[發明專利]一種利用金屬磁記憶檢測技術判別鐵磁材料裂紋萌生的方法

在審

• 申請號: 201410018661.7
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN104777218A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: 邸新杰;金寶
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/85
• 分類號: G01N27/85
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王秀奎

技術領域

本發明屬于鐵磁性金屬材料無損檢測領域，更具體地說，是一種基于金屬磁記憶信號及其參量變化特征探測構件內部應力集中，表征裂紋擴展過程和構件損傷程度的方法，屬于無損檢測中金屬磁記憶檢測領域。

背景技術

鐵磁材料由于其優良性能，已廣泛用于航空、鐵路、管道、電站、壓力容器、石油工程等焊接結構，并且不斷向大型化和高參數的方向發展。在長期承受交變載荷作用的結構中，疲勞失效是一種主要的破壞形式。在疲勞過程中，應力集中會導致裂紋、腐蝕、蠕變，是導致疲勞斷裂的主要來源。疲勞斷裂過程可以分為裂紋的萌生、裂紋的穩定擴展及失穩斷裂三個過程。由于疲勞斷裂時的應力遠小于材料靜載下的強度極限，且在沒有明顯塑性變形的情況下突然斷裂，往往會造成災難性的后果，因此對在役構件進行裂紋檢測/監測的研究具有重要意義。

金屬磁記憶檢測技術是由俄羅斯學者Dubov于1997提出的一種新的損傷檢測方法。金屬磁記憶檢測方法的物理基礎是磁機械效應，是處于地磁環境下的鐵磁構件受工作載荷的作用，其內部會發生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向的和不可逆的重新取向，通過理論分析可知，在應力與變形集中區形成的漏磁場切向分量H_p(x)具有最大值，法向分量H_p(y)改變符號且具有零值點。這種應力作用下的磁狀態不可逆變化在載荷消除后繼續保留，從而通過漏磁場法向分量H_p(y)的測定，便可推斷工件應力集中和損傷部位。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用金屬磁記憶檢測技術判別鐵磁材料裂紋萌生的方法，即利用金屬磁記憶信號及其特征參量對在疲勞載荷作用下的缺口鐵磁材料裂紋萌生進行表征的方法。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

一種利用金屬磁記憶檢測技術判別鐵磁材料裂紋萌生的方法，按照下述步驟進行：

步驟1，將試樣裝夾于疲勞試驗機上，沿著試件表面測量通道檢測試樣在無加載時的磁記憶信號，即在未加載時測得的初始磁記憶信號（即漏磁場的法向分量H_p(y)）；

步驟2，在測得初始磁記憶信號后，設定加載參數，所述加載參數在整個測試過程中保持不變，例如設定加載波形為方波，最大載荷為120KN（200MPa），應力比為0.5，加載頻率為3Hz；

步驟3，在加載過程中，選擇不同循環加載次數時停止加載，使用金屬磁記憶檢測儀沿著試件表面測量通道檢測試樣在不同循環加載次數下的磁記憶信號（即漏磁場的法向分量H_p(y)），選擇直至加載至試樣斷裂；

具體來說，選擇開始時每循環加載1000次時停止加載，用低倍放大鏡觀察試樣是否出現裂紋，用金屬磁記憶檢測儀在線測量其磁記憶信號，繼續加載，宏觀裂紋出現后，每循環加載500次停止加載，并在線測量磁記憶信號，繼續加載，直至試件斷裂。

步驟4，不同循環加載次數下測量的磁記憶信號曲線中的最大波峰值H_p(y)_max與最小波峰值H_p(y)_min作差，將最大波峰值與最小波峰值的之差H_p(y)_sub和相應不同循環加載次數作圖，得到第一變化曲線圖；

步驟5，將不同循環加載次數下測量的磁記憶信號曲線分別減去未加載時測得的初始磁記憶信號（即在未加載時測得的初始磁記憶信號），并提取上述經過處理后的不同循環加載次數下測量的磁記憶信號的磁記憶信號梯度最大值K_max與不同循環加載次數作圖，得到第二變化曲線圖；

步驟6，根據第一變化曲線圖和第二變化曲線圖出現線性降低點時，即可判斷裂紋已經萌生；第一變化曲線圖和第二變化曲線圖開始階段，最大波峰值與最小波峰值的之差H_p(y)_sub和磁記憶信號梯度最大值K_max在不同循環加載次數下的變化較小，當兩條變化曲線開始出現“線性降低（減少）點”時，即最大波峰值與最小波峰值的之差H_p(y)_sub和磁記憶信號梯度最大值K_max、與循環周次的增加呈現負相關，即開始出現隨著循環次數的增加而減少，此時對應的加載循環次數即可為裂紋產生對應的循環周次。