[發(fā)明專利]鐵磁性金屬構(gòu)件疲勞裂紋和應力集中的磁記憶檢測方法

無效

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• 申請日: 2007-08-03
• 公開（公告）號: CN101122578A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 徐濱士;董世運;王丹;董麗虹;石常亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: G01N27/82
• 分類號: G01N27/82;G06F19/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種利用新型金屬磁記憶檢測技術(shù)進行鐵磁性構(gòu)件表面裂紋尺寸和應力集中程度的定量檢測方法，屬于無損檢測中的金屬磁記憶檢測領域。

背景技術(shù)

疲勞裂紋是金屬構(gòu)件中一種常見的缺陷形式，也是最終導致構(gòu)件破壞失效的主要的原因之一。從疲勞裂紋產(chǎn)生的原因來看，構(gòu)件上的應力集中區(qū)是產(chǎn)生疲勞裂紋的重要危險部位。因此，如何預先發(fā)現(xiàn)構(gòu)件上的應力集中區(qū)域，確定其應力集中程度、發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋的萌生、測定裂紋的尺寸，對于防止結(jié)構(gòu)以及設備的突發(fā)性破壞具有及其重要的意義。

金屬磁記憶檢測技術(shù)是1997年由俄羅斯學者提出，并于2000年傳入中國的一種新興的無損檢測技術(shù)，主要通過檢測構(gòu)件表面磁場強度的垂直分量Hp(y)值，經(jīng)過相關(guān)的數(shù)學計算對構(gòu)件的裂紋和應力集中位置進行判斷。但是利用Hp(y)值實施的檢測往往需要位移參量參與計算，因此需要加入定位和測距裝置，從某種程度上限制了金屬磁記憶檢測技術(shù)的廣泛應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種利用構(gòu)件表面磁場強度的水平分量Hp(x)值，對鐵磁性金屬構(gòu)件表面裂紋尺寸和應力集中程度的定量檢測方法。

為達到上述目的，本發(fā)明采用了專用檢測儀器對構(gòu)件表面磁場強度的水平分量Hp(x)值進行檢測。檢測儀器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，檢測探頭中豎直安裝的線性磁傳感器將構(gòu)件表面磁場的水平分量Hp(x)轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過前置信號電壓調(diào)整和放大電路、信號主濾波放大電路，對檢測信號進行處理和范圍調(diào)整，USB數(shù)據(jù)采集卡對調(diào)整好的電壓信號進行數(shù)字化，后通過USB連接線輸入計算機，計算機中的檢測程序用于控制數(shù)據(jù)的采集和記錄。

本發(fā)明的鐵磁性金屬構(gòu)件疲勞裂紋和應力集中的磁記憶檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

1.實驗數(shù)據(jù)的積累

根據(jù)大量實驗發(fā)現(xiàn)，鐵磁性金屬構(gòu)件表面磁場強度的水平分量Hp(x)值可以用于判斷構(gòu)件上是否存在疲勞裂紋，并且Hp(x)曲線的峰值|Hp(x)|max與疲勞裂紋的寬度具有明確的對應關(guān)系。

為此，①首先制備與待檢測零件材料及熱處理狀態(tài)完全相同的疲勞裂紋擴展試件，采取疲勞裂紋擴展實驗的方式預制出疲勞裂紋。為了使前期的試驗數(shù)據(jù)能夠包括待測零件需要檢測的所有裂紋，疲勞裂紋擴展實驗產(chǎn)生裂紋的尺寸應大于待測零件由于疲勞裂紋缺陷而判定報廢標準尺寸，這樣才能保證待測零件上所有需要具體測量尺寸的裂紋都能在前期的試驗數(shù)據(jù)中找到相對應的記錄；②以電控平移臺帶動檢測探頭在與裂紋垂直的方向上，對裂紋區(qū)域進行Hp(x)直線掃描檢測。掃描線間隔通常小于裂紋長度的1/10，以保證得到足夠的檢測數(shù)據(jù)。③測量并記錄各條掃描檢測線上的|Hp(x)|max和裂紋寬度。④對多個試件進行上述試驗，根據(jù)有效的試驗數(shù)據(jù)擬合出“|Hp(x)|max-裂紋寬度w對應關(guān)系標準曲線”，如附圖2所示。

2.應力集中線的確定

使用Hp(x)檢測探頭在構(gòu)件表面分別沿相互垂直的兩個方向進行“Z”字型掃查，標志出|Hp(x)|_max存在的各點，將各個標志點順序連接，確定為該構(gòu)件上的應力集中線(也可能是裂紋)，作為重點檢測的危險部位。

3.判定疲勞裂紋的存在

根據(jù)步驟1所述的先期實驗，將已經(jīng)確定的“|Hp(x)|_max-裂紋寬度w對應關(guān)系標準曲線”中，裂紋長度值為零時對應的|Hp(x)|_max值定義為判定疲勞裂紋存在的門檻值Hp(x)_E，該數(shù)值主要由實驗材料自身的性能決定；還可以根據(jù)前期試驗數(shù)據(jù)的分布情況加入調(diào)整系數(shù)β(通常0.7≤β≤1)，以指示出裂紋即將萌生的重點危險區(qū)域。

對于相同材料和熱處理狀態(tài)的某一被測構(gòu)件，以檢測探頭垂直通過由步驟2中所確定的應力集中線檢測，得到該位置|Hp(x)|_max。

當|Hp(x)|_max＞Hp(x)_E時，存在裂紋；

當Hp(x)_E＞|Hp(x)|_max≥β·Hp(x)_E時，視為裂紋即將萌生的危險區(qū)域；

當|Hp(x)|_max＜β·Hp(x)_E時，不存在裂紋。

4.疲勞裂紋寬度的定量檢測

被測構(gòu)件被判定存在裂紋后，就可以將檢測得到的|Hp(x)|_max值代入“|Hp(x)|_max-裂紋寬度w對應關(guān)系標準曲線”進行查詢，從而確定該檢測位置的裂紋寬度。

5.疲勞裂紋長度的定量檢測