代初开始，在铁磁性材料的 磁机械效应、磁滞特性、磁化特性、应力 对一些磁特性（磁滞现象、磁化特性和磁 致伸缩效应等）的影响以及对铁磁性物质 的磁无损检测方面做了大量的研究工作从 大约10年。
金属磁记忆检测方法的应用
一
、
金 属磁 记 忆 方 法
探伤等方法 确定具体的缺 陷存在 。 金属磁记忆检测方法能够 同时完成两项实际任务 ：
一
金属磁记忆检测技术是无损检测领域的一项新技术 ，
它不 同于其他常规无损检测方法的独特之处在于能对铁
磁金属构件的应力集 中、失效 、损 伤等进行快速 、准确 的早期诊断 ，以防止设备发生突发性的疲劳破 坏。 该 方法 的原理是利用铁磁制件在应 力和变形集 中区
忆检测等方法 。在确定管路 、设备 和结构 的应 力变形状
态时 ， 目前获得 日益广泛应用的方法是金属磁记忆法 。 它 集 中了非破坏检测、断裂 力学和金属学的潜在 能力。
本任务 ，就是在检 测对象上确定 出以应 力集 中区为标 志 的最危险的区段和 部件 ，然后在 应力集 中区采用超 声波
检测 手段难 以实施检测的部位 （ 如原油主管线开孔接管 的角焊缝 、第一 圈板与罐 底板 的角焊缝 等）能够 实现高 效和 准确检 测。金 属磁记 忆检测 方法操 作简便 ，对检测
环境要求不 高 ，高效快速 ，在大 型储罐 的无损检测领域 具有广 阔的应用前景 。
是评估焊接接头应 力变形状况 ，并 找出残余应 力
集中区 （Ｃ Ｓ Ｚ）损伤发展 的主要根源 。 二是减少传统性 检测方法 （ 如超声 、 ｘ射线等 ） 的工 作量 ，并提 高焊接接头无损检测的效率 。 对于接触点焊 、 管子接触焊 、 丁字焊角焊 、 小厚度焊
接接头 （ｒｍ 以下 ） ６ ａ 、三通式焊接接头 等型式 的焊接 接
研制 出了磁记忆检测仪——Ｅ 一 ００ 属诊断仪（Ｌ ＭＳ ２０ 金 ／通
发现检测结果 的重现性很好 ，定 位精度准确 ，检测结论
金属磁记忆检测技术机理
金属磁记忆检测技术机理、概况及应用2006年6月2日摘要：介绍金属磁记忆检测技术的机理、发展、现状、目的和意义，用一个应用实例初步评价了磁记忆检测技术的有效性，提出了磁记忆技术发展的近期和远期目标，展望了应用前景。
金属磁记忆检测技术可以准确可靠地探测出铁磁构件以应力集中为特征的危险部位，是迄今为止对金属构件进行早期诊断的唯一可行的无损检测方法。
金属磁记忆检测法利用处于地球磁场中的铁磁性金属的磁性能在应力和变形集中区内产生不可逆变化，在金属与空气边界出现磁导率跃变，其表面产生漏磁场，测试该漏磁场便可无损、快速、便捷、准确地确定铁磁性金属结构上的应力和变形集中区即设备上最危险的区段和部位，进行强度和寿命的诊断。
这种技术弥补了传统无损检测方法的不足，具有以下显著的特点，①是一种能以高准确度确定检测对象上以应力和变形集中区为标志的最危险区域的唯一无损检测方法，可以通过早期诊断较为准确地评价设备的安全性。
②对设备外露部分的检测无需设备停止工作。
③无需对被检测对象表面进行去除涂层、打磨等预处理，降低了成本。
④原理可靠，特征信号明显，去除人为因素，结果准确性高。
⑤能够实现快速检测 (1OOm／h)和检测自动化，以便对设备进行 i00 快速扫查，提高效率，避免漏检。
⑥利用地球磁场，无需专门的磁化装置，从而使检测设备体积小、重量轻、成本低，同时能改善劳动条件，降低劳动强度。
金属磁记忆检测技术的机理磁记忆原理可以表述为：处于地磁环境下的铁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，并在应力与变形集中区形成最大的漏磁场 H的变化。
即磁场的切向分量 H (z)具有最大值．而法向分量 H (y)改变符号且具有零值点。
这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后继续保留。
从而通过漏磁场法向分量 H (y)的测定，便可准确推断工件的应力集中部位。
磁记忆检测原理可以由拉伸试验得到验证。
研究证明，产生金属磁记忆的原理是磁弹性效应。
磁性无损检测新技术1
从磁场信号的形成来看，磁性检测可分为：
➢剩余磁场检测法(Residual Field Testing，
简称RFT)；
➢有源磁场检测法（Active Field Testing，
简称AFT）
➢金属磁记忆检测法（Metal Magnetic Memory，
简称MMM）
1.2.1 磁化方式
1 交流磁化方式
➢交流磁化方式以交流电流激励电磁铁产生磁场磁 化被测构件。
➢在被测构件中，交流磁场易产生集肤效应和涡流， 且磁化的深度随电流频率的增高而减小，因此在 漏磁法中这种磁化方法只能检测构件表面或近表 层裂纹等缺陷。
➢在主磁通法中具有一定的应用特点，交流磁化强 度容易控制，大功率50Hz交流电流源易于获得, 磁化器结构简单，成本低廉
➢金属材料不同，其产生磁场和记忆磁场的程度也 不一样，一般来讲，铁磁性构件的这一现象更明 显，因而应用相对广泛
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.2 按磁场信号测量方法的分类
从磁场信号etic Flux Leakage Testing，
简称MFL法)
磁性无损检测技术的特点 以磁场为工作媒介； 以磁敏感器件为测试手段； 以机械化、自动化和智能化为实现方式； 易于实现非接触检测和在线实时检测
1.1 磁性无损检测技术分类
1.1.1 按磁场信号形成方式的分类 1.1.2 按磁场信号测量方法的分类 1.1.3 按检测结果表现形式的分类
1.1 磁性无损检测技术分类
1.2 铁磁性构件的磁化技术
1.2.1 磁化方式化方式 5 综合磁化法
➢在某些测量中，如主磁通法（MMF）检测中，直 流磁场难以激发出检测信号，而只用交流磁化时 又会受到磁导率急剧变化的影响，因而需要用到 直流和交流磁场综合磁化方式，即先用直流励磁 器将被测构件磁化到近饱和区域，此时材料的磁 导率变化成缓慢下降的直线，再在直流磁场上叠 加一交变磁化场激发，从而获得较好线性度的输 出信号通常称此时的直流磁场为偏磁场，它的主 要作用是减小磁导
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。
管道常规的无损检测方法介绍
管道常规的无损检测方法介绍近年来，随着国民经济的迅速发展，我国石油与天然气的需求量逐年攀升，石油与天然气管道得到迅猛发展，截止2013年，我国的油气管道总长度已达10.6万km[1]。
因此，管道的安全输送对保障我国能源供应和国民经济的发展具有重要意义。
油气管道在运行工程中，由于受到材料本身缺陷、焊接、施工、腐蚀和外界干扰的影响，可能造成管道应力集中、变形、腐蚀减薄与穿孔，裂纹和一些焊接缺陷等，导致输送效率下降，输送介质泄露等安全事故。
油气管道的输送介质为易燃易爆物质，一旦发生事故将造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失，对社会将造成巨大的负面影响。
以四川的12条天然气管道为例，每103km管道的年平均事故为4.3次。
图1.1为1969-2003年的事故原因统计数据，由图可知事故主要以腐蚀，施工缺陷和外部干扰为主[2,3]。
图1.11969-2003年四川天然气管道事故统计工程上为了避免管道事故的发生，常采用无损检测技术对管道的缺陷进行检测。
传统的管道检测方法包括射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测和漏磁检测等。
虽然这几种技术已成熟，且得到广泛的应用，但其仅对对宏观缺陷的检测效果明显，而不能对微观缺陷和应力集中进行有效的检测，所以不能提前预知事故的发生。
金属磁记忆现象是指在地磁场中，铁磁材料在应力的作用下，其内部磁畴方向发生不可逆的重新取向，内部微观结构发生改变，从而引起其附近的漏磁场信号增大的现象。
金属磁记忆检测技术是一种基于应力集中的检测方法，不仅可以检测宏观缺陷，还能对微观的内部缺陷和应力集中进行检测，即能够实现铁磁材料损伤和失效的早期诊断。
该技术虽然得到了广泛的理论和应用研究，但其机理尚未完善，也不能实现定量检测。
同时对于管道检测方面，大多是针对地面管道的检测研究，而对于埋地管道的非接触式检测却研究很少。
本文通过对磁记忆技术的理论研究，以期解决管道检测的关键技术——管道上方自漏磁场在空间的分布规律，对金属磁记忆技术在埋地管道的应用具有一定的指导意义，同时为金属磁记忆技术的定量解释提供理论了一种新的思路。
基于磁法探测理论的钢结构变形监测研究
用 和 电子 计 算机 技 术使 磁 法探 测 进 入 了一 个 高精 度 测 量 和 自动 化 解 释 阶 段 。 本 文 利 用 磁 场 强 度 与 空 间 位 置 关 系原
理 ， 立 了磁 法探 测 理论 在 钢 结构 变形 监 测 中的 优 化模 型 。应 用 积 分 理 论 中 的剖 分 方 法 解 决非 规 则 钢 结 构 变形 体 磁 建 场 强 度 的 计 算 问题 。通 过 对 承 压 变形 的 长 方体 钢 板 进 行 检 测 数 据 正 演 实验 ， 出挠 度 与 磁 场 强 度 的 相 关 方程 ， 步探 得 初
＋
Ｏ ｇｚ
棚（
棚（ ｚ ／ 蕊
图 １ 直 立 圆柱 体
一
）
一 ｚ： Ｊ （ ， 、 ５ ＋ Ｔ Ｈ Ｉ ） Ｉ
这里 ： 为 圆柱体 的磁 导率 ， ， ， 为 圆柱 体 的 感应磁场强度 ， 为 Ｐ点坐标 ， 圆柱体的高度。 ，， Ｈ为
探 测技 术 的相 关 定 位几 何 量 精度 有 了更 好 的保 障 ， 使
其 应用 于变形 监测 的可能 性大 大加 强 。为 此本 文对 磁
法探 测在 钢结 构 变形 监 测 中 的应 用 进行 探 索 ， 以 下 从
三个 方 面 阐述 这种方 法 的可行性 ： （ ） 释 磁 法 探 测 理 论 ， 化 磁 法 探 测 理论 在 钢 １解 优 结构 变形 监测 中应用 的计算 模型 ； ． （） ２ 对含预制微小 孔洞缺 陷的钢板进行 磁法正演 理 论计算 ， 并用 Ｔ Ｃ １ ４探测仪进行磁 场实测 ， 比理论 Ｓ 一 Ｍ一 对
一
足 的发展 ＿ 如采用 高密度 磁法 对早 期 垃圾 埋 场地 进 １ ，
行定 量探测 的应 用 ； 高精 度 航 磁 在有 害废弃 物环 境 调
基于力磁耦合的金属磁记忆检测机理与仿真
陷对构件表面空间磁记忆信号的影响 ， 这就是基于力磁耦合的磁记忆检测机理 。
２ 应力与磁导率 之间的关系
根 据铁磁 学 的相关 研究 可知 ， 在无外 部磁 场无 应力作 用 的情况 下 ， 于稳定 状态 的磁 晶体 内总 的 自由能 处
为 ｜ ¨：
Ｅ＝Ｅ ＝Ｅ ＋ ＋Ｅｆ ＾ ｄ Ｅ ＋Ｅ ＋Ｅ （） １
Ｎ ６ ｘ ｙ＝Ｂ ＡＡ Ａ Ｂ （） ９
式中： ～为材料 的弹性 模量 ； ｘ△ Ａ ，ｙ分别 为钢构 体单 元 的长和 宽 。当磁化 状 态达 到饱 和 时 ， 此时 Ｂ＝Ｂ ＝Ｂ ，
式（） ８ 可写 为 ：
Ｎ ｘ ｙ＝ ＡＡＡ （０ １）
式 中 ： 为饱 和磁感 应强 度 ； 为饱 和磁致 伸缩 系数 。式 （ ） Ｂ Ａ ９ 与式 （０ 相 比可 得 ： １）
为磁 记忆 效应 产生 的 内在原 因是外 加应 力载荷 使铁 磁性 构件 产生很 高 的应力 能 ， 了抵 消应 力能 ， 为 会使 构件 磁 能发 生相应 的变 化 ， 构件 整体 能量达 到最 小 。宏观 表现 为磁记 忆信 号切 向分 量 出现极大 值 ， 使 而法 向分量
改 变极性 并 出现过零 点 ， 通过分 析磁 记忆 信号 的特 征可 以对微 观缺 陷进 行定 位检测 。
（） ３
式 中 ： 。 、 为材 料 的各 向磁致伸 缩 系数 ； 、 ０ 为方 向与 磁化方 向的夹 角 。当材 料 为磁 致伸 缩 各 向 Ａ 。 Ａ… ］ ０、， 同性 时 ， Ａｔ ： … ：Ａ ， 即 ［ｏ Ａ １ ５上式可 以进 一步 简化为 ： ｏ
Ｅ ＝一— Ａ ｃｓ０ ６ ６０２ （） ４
式 中 ： Ｅ 为磁 晶体 各 向异性 能 ； 为磁 弹性能 ； Ｅ Ｅ 为弹性 能 ； 为外 磁场能 ； 为退磁 能 。 Ｅ Ｅ 当铁磁 构件 受到外 界应 力 的作用 时 ， 晶体将发 生相 应 的应 变 ， 生 较 大 的应力 能 ， 时 晶体 内总 的 自由 产 此
基于磁记忆检测技术的应力磁效应仿真分析
ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｒ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ：ｉ ｔ ’ Ｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｌａ ｋ ａ ｇ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ — ｉ ｃ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ｓ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｆ ａ ｃ ｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ
近年 来 兴 起 的 磁 记 忆 检 测 技 术 是 一 种 新 型 铁
规 律 ，即试 件 的 磁 化 强 度 随 应 力 的变 化 关 系 。本 文以 ２ ０号钢 试样 为 例 进 行 有 限元 仿 真 ，分 析 构 件
摘
要 ：金属磁记忆检测技术是近年来发展起 来 的可预先 检测铁 磁试件 应力集 中、疲劳 损伤程度 的评价 方
金属磁记忆方法在压力容器检验中的应用
金属磁记忆方法在压力容器检验中的应用发布时间：2022-12-05T03:44:49.805Z 来源：《工程建设标准化》2022年第15期第8月作者：宋扬[导读] 由于压力容器的特殊性，宋扬37060219901004****摘要：由于压力容器的特殊性，如果在使用中出现了磨损、开裂等问题，很容易发生内部的巨大压力，从而导致安全事故，从而对人身和财产造成威胁，所以，压力容器的检测是各个行业的重点。
本文首先介绍了金属磁性存储器和磁性存储器的基本知识，并对其在压力容器的测试中的具体应用进行了深入的探讨，以期明确其具体的使用方法，从而提高整个压力容器的质量。
?关键词：金属磁记忆；压力容器；实验原理；应用?引言金属磁记忆法是一种新型的非破坏性测试技术，它的基本原理是通过对内部的磁场进行探测，明确部件的缺陷和潜在的风险，具有早期诊断和不需要特殊的磁化设备等特点，在实际中的应用更加突出。
压力容器大多携带有气体和液体，一旦发生裂纹或磨损，在承受较大的内压时，将会增加发生安全事故的危险。
根据国家有关法规和要求，定期进行压力容器的检查，其中，金属磁性记忆法具有很多优点，可以在压力容器检查中及时发现相应的应力集中点，从而大大提高了整个压力容器的质量。
1金属磁记忆检测技术原理和特征分析1.1金属磁记忆检测技术原理铁磁材料处于应力作用下拥有磁机械、磁弹性效应，金属处于实际应力作用下，内部形成位错运动，形成相应的滑移。
错位运动受相应阻碍时，会发生汇集的应力，即便将外力予以去除，仍具有存留的应力，残留应力的存在导致结构内自由可显著增加，结合实际相关规范和要求分析，体系内自发进行的过程是降低整个体系自由能的过程，所以对铁磁整个构件而言，为从本质层面降低整个体系的自由能，实际应力集中区处于地球磁场作用下，产生磁范围内的自发转动，形成相应的磁极，充分依托磁能形式将部分集中应力引发的弹性能抵消。
其结果处于金属表面产生特定的漏磁场，进而产生磁记忆，检测该漏磁场分布基本特征，可精准获取构件应力集中部位及大小分布，检测造成应力集中的区域和存在缺陷的主要部位。
磁记忆
1无损检测一般有三种含义，即无损检测NDT（Nondestructive Testing）、无损检查NDI （Nondestructive Inspection）和无损评价NDE （Nondestructive Evaluation）。
目前所说的无损检测大多指NDT。
一般地说，NDT 仅仅是检测出缺陷；NDI则是以NDT检测的结果为判定基础，对检测对象的使用可能性进行判定，含有检查的意思；而NDE 则是指掌握对象的负载条件、环境条件（如断裂力学中预测材料的安全性及寿命等）下，对构件的完整性、可靠性及使用性能等进行综合评价。
目前的无损检测技术正在由NDT 向NDI 和NDE 等方向过渡，这就要求无损检测工程师不仅要检测出已经出现的缺陷及其分布部位，更要能够在产生破坏前对构件（含寿命、缺陷的发展趋势等）进行预测和评估。
相比较而言，传统的方法（磁粉、X-射线、涡流、超声波等）大都用来寻找那些业已出现了的缺陷，不能预防设备的意外疲劳损伤，而这正是运行中的设备损坏和产生事故的主要根源,针对铁磁构件的早期诊断，近年来兴起的金属磁记忆检测（Metal Magnetic Memory Testing，MMM）不失为一种有力的手段.磁记忆检测技术实际上是一种漏磁检测技术，和其他磁方法不同的是，检测时不需要外加磁场，整个过程都在地磁场中进行。
在地磁场作用下，磁力线通过缺陷的不均匀分布，出现应力集中现象；同时，由于金属内部存在着多种内耗效应（如粘弹性内耗、位错内耗等），势必造成动态载荷消除后，加载时形成的应力集中区得以保留，并具有相当高的应力能。
因此，为抵消应力集中区的应力能，磁畴壁开始位移，并改变其自发磁化方向，从而引发磁畴组织的重新取向排列而形成磁极，在构件表面产生漏磁场。
金属磁记忆方法(MMM)的基本原理就是利用高灵敏度的磁敏探头记录和分析产生在铁磁构件和设备应力集中区或缺陷区中的自有漏磁场的分布情况，据此可以判断构件的缺陷或应力集中状态。
基于金属磁记忆效应30CrMo钢应力集中试验研究
基于金属磁记忆效应30CrMo钢应力集中试验研究兰清生;张路根;刘伟成;汤新文;张琦;宋凯【摘要】针对工程应用中工件应力集中程度问题,通过设定在不同载荷作用下,利用三维金属磁记忆检测系统对30CrMo钢平板试样进行在线检测试验研究,分析切向合成分量Hp(xy)和法向分量Hp(z)以及相关的梯度值的变化情况.结果表明,随载荷的增加,试样表面磁信号幅值出现先增大、后减小、再增大的变化,试样表面磁信号幅值及其梯度特征值最大值的变化趋势有良好的一致性.并且探讨试样在不同应力集中状态下的李萨如图当量面积的变化,为研究铁磁性材料的应力集中定量评估提供依据.%Aiming at the problem of stress concentration in engineering application,the three-dimensional metal magnetic memory detection system was used to test the 30CrMo steel plate samples under different load conditions.The tangential composition Hp (xy) and the vertical component Hp (z) were analyzed and the correlation gradient change the value of the situation.The results show that the magnetic signal amplitude of sample surface firstly increases,then decreases and then increases with the increase of the load,and there is a good agreement between the magnetic signal and its gradient eigenvalue.In addition,the change of the area equivalent ratio of the Lissajous-figure closed area under different stress concentrationis discussed,which provides the basis for the study of stress concentration and quantitative evaluation of ferromagnetic materials.【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2017(034)012【总页数】7页(P8-14)【关键词】磁记忆检测;应力集中;梯度【作者】兰清生;张路根;刘伟成;汤新文;张琦;宋凯【作者单位】江西省锅炉压力容器检验检测研究院,江西南昌330029;江西省锅炉压力容器检验检测研究院,江西南昌330029;江西省锅炉压力容器检验检测研究院,江西南昌330029;江西省锅炉压力容器检验检测研究院,江西南昌330029;江西省锅炉压力容器检验检测研究院南昌分院,江西南昌 330006;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TH142.2;TG115.20 引言金属磁记忆检测技术(Metal Magnetic Memory Testing，MMMT)因能够进行早期的无损检测评估[1-2]，而被广泛应用于检测铁磁性材料构件，该技术无需外加激励磁场且无需进行材料表面处理，是继声发射之后第2个利用结构自身发射信号的方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｕ ｆ ｍ ｓ ｍｐｌｎｇ ｙｓ ｅ ｎｉｏｒ ａ ｉ ｓ ｔ ｍ ｉ ｄ ｓｇｎ ｄ ｉ ｄ ｒ ｏ ｍ ｐ ｏｖ ｔ ｒ ｓ ｔ ｓ ｅ ｉ ｅ ｎ ｏｒ ｅ ｔ ｉ ｒ ｅ ｈｅ ｅ ｕｌｓ’ ｓ ａ ｉｉｙ ｆ ｔ ｂ ｌｔ ｏ ｍ ａ ｎｅ ｉ ｅ ｏ ｙ ｔ ｓ ｉ ｇ， ｎｄ ｔ ｘｐｅ ｉ ｎｔ ｌｒ ｓ ｔ ｆ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ａ ｌ ｚ ｄ ｇ ｔｃ ｍ ｍ ｒ ｅ ｔｎ ａ ｈｅ ｅ ｒｍｅ ａ ｅ ｕｌｓ ｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｎａ ｙ ｅ ．Ｔｈ ｘ ｒｍ ｅ ａ ｅ ｅ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌ ｒ ｓ ｔ ｈｏ ｔ ｔｌｆ— ｆ ｓ ｌｔｌ ｎｆｕ ｎｃ ｙｓ ｅ ｓ ａ ｌｔ ａ ｃ ｎ ｎ ｐ ｅ ｓ ｇ ｅ ｔｉ ｅ ｕｌｓ ｓ ｗ ｈａ ｉｔｏ ｆｈａ ｉｔｅ ｉ ｌ ｅ ｅ ｏｎ ｓ ｔ ｍ ｔ ｂｉｉｙ， ｎｄ ｓ ａ ｎｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｈａ ｒ ａ ｎ— ｆｕｅ ｃ ｎ ｓ ｓ ｅ ｓ ａ ｌｔ ｌ ｎ ｅ ｏ ｙ ｔ ｍ ｔ ｂｉｉｙ． Ｋｅ ｒ ｓ： ｇ ｔｃ ｍ ｅ ｏ ｙ；ｉｔ ｏ ｆ ｕ ｆ ｒ ｓ ｍｐｌ ｙ ｗｏ ｄ ｍａ ｎｅ ｉ ｍ ｒ ｌｆ— ｆ ； ｎｉｏ ｍ ａ ｅ
能 ， 时为 了使铁 磁构 件 内的总 自由能趋于 最小 ， 此 在
３ 实验 分 析
３ １ 提离 值对 磁记忆 定量 检测 的影 响 ． 在 相 同 的采样 速 率 和扫 描 速度 条 件 下 ， 将探 头 提 离值逐 渐 增 大 进 行 检 测 ， 测 结 果 如 图 ３所 示 。 检 由图 ３中信号 变化 幅度 可 见 ， 提离 值 逐 渐 增 大 的 在 情 况下 ， 磁场 变化 曲线及 其 峰值几 乎没有 改 变 ， 场 磁 曲线 的梯度 变化 峰值位 置也 基本 固定 。采用 峰 一峰 值进行 定量 分析 时 ， 计 算 结 果 的影 响 较 小 。这 说 对 明在表 面粗 糙和 污垢 附着 等 恶 劣 条件 下 ， 用 磁 记 利
忆方法 进行 检测 时 ， 由于探 测 器 振 动 而产 生 的提 离
磁机械 效应 的作 用下 必将 引起构 件 内部 的磁 畴在 地 球磁场 中做 畴壁 的位 移甚 至作不 可逆 的重新 取 向排 列， 以增加 磁 弹性 能 的形 式 来 抵 消 应 力 能 的 增 加 。 同时， 为抵 消应 力能 ， 在磁 机械 效应 的作用 下 引发 的 磁 畴组织 的重 新取 向排 列亦 会 保 留 ， 在 应 力 集 中 并 区形 成类 似缺 陷 的漏 磁 场 分 布形 式 ， 场 切 向 分量 磁 Ｈｐ ｚ 为局 部极 大值 ， （） 而法 向分量 Ｈｐ ｙ 的符 号 发 （） 生 改变 ， 且具 有过零 点 特征 ， 图 ２所示 。结 合上 面 如 两 种现 象进 行分 析 ， 进入 铁 磁 构 件 的应 力 集 中区 当
基于磁记忆的铁磁性构件定量 无损检测研究
孙 鑫 ，王 卫 国 ，褚 丽 娜 ，李 伟
（ 械 工 程 学 院 电 气 工 程 系 ，河 北 石 家 庄 军 ００ ０ ） ５ ０ ３
摘 要 ：为 提 高 磁 记 忆 检 测 结 果 的稳 定 性 ， 计 匀 速 采 样 系 统 ， 且 针 对 系 统 的 实 验 结 果 进 行 分 析 。 由实 验 结 果 得 设 并
收 稿 日期 ：２ ｌ一１ｌ ；修 回 日期 ：２ １ －５２ Ｏ １Ｏ一 １ ０ １０—５
项 目来 源 ：军 队 科 研 计 划 项 目
机 只需 在单 线程 情 况下 完成 三个 步骤 ： 首先 ， 步进 将 电机和 采集 卡 的“ 动 指 令 ” 启 送人 相 应 控 制 接 口 ； 其 次 ， 系统定 时器 ， 续 将 Ａ／ 用 连 Ｄ采 集 卡 缓 冲 区数 据 读回； 后 ， 最 向步 进 电机 和 采 集 卡 发 送 “ 束 指 令 ” 结 。 在这 种工 作方 式 下 ， 样 数 据采 集 和步 进 电机 脉 冲 采
Ｐ 计 算 机 Ｃ
采 样 探 头 机 构
传感器控制程序
数据分析 系统
采 集卡 Ｌ
控制板 ｌ ’
＿．
ＰＣ 程 Ｌ控制 序
控Ｌ ｌ． １ 进电 ｌ ＰＣ 广 步 机 制 器 ＿ ＿ ＿
１ ｌ
图 １ 匀 速 采 样 系 统 结 构 框 图
感 器 的输 出信 号经 由调 理板 处理 后 ， 通过 Ａ／ Ｄ采集
控制 分别 由独 立 的 计 算 控 制单 元 完 成 ， Ｐ 与 Ｃ计 算
作 者 简 介 ：孙 鑫 （ ９ ９ ） １ ７ 一 ，男 ，学 士 ，讲 师 ．
军 械 工 程 学 院 学 报
机无 关 ， 避免 了操 作 系统 中多 个 不 同优 先 级 进 程抢
占 Ｃ Ｕ 时 间片而造 成 的采样 间隔 不一致 问题 。 Ｐ
夹 角 的数学 表达 式为
Ｉ Ｄ ）一 ｌ （ Ｄ 上＋ （ ／ １ ＿ Ｃ Ｓ ２ ， ｐ／ ０ ） Ｏ ０ 一 ＿
ａ 法 向 分量 ）
‘
ｂ 切 向 分 量 ）
图 ２ 磁 场 法 向分 量 和 切 向分 量特 征 图
式 中 ：／和 』 分 别为平 行 于 Ｍ 和垂 直 于 Ｍ 的 电阻 ｆ Ｄ Ｄ 【
率； ０为磁化 强度 与 电流方 向 的夹 角 。
计算 出漏 磁场 Ｙ轴 方 向 的分 量 强度 ～ 。其 数学 表
达 式 为
Ｈ 一 ・
ｎ
磁 阻 传 感 器 最 关 键 部 分 是 电路 中 的 惠斯 通 电 桥 。 当外加 磁 场 后 ， 电桥 的 电 阻变 化 ｚ 引起 传 感 Ｓ Ｒ 器输 出电压 【 ， 变化 ， 。 其数 学表 达式 为
于磁 记忆 的峰 一 峰值 计 算 方 法 进 行 数 据 处 理 ， 以此
减 小 恶劣 环境 引起 的采 样误 差 ， 高检测 精度 。 提
１ 匀 速 采 样 系 统
１ １ 匀速 采样 系统 结构 设计 ．
匀速采 样 系统 结构 如 图 １ 示 。图 １中步进 电 所 机 动作 由 Ｐ Ｃ控 制 器 根 据 接 口指 令 独 立 控 制 。传 Ｌ
ＮＤＴ ｓ ｄ ｏ ｈｅ Ｍ ｅ ａ ａ ｎｅ ｉ ｅ ｏ ｙ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｔ ｌＭ ｇ ｔｃ Ｍ ｍ ｒ
ＳＵ Ｎ ｉ Ｗ Ａ ＮＧ ｅ— ｏ， Ｘ ｎ， Ｗ ｉｇｕ ＣＨ Ｕ — ａ， ｅ Ｌｉｎ ＬＩＷ ｉ
（ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｅ ｔｉａ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ， ｄ ａ ｃ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｃ ｌ ｇ ， ｈｊ ｚ ｕ ｎ ０ ０ ０ Ｃｈｎ ） Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｆＥｌｃｒｃ ｌ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｏｒ ｎ ｎ ｅＥ ｇｎ ｅｉ ｏｌ ｅ Ｓ ｉａ ｈ ａ ｇ ５ ０ ３， ｉａ ｎ ｅ ｉ
时 ， Ｈｐ ） 其 （ 必然 会 出现 一个 峰值 ， （ 由于 过 Ｈｐ ） 零 点 则会 出现两 个 符 号相 反 的峰 值 ； 远 离应 力 集 而 中 区时 ， （ ） Ｈｐ（ ） 将趋 于一 个恒定 值 。 Ｈｐ ｘ 和 ｙ值 ］ ２ ２ 峰 一峰值 计算 方法 ． 根 据磁 记 忆信 号 的切 向分 量 特 点 ， 磁 性 材料 铁
畴 的极化 方 向重新 统一 ， 复 其灵敏 度 】 恢 。
利 用峰值 相 互作用 关 系 ， 对法 向分 量 Ｈｐ ） （ 进
行分析 可得 到数 据拟合 结果 Ｅ 引。
２ 磁 记 忆 检 测 技术
２ １ 磁 记忆 信号 特征 ． 构 件 中应 力 集 中 区 的 形 成会 积 聚很 高 的 应 力
其中：
十
式 中 ：６为裂纹 开 口宽 度 ； ２ ｄ为 裂 纹深 度 ； 为铁 磁 材 料相 对磁导 率 ； 裂纹 表 面 磁 荷 面密 度 ； Ｈ 为施 加 的磁 场强度 。
感器 的输 出特性 改 变 ， 敏 度 降 低 。针 对 这一 现 象 灵
可 以利用 置位 和复 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 电 流带 上 施 加 脉 冲 ， 内部 磁 使
出 提 离 值 对 系 统 稳 定 性 的影 响较 小 ， 描 速 度 对 检 测结 果 稳 定 性 的影 响较 大 。 扫
关 键 词 ：磁 记 忆 ；提 离 值 ；匀 速 采 样 中 图分 类 号 ：Ｔ １ ． ８ Ｇ１ ５２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｒｅｅ ｒ ｈ ｏ ｅｒ ｍａ ｎ ｔ ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｔ ａｉｅ ｓａ ｃ ｎ Ｆ ｒｏ ｇ ｅｉ Ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｃ Ｑｕ ｎ ｉ ｔ ｔ ｖ
卡 （ 试用 ＡＤ９ １ 测 １ ４型 号 ） 冲 区输 入 Ｐ 缓 Ｃ计 算 机 。 在 这种 控 制结 构下 ， Ａ／ 以 Ｄ采 集卡 为核 心 的数 据采 集 部分 和 匀速 步进 电机控 制 的探测 器 机械 部分 分别 由独立 处 理单元 完 成 。在全 部检 测过 程 中 ， Ｃ计算 Ｐ
ＨｐｔＪ ｙ
Ｊ
Ｈｐ
１ ２ 磁阻传 感器 ．
物质在 磁场 中电阻发 生变化 的现 象称 为磁 电阻
效应 。磁 电阻 效应有 普通 与各 向异性 磁 电阻效应 之 分 。各 向异性 磁 电阻效应 指 当外加 磁场偏 离强 磁性 金属 （ 、 、 及其 合 金 ） 铁 钴 镍 内部 的磁 化 方 向 时 ， 属 金 的电阻减 小 ， 而平 行 时 基本 上没 有 变 化 。玻 莫合 金 薄 膜 的电阻率 ｐ依 赖 于 磁 化 强 度 Ｍ 和 电流 Ｉ方 向
在 评价 零件 的应 力 分 布 状 态 方 面 ， 属 磁 记忆 金 方 法具 有广 泛 的 应用 领 域 。当 前 ， 内外 已有 大量 国 采用 磁 记忆 方法 进 行 缺 陷 判 断 和分 析 方 法 的研 究 。 由于磁 记忆 检测 方法 通常 是在 表 面粗糙 和 污垢 附着 等 恶劣 条件 下进 行 的 ， 工 手 动 探 测 器采 样数 据 的 人 可靠 性 往往 会受 到 不 利 环境 因 素 的较 大 干 扰 ， 其 尤 对提 离 值 及 扫 描 速 度 影 响 较 为严 重 。针 对 这 一 问 题， 笔者 利用 Ｐ Ｃ和 步进 电 机 构 成 匀 速 采 样 系 统 ， Ｌ 通过 自动机械 装 置对铁 磁 性构 件进 行检 测并 采用 基