基于磁記憶的建筑鋼構件無損檢測技術的研究現狀及發展趨勢

郭歡 孫武強

[摘要]金屬磁記憶檢測技術是一種發展近20年的無損檢測技術，通過檢測建筑鋼構件在服役狀態時的磁場強度來判斷其應力集中或損傷部位，為建筑鋼結構早期失效和壽命評估提供了一種方便可靠的檢測手段。目前，該技術雖有發展，但不充分，還有很大的研究空間。

[關鍵詞]金屬磁記憶；無損檢測；應力集中；磁場強度

文章編號：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0124 - 02

金屬磁記憶檢測技術，作為一種新興的建筑鋼構件無損檢測技術，是由俄羅斯學者Doubov率先于1997年在美國舊金山舉行的第50屆國際焊接學術會議上提出的。該技術在早期損傷評估方面極具潛力。但是，由于缺乏系統的基礎理論與實踐研究，其檢測機理仍未澄清，導致該技術只能作為先期檢測手段，還需與常規檢測技術匹配才能在工程領域使用。

1 磁記憶檢測技術與其他無損檢測技術對比

常見的鋼構件無損檢測方法有：磁粉檢測、超聲波檢測、滲透檢測、渦流檢測、聲發射檢測。金屬磁記憶無損檢測與其他檢測方法相比有如下優點。（1）不需要人工磁化，它利用的是建筑鋼構件在使用過程中的天然磁化強度，因此不局限于檢測小的鋼構件，也適用于檢測大跨度大空間的鋼結構；（2）對檢測對象不需要做表面處理或其他預處理，這可以降低檢測條件，提高檢測效率；（3）金屬磁記憶檢測設備一般體積較小，方便攜帶；（4）金屬磁記憶檢測技術不僅能檢測停機狀態的設備，還能檢測正在運行的設備。

2 磁記憶檢測技術的研究現狀

（1）檢測機理方面。普遍以漏磁場切向分量最大值，法向分“過零點”，并輔以磁場梯度的極值來判斷鐵磁材料的應力集中位置。但檢測過程中，提取的磁信號離散度高，造成目前實際工程中鋼構件損傷識別與定位的瓶頸問題。

（2）設備探索方面。市面上的磁記憶檢測儀檢測原理相似，但檢測精度、靈敏度、適用范圍差別很大：目前單通道筆試探頭，常用來測量點的磁信號，雖然精度較高，但是對于大的鋼構件通過提取各點的磁信號來判斷損傷，效率極低；而多通道的小車探頭，可以提取某條線的磁信號，雖然檢測效率大有提高，也能較好反應整條線上的磁信號變化規律，但提取磁信號時不穩定，會漏掉一些點，損失一批數據。

（3）周圍磁場降噪方面。由于金屬磁記憶無損檢測方法測得的磁場信號是金屬構件的在地磁場作用下的弱磁，很容易受到周圍一些鐵磁構件的影響，甚至手機信號也會對其測量結果產生影響；目前市場上雖有一些檢測儀器有抑制背景磁場的作用，但效果不是特別顯著。

（4）應用方面。目前磁記憶檢測技術多用于研究小型鋼板件或鋼鐵設備的損傷檢測，并沒有應用到大型鋼結構如門式剛架的損傷檢測中去。因此，距離將該技術應用于檢測像飛機航站樓等大跨度大空間的鋼結構的隱性損傷還有很大差距。

3 磁記憶檢測技術的發展趨勢

（1）針對檢測機理判據不足的問題，國內學者傾向于借助數學模型，引入磁信號的多個參數來協同判斷應力集中。目前國內專家學者已有一些成果。例如，任吉林等通過李薩如圖封閉區域面積的大小來判斷應力集中程度，為磁記憶二維檢測提供依據；邸新杰等采用小波包能量譜和神經網絡技術對焊縫中是否含有裂紋等缺陷進行了智能識別；邢海燕等在雙正交方法基礎上研究了焊縫早期隱性損傷臨界狀態的磁記憶特征提取問題。這些數學模型能否精確定位應力集中，還需大量實例檢驗。

（2）針對磁記憶檢測設備筆試探頭檢測效率低和多通道探頭定位不具體的問題，國內外廠商還在積極摸索改進。例如廈門愛德森公司生產出的磁記憶檢測儀有雙通道甚至八通道的探頭，大大提高了檢測效率，能較好反應檢測區域磁信號的規律性，但多通道提取的信號，不能與掃描區域的每個點精確對應。測量的數據也是海量的，為研究人員分析磁信號造成不便。在這方面，國內廠商仍然有很大的進步空間。

（3）周圍磁場對提取檢測構件表面磁信號產生較大的影響，會使我們判斷構件損傷大打折扣，在磁場抑制降噪方面值得深入研究。

（4）采用金屬磁記憶無損檢測技術研究金屬小板件和小型金屬設備的損傷不是最終目的。目前需要較成熟的理論將該技術推向市場，為大型結構早期損傷預警提供重要的檢測手段。國內外眾多學者都在積極研究該課題，希望有所突破。例如，西安建筑科技大學蘇三慶、王威教授的課題組，近年來一直致力于此項課題的試驗研究。他們在研究用磁記憶檢測小板件拉伸、小板件彎曲、鋼絲繩拉伸、鋼梁壓彎、鋼梁疲勞過程中的損傷已有較顯著成果，還將通過探索門式剛架在水平低周往復荷載作用下的磁信號變化，將該項技術由檢測構件損傷過度到檢測結構的隱性損傷，從而把該項技術推廣到實際工程中去。

4 結語

針對磁記憶無損檢測技術對建筑鋼構件的檢測機理研究仍存在較大爭議，鐵磁體內的應力與磁場關系處在唯象理論階段。對于受力形式復雜的建筑鋼結構而言，可以嘗試將傳統的力學理論、建筑設計理論以及鐵磁學進行對接，找到金屬磁記憶效應在鋼結構中的力一磁本構關系。另外，磁記憶檢測設備也有較大的研究空間。

參考文獻：

[1]王威.鋼結構隱性損傷的磁記憶識別機理及試驗研究[J].結構工程師，2014，30（05）：139 -143.

[2]徐濱士，董麗虹，再制造質量控制中的金屬磁記憶檢測技術[M].北京：國防工業出版社，2015.