铆接件应力集中的磁记忆检测实验研究

研究地磁场作用下铆接件在铆接前后和受拉伸载荷作用下,铆钉孔附近试件表面弱磁信号的变化以及磁记忆效应,对铆接件应力集中状态、局部塑性变形与磁信号之间关系.以及外载荷变化时磁记忆信号的变化情况进行分析,探讨金属磁记忆检测技术用铆接件检测时的规律和方法.     

基于OLCAO算法金属塑性变形磁记忆信号特征研究

塑性变形是金属材料在应力作用下产生损伤的早期阶段,对其的有效检测可预判危害的发生,实现设备破坏前的预警。针对金属磁记忆检测技术,利用量子力学密度泛函理论建立铁磁材料力磁耦合计算模型,采用原子轨道正交化线性组合法（Orthogonalized linear combination atomic orbitals,OLCAO）计算铁磁晶体在应力作用下的磁特性变化及磁记忆信号特征。结果表明：应力作用引起晶体内部电子运动状态及其分布特征改变,导致体系能带结构和电子态密度分布发生变化,材料的磁特性发生改变,定量表现为原子磁矩随应力的增加而变化。拉应力导致原子磁矩线性减小,压应力导致原子磁矩线性增大。当金属发生塑性变形时,体系的磁矩均发生突变,应力磁矩关系曲线出现拐点,变化速度变慢,表现为磁记忆信号的特殊变化特征。通过铁磁材料的拉伸及压缩试验,验证了理论计算结果的正确性。     

拉伸及疲劳载荷对低碳钢磁记忆信号的影响

为探索金属磁记忆现象的物理本质,深入研究载荷对磁记忆检测信号的影响,在MTS810型液压伺服试验机上对低碳钢板状试件分别施加静载拉伸载荷及拉-拉疲劳载荷,采用EMS-2003型金属磁记忆与涡流诊断仪检测加载过程中磁记忆信号的变化。结果表明:施加载荷前试件表面的初始磁状态不同;加载过程中两种加载方式均使磁记忆信号曲线由初始的随机分布转变为较有规律分布,静载拉伸试件弹性变形阶段与塑性变形阶段的磁信号曲线具有明显差异,疲劳试验不同循环周次下磁信号曲线相似;断裂瞬间断口处磁信号激变,两端极性相反;疲劳加载过程中过零点由初始磁状态的随机位置逐渐漂移集中在断口处。     

拉伸变形过程中磁记忆效应及微观表征的试验研究

针对金属磁记忆技术在工程应用中磁信号的定量问题,从微观视角探索了宏观磁记忆信号与金相组织的关系。在Q235材料静载拉伸过程中不同变形阶段磁记忆信号特征分析的基础上,通过制备标准拉伸试样进行拉伸过程中磁记忆信号与微观金相组织的同期观测,研究了宏观上磁记忆信号特征和微观、细观层面上的金相表征之间的对应关系。结果表明：金属材料内部的磁场分布变化与应变变化有关,金属材料内部磁场信号随着变形不均匀而产生磁场分布不均匀的变化。     

磁记忆信号定量分析的电子交换模型及性能

磁记忆法可以有效地判断铁磁性金属构件的应力损伤区域。但是,磁记忆自发漏磁信号形成机理和影响因素复杂,不同应力集中程度的磁记忆信号特征很难得到定量化分析,严重影响了该项技术的实际应用。根据电子自旋理论,建立了s-d轨道电子交换模型,计算了晶体屈服前后电子自旋态密度、原子磁矩、晶格尺寸的变化规律,进而定量分析磁记忆信号与应力集中程度的对应关系。研究结果表明,磁记忆信号与应力成一一对应的线性变化关系。晶体在屈服前,磁记忆效应主要由d轨道电子自旋作用决定,磁记忆信号与应力的对应关系具有很好的可重复性;晶体发生屈服后,电子自旋交换作用增强,d轨道电子自旋作用减弱,s轨道电子自旋作用增强,磁记忆信号变化幅度减小,磁记忆效应整体减弱。     

基于磁-声结合的特殊螺纹油管密封检测方法研究*

针对特殊螺纹油管下井后仍存在密封失效的问题,提出采用金属磁记忆和超声相结合的检测技术应用于特殊螺纹油管密封性能的检测。搭建金属磁记忆检测系统,采集上扣前后接头的磁记忆信号,提取并分析特征参数磁记忆信号梯度值。结果表明:磁信号梯度值可以表征螺纹形貌;上扣后啮合螺纹应力分布不均,起始端磁信号梯度值大,应力集中程度高。搭建超声检测系统,采集上扣前后油管密封面回波信号,计算声强反射系数,并利用声强反射系数与接触应力的关系得到密封面接触应力分布。结果表明,上扣后密封面环形带上保持了较高的接触应力,具有一定密封能力。磁-声结合的检测方法实现了对接头螺纹连接部位应力集中情况和密封面接触应力分布的检测,进而可评估密封性能,为保障油管下井服役提供了更安全更有效的密封检测手段。     

疲劳过程中磁记忆信号变化的机理

从微观角度研究磁记忆现象是机理研究的突破口,材料微观结构变化由塑性变形引起。因此设计拉伸疲劳试验,同步研究疲劳过程中切向磁信号Hpx变化与材料微观形貌及塑性应变变化之间的关系。试验结果显示,疲劳初期,Hpx快速增强,对应快速塑性变形;疲劳中期,Hpx平缓增强,对应塑性变形放缓,晶界微裂纹萌生并缓慢发展;疲劳后期,Hpx相比疲劳中期有跳变,并且增强速度加快,对应塑性变形加剧,宏观裂纹出现并快速扩展。分析表明,塑性变形产生微裂纹等晶体缺陷,阻碍磁化,使塑性变形集中区域成为内部磁源,向外散射磁场,形成磁记忆现象。并得出磁记忆场Hp的表达式,Hp随测量点位置、塑性变形集中区的磁导率μ(或塑性应变εp)变化。某固定测量点沿某方向的磁记忆信号随μ线性变化、随εp的单调递增变化,因此疲劳各阶段Hpx增强速度不同是由εp增加速度不同引起。并提出可以通过选择合适的测量点及测量方向来提高磁记忆信号对εp变化的灵敏度。     

面向驱动桥壳再制造的塑性损伤研究

为研究废旧驱动桥壳局部区域的塑性损伤,定量评估驱动桥壳的塑性变形率,以驱动桥壳本体材料510L钢板制备拉伸试样,分别将试样拉伸到不同的塑性变形率,用X射线衍射技术、金属智能磁记忆分析技术、扫描式电子显微镜综合评价了材料的塑性变形率与X射线信号和磁信号的关系,观测不同塑性变形率下的晶体结构变化特征。结果显示：在强化阶段,X射线衍射峰宽可定量计算材料的塑性变形率,磁场法向分量Hp(y)较小。      

地磁场中应力对磁畴组织结构影响的试验研究

金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁构件早期损伤进行有效诊断的无损检测技术。为进一步探索研究金属磁记忆检测的机理,选用粉纹法对Q235平板试样的磁畴结构进行观察,研究地磁场中不同应力状态下该铁磁材料的磁畴结构的变化特征,并且利用高精度弱磁检测装置获取其试件表面的漏磁信号规律。试验结果表明:随外载荷的改变,被观察部位的磁畴类型、畴壁形态有显著性变化,且不同区域的磁畴转变快慢不同但变化趋势相近;同时,随外载荷的增大,试件表面漏磁信号增大。验证了地磁场中铁磁材料的磁畴结构受应力作用发生磁畴移动与转向,并且在应力撤出后这种改变得以保留的规律。为铁磁材料磁记忆检测微观机理的进一步探索研究提供可靠、有效的试验依据。     

利用磁记忆信号特征参数表征拉伸应力状态

通过对Q345B钢试件静载拉伸时法向磁场的在线测量,得到了不同载荷作用下的磁信号特征,研究了试件断裂处法向分量H_p(y)和特征参量随应力的变化,并建立了磁场梯度指数与应力的量化关系。试验结果表明:当拉应力大于308 MPa时,H_p(y)相对于弹性阶段磁信号发生反转现象;根据梯度最大值K_(max)的极大值可准确判定试件是否进入塑性阶段;梯度最大值的算术平均值K_(max)~(avg)随应力变化的3个阶段分别对应力-位移曲线的弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;K_(max)~(avg)值和断裂处H_p(y)值均可反映试件的损伤程度;梯度指数ξ值可表征试件的应力状态。分析结果表明:Jiles-Atherton模型可解释磁信号的反转现象;感应磁场模型可定性解释试件断裂处的磁信号变化原因,与试验结果一致。该研究为利用磁记忆检测技术进行应力表征提供了一种有效方法。     

激励磁场对力磁耦合作用的强化机制研究

力磁耦合作用是金属磁记忆检测等电磁无损检测技术的基础。为了探明外加激励磁场在不同应力水平下对力磁耦合作用的影响机制,从磁导率与应力及环境磁场变化关系的角度,在理论上计算了外加激励磁场下力磁耦合作用下与力和磁单独作用下的表面磁场强度之差ΔH,并推导出该差值随着拉应力的增大而增大的结论。用预制缺陷的45钢试样进行对照试验,发现激励磁场对力磁耦合作用的影响ΔH是随着应力的增大而呈类似指数形式递增的。经设计的正交试验验证,激励磁场与应力对磁信号的交互耦合作用显著,且在受力过程中激励磁场对信号的作用水平最大,这与理论分析结果吻合。说明外加激励磁场对力磁耦合作用起到了一定的强化作用。     

一种磁记忆检测定量分析的新方法

金属磁记忆检测技术是利用磁记忆效应对铁磁性材料的应力集中区进行无损检测的新方法.磁记忆效应的特征是应力集中部位表面的漏磁场的切向分量最大、法向分量存在过零现象.在目前的研究工作中,研究方法主要是以测量磁记忆法向信号过零点位置来判断应力集中,从而割裂了切向与法向之间内在的关系.探讨了采用法向切向联合检测的方法,利用一种新型的磁阻传感器HMC1002,设计组装了高精度的二维弱磁场测量传感器.通过对拉伸试件进行2种方法检测的对比实验,结果表明,此方法比单一的法向磁场分量过零值点的检测更有效,可望在磁记忆检测定量分析研究中有很好的实际应用价值.     

磁记忆残余应力无损测量分析研究

文章对16MnR钢的焊缝的漏磁场与焊接残余应力的大小与分布进行了测量。依据磁记忆测残余应力原理构建装置,并用构建好的装置对选定的焊板进行扫描,得到所测残余应力的测量结果;再用小孔法重新测残余应力,得到另一种测量结果。用VB对磁记忆残余应力的测量结果进行编程,编制出关联模型二维分析软件。     

面向驱动桥壳再制造的磁记忆无损检测

为研究汽车驱动桥壳再制造的金属磁记忆检测,选用510L钢拉伸试样,分析了塑性应变不同阶段磁记忆信号的变化规律;以材料拉伸试验为基础,针对废旧驱动桥壳进行磁记忆损伤检测及变形量检测,得到了桥壳变形量与磁记忆信号特征值的关系。结果表明,随着应变量的增大,拉伸试样表面磁记忆信号法向分量Hp(y)由斜线、无异变峰变化为反转且出现过零点,磁记忆信号法向分量梯度Kmax早期缓慢增大,颈缩时出现快速增大;桥壳的变形检测显示,桥壳变形量与Kmax存在量化关系,当桥壳发生较大变形时,梯度Kmax发生突变,磁记忆检测可为再制造损伤评估提供依据。     

磁场处理降低残余应力过程中应力应变的测量

在前期研究强脉冲磁场处理与低频交变磁场处理降低残余应力，并取得显著效果的基础上，进一步在磁场处理低碳钢制作的试样（包括单向拉伸试样和无应力试样）时，对应力应变过程进行测量。结果表明，单向拉伸试样经过低频交变磁场处理后，材料内部残余应力在下降的趋势，而且处理过程中具有磁振动现象。无应力试样与单向拉伸试验在磁场中，随场强的增加，试样中的应变逐渐由正值变为负值。克应力试验在不同频率的交变磁场中的应变各不     

疲劳载荷作用下应力集中部位金属的磁记忆现象

研究了含有缺口的18CrNi4A渗碳钢试样在疲劳载荷作用下的磁记忆现象。结果表明:在应力集中部位磁记忆信号Hp(y)变化明显,且随循环加载次数的增加呈现规律性变化;在试验过程中,当循环加载到一定次数后,Hp(y)曲线过零点,在随后循环中零点的位置变化很小,直到试样产生裂纹、断裂;磁记忆检测对18CrNi4A渗碳钢构件的疲劳损伤具有较准确的判断能力。     

基于双磁场管道复合型缺陷应力信号提取方法研究

缺陷和应力共同存在的复合型缺陷是影响管道安全运行的重要因素之一。双磁场管道内检测法可用于复合型缺陷处应力损伤程度判断,但应力信号提取方法亟待解决。本文将J-A理论中的磁力学关系引入磁荷模型中,解析计算了不同应力、外磁场下复合型缺陷磁信号,建立基于双磁场信号比值的复合型缺陷应力信号提取模型,提出比值因子用于缺陷处应力水平的评估,并进行了系统的实验验证。研究结果表明,强磁信号对缺陷处应力大小不敏感,信号主要包括缺陷尺寸信息;弱磁信号对缺陷处应力大小敏感,信号包括缺陷尺寸信息和缺陷处应力信息。提出的比值因子可反映缺陷处应力情况,弱磁场强度较低时,比值因子随缺陷处应力的平均变化率大于9%,随着弱磁场强度的增加,比值因子随应力变化幅度变小。     

承压管道磁记忆检测缺陷信号量化数值研究

利用Ansys数值模拟软件,对含埋藏缺陷的承压管道进行磁记忆检测有限元模拟,分析磁记忆信号值在不同缺陷参数、不同应力状态下的变化规律.结果表明,磁记忆信号可以对管道埋藏型裂纹及气孔产生的应力集中进行表征,随着缺陷埋深的减小与内压载荷的增加,磁记忆信号变化幅度增大,法向梯度极值增加.通过法向和切向信号协同分析,可以实现对...     

弱场激励下铁磁性试件疲劳拉伸磁信号研究

研究了铁磁性材料试件,在弱磁激励条件下进行疲劳拉伸,并检测试件表面沿拉伸方向表面磁场信号的变化及其分布特征。选用16MnR进行试验,对预制缺陷的试件进行弹性范围内的疲劳拉伸。利用基于巨磁阻芯片的阵列式传感器探头进行不同拉伸阶段的试件表面磁场扫描测量,并对信号进行滤波处理和对本征信号及其梯度进行成像。对不同拉伸阶段和传感器阵列中不同传感器通道的磁信号进行了分析,探讨了弱磁激励状态下疲劳拉伸试件表面磁信号对无损性评估铁磁性机械试件的有效性。