《金属磁记忆检测技术》工程测试与信号处理4月18日汇报

选用规格为20mm×300mm×300mm的20钢板对接焊缝试块，首 先采用TSC-2M-8型八通道应力集中磁记忆测试仪沿焊缝扫查，然后 按纵向分区1~6垂直焊缝进行扫查，箭头表示扫查方向，如图所示。 仪器设置测试步长为1mm，探头提离试块表面5mm。考虑地磁场影响 ，试块在同一位置进行测量。
磁记忆检测
6
设备方便携带
仪器结构简单、便携、体积小，同时还能改善劳动 条件，降低劳动强度。
磁记忆检测
优点和局限性
局限性
1
对人工缺陷检验出能力差
对构件上加工的孔、槽等均检测不出。
2
只能检测铁磁性材料构件
非铁磁性材料不具备良好的导磁性。
3
缺少定量分析
检测时只能发现缺陷可能出现的危险部位，尚不能 对缺陷的形状和大小及性质进行定量分析。
磁记忆检测
原理
材料热加工
磁畴重新构造
产生应力集中
磁机械效应
形成漏磁场
1
2
3
4
5
铁质工件在经熔炼、锻造、热处理等加 工工艺时，温度超过居里点，其内部磁 畴组织倍瓦解，磁性消失。当金属冷却 到居里点以下的过程中.
一方面铁磁晶体在重新结晶的同时形成 磁构造.
另一方面，由于材料内部的各种不均匀 性（如形状、结构及含有杂质或缺陷等） 而形成组织结构不均匀的遗传性。 缺 陷 往往是由于应力集中滴水穿石而形成的
磁记忆检测
原理Байду номын сангаас磁机械效应
当把铁磁性材料放到外加磁场中去时，磁畴就会受到外加磁场 的作用，一是使磁畴磁矩转动，二是使畴壁发生位移，最后全部磁畴 的磁矩方向转向与外加磁场方向一致，铁磁性材料被磁化，显示出很 强的磁性。
磁化
磁化
未磁化
部分磁化
完全磁化
磁记忆检测
原理:漏磁场
所谓漏磁场，就是铁磁性材料磁化后，在不连续性处或磁路的截 面变化处，磁感应线离开和进入表面时形成的磁场。
02
磁记忆检测技术
• 发展历程 • 优点与局限性 • 工程应用 • 原理 • 组成设备和仪器 • 展望
磁记忆检测
发展历史
03 1999年10月，在汕头召开的第七届 全国无损检测年会上，杜波夫教授 在大会上向中国学者介绍了磁记忆 检测的原理及应用，揭开了我国在 磁记忆研究领域的帷幕。 1997年，在美国旧金山举行的 第50届国际焊接学术会议上， 以杜波夫教授为代表的俄罗斯 科学家首先提出金属应力集中 区的磁记忆检测效应。
工程应用
试验发现磁记忆信号 有突变现象，如上图所示。 为确定突变信号所示 缺陷类型，对焊接试块分 别进行RT射线检测及 TOFD 超声波衍射时差法 检测，并保留检测结果。
磁记忆检测
展望
因为该技术发展时间不长，还不成熟，其理论基础与应用还有待进一步深入 研究，所以磁记忆检测技术还有好长的一段路要走。综合来说，磁记忆检测技术 的发展趋势主要有：
2000年5月，福建厦门爱 德森公司研制出了亚洲第 一台便携式智能磁记忆检 测仪器。
02
发展历程
01 2010年5月，我国电力部门 发布了我国首个磁记忆检测 标准。
04
磁记忆检测
原理
由于磁记忆检测技术涉及磁性物理学、铁磁学、金属材料学、弹 塑性力学、断裂力学、磁弹性理论、信号与系统分析等多个学科的知 识，所以理解起来比较困难。为了方便大家理解磁记忆检测技术的原 理，我将会在以下几点做简短的讲解。
4
无严格的磁记忆诊断指标
缺陷或应力的评判手段尚不完善，无严格的磁记忆 诊断指标，检测过程受技术人员水平和仪器限制较 大，随机性较大。
5
易受内在因素影响
金属磁记忆属于弱磁信号检测方法，信号易受材质、 缺陷大小和种类、外激励或残余磁场的大小和方向、 表面粗糙度等影响。
磁记忆检测
组成设备和仪器
磁记忆检测仪器是基于磁记忆效应原理开发出来的新型 无损检测设备，由传感器、主机及其它辅助设备组成。 包括由磁敏传感器、微磁测量 (滤波器、放大器)及A ／D 转换器等组成的信号处理电路，以及显示和键盘控制装置， CPU系统等。其中计算机是核心，传感器是仪器的重要部件， 其性能好坏对检测结果影响非常大。
磁记忆检测
原理
目前普遍是以测量磁场变化梯度极大值的绝对值为诊断参数来判断应 力集中程度，即 dH p y
K dx
磁记忆检测
优点和局限性
优点
1
可预测应力集中区
磁记忆检测是以应力和变形集中区为标志的最危险 区域的无损检测方法，通过磁记忆检测可以早起诊 断，并较为准确地评价设备的安全性。
2
磁记忆检测
原理
受载铁磁构件应力集中部位表面的漏磁场分布如图所示，即磁场 的切向磁信号Hp(x)具有最大值，法向磁信号Hp(y)改变符号且具有过 零点。
这种磁性状态的变化是不可逆的，在工件不受其他载荷作用时 会继续保留。因而，通过对漏磁场切向分量Hp(x) 和 法向分量Hp(y)的 测定，便可以准确地推断工件的应力集中部位，从而对工件可能出现 的早期损伤实施有效检测和评估。
保持设备原始状态
对设备外露的部分的检验无需设备停止工作，可保 持零部件在原始状态下进行检测。
3
无需专门磁化装置
不需要专门的磁化设备对构件进行磁化，仅依靠地 磁场的作用就能够对铁制工件进行可靠的检测
4
检测速度快、检测效率高
测试结果重复性、可靠性比较好，检测速度快。
5
检测过程无污染
检测过程不对环境造成污染，符合环境保护要求。
磁记忆检测
原理：磁畴
所谓磁畴，是指铁磁体材料在自发磁化的过程中为降低静磁能而 产生分化的方向各不相同的小型磁化区域，每个区域内部包含大量原 子，这些原子的磁矩都像一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同 区域之间原子磁矩排列的方向不同，如图所示。
磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性，磁畴的磁矩方向各不 相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不 能吸引其它磁性材料。只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示 出磁性。
微传感器
微磁测量 （滤波、放大）
A/D
计 算 机 系 统
显示 报警 串口输出
磁记忆检测
工程应用
金属磁记忆检测技术基于铁磁材料在地磁场和循环应力 作用下的力磁效应机理，通过检测零构件表面的磁场分布， 能够发现早期应力集中和宏观缺陷，在各个方面都有着广阔 的应用前景。
电力
化工
铁路
石油
航空
磁记忆检测
工程应用
与漏磁检测对比
相同点 磁记忆检测技术与漏磁检测技术类似，也是基于铁磁体 的磁弹性效应，利用探测铁磁材料表面或近表面缺陷在磁场 的作用下产生的漏磁场来检测缺陷。并可看为是漏磁检验的 一种特殊形式。
不同点 漏磁检测技术用的是人为的外加磁场，而与之不同的是， 磁记忆检测技术是利用地磁场作为磁化场。在地磁场和载荷 的共同作用下，构件在应力和变相集中区的磁筹结构会在一 定方向取向，局部区域产生漏磁场，而且这种磁场是不可逆 的，
04
磁记忆检测
展望
未来是各种新型检测技术层出不穷的时 代，各种新型检测技术层出不穷的同时我们 也要意识到每个技术有有其优点也有其不足 的地方。学会把握每个技术的优缺点，取长 补短，相互联系，研制开发高维度、高精度、 多参量、多功能、智能化的其他检测方法， 这样才能达到我们所期盼的检测目的。
03
与漏磁检测对比
金属磁记忆检测技术
汇报时间：2018年4月18日 汇报人：谢超杰
目 录 CONTENTS
01
磁记忆检测技术 研究背景
02
与漏磁检测对比
03
疑问
04
01
研究背景
研究背景
随着计算机技术、嵌入式系统技术、传感器技术等快速发展， 无损检测技术和仪器已经呈现出数字化、图像化、 自 动 化 、 智能化 现象 ， 并且还在进一步扩大和发展，即未来会出现越来越多的新型 无损检测技术。
漏磁场形成的原因，是由于空气的磁导率远远低于铁磁性材料的 磁导率。如果在磁化了的铁磁性工件上存在着不连续性或裂纹，则磁 感应线优先通过磁导率高的工件，这就迫使不部分磁感应线从缺陷下 面绕过，形成磁感应线的压缩。但是，工件上这部分可容纳的磁感应 线数目也是有限的，又由于同性磁感应线相斥，所以，部分磁感应线 从不连续性中穿过，另一部分磁感应线遵从折射定律几乎从工件表面 垂直地进入空气中去绕过缺陷又折回工件，形成了漏磁场。
磁记忆检测
原理：居里温度
居里温度又称磁性转变点。低于居里温度时该物质成为铁磁体， 此时和材料有关的磁场很难改变；当温度高于居里温度时，该物质成 为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。铁制工件的 居里温度是768℃。
磁记忆检测
原理：磁机械效应
磁化强度的变化与应力或应变等力学量的变化密切相关 的现象称为磁机械效应。铁磁物质伴随着磁化强度的变化而 产生应变的磁致伸缩即这种效应之一。 此外，当对铁磁体加上应力产生应变时，其内部磁畴排 列、自发磁化的方向也将发生变化，以及由此引起磁化强度 本身也发生变化的所有磁致伸缩的逆效应也属于磁机械效应。
04
疑问
疑问
从漏磁检测技术的原理看来，当施加外应力时，在缺陷 集中的地方和内应力集中的地方，金属磁导率下降，形成内 部磁源，这一内部磁源向金属表面传递，形成漏磁场。即跟 我刚才讲的漏磁检测和磁记忆检测都是基于漏磁信号原理来 的，只不过是一个是人为加的强磁场，一个是利用的地球自 带的弱磁场。 但我查 阅资料的 时 候 发现 ，磁记忆方法是迄今为止对金 属部件进行早期诊断唯一可行的检测方法，那为什么漏磁检 测方法不行呢？
研究背景
目前，我国无损检测水平保持在一个较高的水平，已经 成为了无损检测技术的大国，但还是谈不上是一个无损检测 技术的强国。 我国的无损检测技术仪器主要集中在中低端市场，附加 值低，竞争激烈，而绝大多数高端的无损检测设备还必须依 靠进口。在检测仪器开发方面基本上是跟在别人后面前进， 这些都是我国无损检测界面临的挑战。 众所周知的是，构件的损伤是从量变到质变的过程，除 一些极脆性的材料构件之外，起初出现损伤的原因正是应力 集中现象。常规的五大无损检测技术：超声、射线、磁粉、 渗透和涡流无法对构件的应力集中现象进行有效的评估。 所以今天我要和大家讨论的是一个可以对材料的应力集 中进行确定并对隐性损伤部位进行预估的新型无损检测技术： 金属磁记忆检测技术。
地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载 荷作用时，根据磁机械效应，在应力集 中区域会产生具有磁致伸缩性质的磁畴 组织定向和不可逆的重新取向，而造成 区域中磁通的不连续变化的现象（巴克 豪森效应）。
该部位会出现磁畴的固定节点，产生磁 极，形成退磁场，从而使此处铁磁金属 的的导磁率最小，在金属表面形成漏磁 场。
新技术、新材料不断提 升现有的无损检测技术
新技术和新材料的不断发展，对现有的无损检 测技术带来的新的血液和发展动力。通过新技 术和新材料，可以对现有技术进行改造和提升， 可以提高原有技术的检测精度、可靠性、实用 性以及扩展其应用范围
绿色化
无损检测技术作为紧密和机械工业相联系的一 个技术体系，绿色化也将成为无损检测技术未 来的一个重要检测方向
THANK YOU
感谢大家聆听
磁记忆检测
原理
铁磁性金属零件在加工和运行时，由于受 载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区 域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和 不可逆的重新取向，这种磁状态的不可逆变化 在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用 应力有关。金属构件表面的这种磁状态“记忆” 着微观缺陷或应力集巾的位置，即所谓的磁记 忆效应。
01
找到各种因素之间的 关联，排除其他因素 对磁记忆检测的干扰。
03
设计合理的行走机构 和扫描传感装置，组 成能够适应各种工程 环境的磁记忆检测仪 器和系统。
在微观与宏观两方面 建立起系统的磁记忆 检测理论体系。
02
研究和完善包括切向 分量Hp(x)和法相分 量Hp(y)在内等多参 数磁记忆信号的技术 指标。
新方法不断涌现
尽管很多新方法在原理上没有重大突破，但是 由于新技术、新方法的引入，可以认为其检测 过程、检测装备将与现有的检测技术系统有明 显的区别。
标准化和规范化
无损检测技术的标准化和人才培养的规范化正 在不断加强。
应用范围不断扩展
一方面是对传统的应用范围的要求不断提高， 除了要求探测出缺陷的存在与否，还要进一步 知道缺陷的位置、类型、尺寸及要求对缺陷进 行成像；另一方面，将突破传统领域的检测范 围，无损检测技术将在更宽广的领域得到应用， 比如食品成分检测、人体健康检测等。