LT-C21磁測法應(yīng)力檢測儀
前言
金屬磁記憶檢測法是俄羅斯動力診斷公司的杜波夫教授于1994年提出的，并于近期發(fā)展起來的用來檢測材料應(yīng)力集中和疲勞損傷的嶄新的無損檢測方法。其原理是利用鐵磁工件在受載工作過程中，在應(yīng)力和變形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的磁場狀態(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，而且這種磁場狀態(tài)的不可逆變化在工作載荷消除后不僅會被保留，還與作用應(yīng)力具有某種聯(lián)系。采用專門的儀器測量工件表面的磁場，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)力腐蝕開裂和疲勞損傷，對于高溫設(shè)備還容易產(chǎn)生蠕變損傷。
金屬磁記憶檢測法于1998年由杜波夫教授介紹到我國，并于1999年開始在電力部門開展應(yīng)用。目前國內(nèi)一些大學(xué)和研究所已經(jīng)開展了關(guān)于檢測機理方面的研究工作，并有許多檢驗單位使用俄羅斯動力診斷公司研制的磁記憶應(yīng)力集中檢測儀器在鍋爐、壓力容器、壓力管道、飛機、氣輪機和一些金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件上開展了大量的檢測應(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際變形或組織變化表現(xiàn)出來的自身磁場的變化。其主要依據(jù)為：磁彈性效應(yīng)和磁機械效應(yīng)； 在應(yīng)力集中區(qū)中在位錯壁上磁疇邊界形成和增長的效應(yīng)； 在金屬自然磁化條件下，組織和機械不均勻性散射（漏）磁場的效應(yīng)。
2、金屬磁記憶法檢測中主要采用的參數(shù)
1）自有漏磁場Hp的法向和（或）切向分量；
2）在長度X上的磁場梯度) (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程(熔煉，鍛造，熱處理)中形成的。制件實際磁組織產(chǎn)生機制，是結(jié)晶后在低于居里點時，并且一般是在地球磁場中冷卻時出現(xiàn)的。同時，實際制件的冷卻過程一般是不均勻的，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(如位錯滑移部位)產(chǎn)生磁疇邊界固結(jié)點并以漏磁場法向分量符號變更線(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)。大量的實驗研究證實Hp=0線同應(yīng)力集中線是吻合的。在試樣拉力試驗中，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。
用試樣作實驗還證明，如果試樣金屬組織是均勻的并且沒有明顯缺陷，則表示殘磁分布狀況的磁場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于外部地球磁場的位置。所以在采用磁記憶法檢測應(yīng)力集中時很關(guān)鍵的步驟是找到制件自身磁場強度Hp=0的位置。利用儀器做到這點非常容易。可以在制件上標(biāo)注出Hp=0線的位置或形狀。要評估應(yīng)力集中水平，需要確定Hp=0線上磁場Hp法向分量的梯度值（變化強度）。梯度值是表示應(yīng)力集中區(qū)金屬磁性變化強度的，自有漏磁場梯度值或應(yīng)力強度磁系數(shù)也是由磁場Hp變化強度表示的。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Hp的不均勻分布。制件自身磁場的這種局部不均勻分布會表現(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算出梯度值并以圖形的形式顯示出來。在總結(jié)了大量的檢驗數(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Hp=0的位置，位置相同或距離上非常接近。而磁場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充。運用梯度值和Hp=0這兩種手段來進行判斷，使應(yīng)力集中檢測變得十分容易。
4、對使用磁測法應(yīng)力集中檢測儀的幾點建議
1）在檢測時沒有必要一定開啟對大地磁場的補償。開啟補償雖然可以得到制件自身的磁場強度值，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，會影響補償值。而且我們需要的參數(shù)為磁場強度的變化量，是否抵消地球磁場對磁場的變化（梯度值）并無影響。可以把同來補償?shù)膫鞲衅髡{(diào)整到用來檢測的方向，這樣還能增加檢測的面積。關(guān)閉補償通道只對Hp=0的位置有影響，但可以在軟件中加以調(diào)節(jié)，使所有測量到的磁場曲線向上移動地球磁場值40A/m。
2）檢測最關(guān)鍵的是找到梯度值大的位置，對于一般的應(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）檢測時掃描裝置在行走時不要抖動或停頓，這樣容易造成測量錯誤，使某處梯度值變大。
4）在檢測到有應(yīng)力集中的位置時，先做標(biāo)記。確認其梯度值的大小，再用探頭多重復(fù)幾次以進行驗證，避免其他原因引起的誤判。然后可以在該點附近區(qū)域多掃描幾次，把整個應(yīng)力集中區(qū)都找出來，并在制件上畫出應(yīng)力集中區(qū)或線。可以把有應(yīng)力集中區(qū)的部位的掃描數(shù)據(jù)單獨存儲下來，以便于傳輸?shù)接嬎銠C上分析。
5）在對振動時效設(shè)備的結(jié)果進行驗證時，可以著重驗證有應(yīng)力集中部位的振動效果。即在振動前先找到是否有應(yīng)力集中，然后進行振動時效。振動后只比較有應(yīng)力集中區(qū)域的測量數(shù)據(jù)。這樣不僅能減小工作量，節(jié)省大量的時間，更能使振動和檢測的結(jié)果更有說服力。
