不同檢測方位下金屬磁記憶信號差異

鐘豐平,欽　峰

(1.浙江省特種設備檢驗研究院， 杭州 310020;2.湖州市特種設備檢測研究院, 湖州 310300)

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不同檢測方位下金屬磁記憶信號差異

鐘豐平1,欽峰2

(1.浙江省特種設備檢驗研究院， 杭州 310020;2.湖州市特種設備檢測研究院, 湖州 310300)

為了研究檢測方位對磁記憶信號的影響,采用磁記憶方法從不同的方位測量同一拉伸試樣表面的磁場強度法向分量Hp(y)，并對信號的差異進行分析。結果表明: 不同的檢測方向所測得的物體表面磁場強度法向分量Hp(y)值不同，過零點會漂移，不同的測量方位所測得磁場梯度以及磁參數基本一致。

磁記憶檢測；檢測方位；偏差分析

金屬磁記憶檢測法是一種新型的無損檢測診斷方法[1]。金屬磁記憶檢測基于磁機械效應[2]，通過測定檢測對象表面磁場強度法向分量Hp(y)來進行分析，通常采用磁場梯度K、磁參數m、以及信號過零點等作為判斷依據，用來檢測材料的應力集中區并初步評價應力集中程度，實現早期診斷[3]。

磁記憶現象的產生依賴于地磁場和應力的共同作用[4-7]。由于地球本身是一個巨大的磁體，在不同的檢測方位上地球磁場的法向分量會有差異，從而導致金屬磁記憶檢測信號的差異。在針對承壓設備等金屬構件開展檢測時，往往設備是固定的，且多為圓筒形結構，常常要求開展多個不同方位的檢測。筆者通過試驗研究不同檢測方位下的金屬磁記憶信號差異，對提高金屬磁記憶信號的分析處理能力有重要的意義。

1　試樣制備與試驗方法

試驗采用俄羅斯動力診斷公司生產的TSC-1M-4型磁記憶檢測儀，配置可以實現4通道的金屬磁記憶檢測I型探頭，以及一臺三思牌拉伸試驗機。

試樣材料選擇厚度為6 mm的Q235熱軋制鋼鋼板，制成二端夾頭長度都為60 mm，寬45 mm，試樣平行段長度340 mm，寬35 mm的無缺陷拉伸試樣，試樣尺寸如圖1所示。

圖1　拉伸試樣尺寸示意

試驗方案與步驟如下：

(1) 試驗共對2個無缺陷拉伸試樣進行了測試，第一個試樣(試樣編號sample 1)在拉伸試驗機以2 mm·min-1速率拉伸至110 kN后卸載，此時材料已經進入塑性變形階段，另外一個試樣(試樣編號sample 2)以同樣的速度拉伸至60 kN后卸載，此時材料仍處于彈性階段。

(2) 將2個試樣分別以水平于東西方向，水平于南北方向，鉛直放置平行于南北方向，鉛直放置平行于東西方向共四個方向擺放。在不同擺放條件下，對試樣進行金屬磁記憶檢測。

(3) 每次檢測時，磁記憶檢測儀I型探頭在試樣外表面從原始標距一端開始測量至原始標距另一端結束，對水平放置試樣分別從東往西和從南往北2個方位檢測，鉛直放置的試樣都從下往上進行檢測。在探頭的四個通道中：1,2,3號通道記錄試件表面3個位置的磁場強度，4號通道記錄環境磁場強度，檢測并記錄下位置與磁場強度變化曲線,測量軌跡如圖2所示。

圖2　測量軌跡示意

2　試驗結果與分析

2.1試驗結果通過表面磁場強度法向分量Hp(y)與位移的關系曲線來比較不同檢測方位上的信號差異，同時為了排除其他干擾因素的影響，數據分析時，對信號做了濾波處理。由于檢測時2號通道對應在試樣寬度方向的中心位置，能較好地排除邊緣的信號影響，因此選擇了該通道的數據作為主要分析對象。

試樣編號為sample 1的4個不同方位的金屬磁記憶檢測信號見圖3，數據分析見表1。圖3中Hp-2表示水平放置東西方位檢測信號,Hp-6表示水平放置南北方位檢測信號,Hp-10表示鉛直放置平行于東西方位檢測信號,Hp-14表示鉛直放置平行于南北方位檢測信號。表1中Hmin為磁場強度法向分量最小值;Hmax為磁場強度法向分量最大值;Hmed為磁場強度法向分量平均值;Kmed為磁場梯度平均值;Kmax為磁場梯度最大值;m為磁記憶檢測采用的特征參數。

試樣編號為sample 2的4個不同方位的金屬磁記憶檢測信號見圖4，數據分析見表2。

表1　sample 1 4個方位檢測信號分析結果

表2　sample 2 4個方位檢測信號分析結果

圖3　sample 1 4個方位的檢測信號

圖4　sample 2 4個方位的檢測信號

曲線Hp-2為東西方向測量所獲得的金屬磁記憶信號，Hp-6為南北方向測量所獲得的金屬磁記憶信號。試樣水平擺放時,南北方向測得的試樣表面磁場強度法向分量值大于東西方向所測得的值，smaple 1偏差值最大6.8 A·m-1，smaple 2偏差值最大3 A·m-1，且偏差分布均勻，其中sample 2的偏差很小，基本接近重合。作為金屬磁記憶主要判據的磁場梯度K值，smaple 1偏差最大值為0.007，smaple 2偏差最大值為0.323；m值smaple 1偏差量為0.078，smaple 1偏差量為0.163。信號過零點位移偏差量sample 1為10 mm，sample 2為0 mm,見表1。

曲線Hp-10為鉛直平行于東西方向測量所獲得的磁場位移曲線，Hp-14為鉛直平行于南北方向測量所獲得的金屬磁記憶信號。試樣鉛直擺放時，平行于南北方向所測得的試樣表面磁場強度法向分量值要大于平行于東西方向的值，兩種擺放方式所測得的試樣表面各點磁場的差值幾乎相等，sample 1偏差值最大32.8 A·m-1，sample 2偏差值最大101.8 A·m-1,但偏差隨部位的不同而變化。作為金屬磁記憶主要判據的磁場梯度值K，sample 1偏差最大值為0.024，sample 2偏差最大值為0.662 m；sample 1m值偏差量為0.002，sample 2為0.504;sample 1信號過零點位移偏差量為22 mm，sample 2為25 mm。

將4個方位的信號一起進行分析，sample 1磁場強度最大偏差量為93.2 A·m-1。作為金屬磁記憶主要判據的磁場梯度偏差最大值0.137，m值偏差量0.267，信號過零點位移偏差量100 mm。sample 2磁場強度最大偏差量175.9 A·m-1。作為金屬磁記憶主要判據的磁場梯度偏差最大值為0.288，m值偏差量為0.556，信號過零點位移偏差量為85 mm。

2.2結果分析

分析導致以上試驗結果的原因，首先考慮地球磁場的影響，檢測儀器共有4個通道，其中1～3通道用于檢測表面的磁場強度，第4通道用于檢測地球磁場強度，將檢測smaple1時第二通道的數據與相應地磁通道數據進行一次減法運算，得到信號如圖5所示。垂直方向檢測與水平方向檢測得到的磁場強度差異依然存在，地球磁場并非導致該現象的主要因素。

圖5　sample 1 消除地磁影響后的檢測信號

將試件擺放在不同方位時，理論上試件外表面的磁場并不會隨之改變，同時試件和檢測探頭的相對位置沒有變化。導致這一現象的原因有待進一步深入研究。

3　結論

(1) 同樣在水平方位開展金屬磁記憶檢測，得到的磁記憶信號在東西方向和南北方向偏差較小。

(2) 同樣在鉛直方位開展金屬磁記憶檢測，得到的磁記憶信號在平行于東西方向和平行于南北方向偏差較大。

(3) 鉛直方位檢測時的過零點偏移量大于水平方位，因此僅根據過零點來判斷應力集中區會產生較大的偏差。

(4) 在金屬磁記憶檢測時，不論鉛直方位或是水平方位，各個方向測量得出的磁場梯度和磁參數m的偏差量對檢測結果的影響都在可接受范圍，因此這2個判據受檢測方位的影響較小。

[1]邵澤波.無損檢測技術[M].北京:化學工業出版社,2003.

[2]任吉林,烏冠華, 宋凱，等.金屬磁記憶檢測機理的探討[J].無損檢測,2002,24(1):29-31.

[3]DOUBOVA A.Express method ofquality control of a spot resistance welding with usage of metal magnetic memory [J].Welding in the World，2002，46(6)：3l7-320.[4]林俊明,林春景,林發炳,等.基于磁記憶效應的一種無損檢測新技術[J].無損檢測,2000,22(7):297-299.

[5]任吉林,唐續紅,鄔冠華,等.金屬的磁記憶檢測技術[J].無損檢測,2001, 23(4):154-156.

[6]耿榮生.磁記憶檢測技術在飛機結構件早期損傷監測中的應用前景[J].無損檢測,2002,24(3):118-122.

[7]林俊明.21世紀NDT新技術——金屬磁記憶診斷法[J].華北電力技術,2000 (9):44-45.

Difference of Magnetic Memory Testing Signal on Different Direction

ZHONG Feng-ping1, QIN Feng2

(1.Zhejiang Special Equipment Inspection and Research Institute, Hangzhou 310020, China;2.Huzhou Special Equipment Inspection and Research Institute, Huzhou 310300, China)

In order to study how the inspection direction affects magnetic memory signal, experiment has been carried out to detect normal componentHp(y) of magnetic field out of tensile samples along different directions. Results show that the normal componentHp(y) was different when detecting along different direction, and the position of zero point of the normal componentHp(y) was shifted away, but the value of magnetic parameter and the gradient of the normal componentHp(y) showed small deviation.

Magnetic memory testing; Inspection direction; Deviation analysis

2016-01-04

鐘豐平(1983-),男，本科,工程師,主要從事承壓設備檢驗、檢測及評價技術工作。

鐘豐平, E-mail: zjupec@foxmail.com。

10.11973/wsjc201607006

TG115.28

A

1000-6656(2016)07-0025-03