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磁記憶檢測基本原理
瀏覽次數:23 日期:2012-12-24 9:08:04
金屬磁記憶方法(MMM)–是一種無(wú)損檢測方法,其基本原理是記錄和分析產(chǎn)生在制件和設備應力集中區中的自有漏磁場(chǎng)的分布情況。這時(shí),自有漏磁場(chǎng)反映著(zhù)磁化強度朝著(zhù)工作載荷主應力作用方向上的不可逆變化,以及零件和焊縫在其制造和于地球磁場(chǎng)中冷卻后,其金屬組織和制造工藝的遺傳性。金屬磁記憶方法在檢測中,使用的是天然磁化強度,和制件及設備金屬中對實(shí)際變形和金屬組織變化的以金屬磁記憶形式表現出來(lái)的后果。
(2) 磁記憶效應
機械零部件和金屬構件發(fā)生損壞的主要根源,是各種微觀(guān)和宏觀(guān)機械應力集中。在應力集中區域,腐蝕、疲勞和蠕變過(guò)程的發(fā)展最為激烈。機械應力同鐵磁材料的自磁化現象和殘磁狀況有直接的聯(lián)系,在地磁作用的條件下,缺陷處的導磁率減小,工件表面的漏磁場(chǎng)增大,鐵磁性材料的這一特性稱(chēng)為磁機械效應。磁機械效應的存在使得鐵磁性金屬工件的表面磁場(chǎng)增強,這一增強了的磁場(chǎng)“記憶”著(zhù)部件的缺陷或應力集中的位置,這就是“磁記憶”效應。
(3) 檢測原理
眾所周知,鐵磁性構件加工冷卻硬化過(guò)程中,冷卻硬化比較激烈的地方可能形成頸 變,在構件形成頸變處(Hp=0的斷面)會(huì )發(fā)生位錯的快速趨近,并引起微裂紋──形成后來(lái)構件損壞的發(fā)源點(diǎn)或應力集中線(xiàn)。當應力集中線(xiàn)與外部負荷作用力的方向垂直時(shí),頸變引發(fā)構件斷裂必定發(fā)生在應力集中線(xiàn)上,如果應力集中線(xiàn)沿構件的軸線(xiàn)分布或應力集中(Hp值變化強度)很小時(shí),頸變的位置與構件的斷裂往往不重合;雖然如此,但是隨著(zhù)負荷作用力的增加,可出現應力集中線(xiàn)向頸變處偏移。因此,及時(shí)地揭露在役金屬構件的應力集中線(xiàn)是非常重要的。
工程部件由于疲勞、蠕變而產(chǎn)生的微裂紋會(huì )導致缺陷處出現應力集中,實(shí)驗研究表明:鐵磁性金屬部件存在著(zhù)磁機械效應,其表面上的磁場(chǎng)分布與部件應力載荷有一定的關(guān)系,因此可通過(guò)檢測部件表面的磁場(chǎng)分布情況間接地對部件缺陷和/或應力集中位置進(jìn)行診斷。
鐵磁性部件缺陷或應力集中區域磁場(chǎng)的切向分量Hp(x)具有******值,法向分量Hp (y)改變符號且具有零值。如圖1所示。實(shí)際應用中,我們是通過(guò)檢測法向分量Hp (y)
來(lái)完成對部件的檢測。
金屬構件的應力集中區域是其缺陷的形成和發(fā)展的根源。金屬構件是由金屬材料加 工而成的,其內應力集中區域的產(chǎn)生取決于它的制作工藝。加工中金屬材料往往要經(jīng)過(guò)熔化、鍛造、熱處理等加工工藝,當金屬材料大大超過(guò)居里點(diǎn)(768℃)時(shí),其中的殘 余磁性消失。但隨后金屬材料在地球磁場(chǎng)中逐步冷卻(溫度低于居里點(diǎn)),在磁機械效應下產(chǎn)生結晶的同時(shí),也形成了磁組織。冷卻過(guò)程所形成的金屬構件的微觀(guān)結構,包括構成金屬的顆粒形狀和大小、顆粒的均勻性和構型,有無(wú)夾雜物或缺陷等,都將以金屬的磁記憶形式表現出來(lái),構成該部件的“遺傳”特性。
在地球磁場(chǎng)存在的條件下,金屬構件中缺陷和夾雜物最集中的地方會(huì )出現磁疇固定 點(diǎn)并在表面出現漏磁場(chǎng)。在缺陷集中的地方和內應力集中的地方,金屬的導磁率最小,而在表面形成******的漏磁場(chǎng)。在應力集中區域內,該磁場(chǎng)的切向分量Hp(X)具有****** 值,而法向分量Hp(Y)改變符號并具有零值。應力集中程度的大小可根據Hp(X)值 的變 化進(jìn)行判斷,該值與構件表面磁疇的方向相符合。閉合磁疇的方向是沿著(zhù)難以磁化 的軸線(xiàn)取向的,因而Hp(X)值表現為由組織的不均勻性決定的各向異性能量。
金屬部件的應力集中線(xiàn)不僅與部件的“遺傳”特性密切相關(guān),且與部件在役期間的負荷及其作用力的方向和大小關(guān)系很大。實(shí)驗證明,構件在運行過(guò)程中受外力的作用,由于外部負荷作用力的方向和位置的不同,可強化或減弱構件的應力集中線(xiàn),如果構件的應力集中線(xiàn)與負荷時(shí)作用力的方向互相垂直,可使應力集中線(xiàn)的強度降低,當強度降低到一定限度構件便出現損壞。
理論和實(shí)驗均表明,金屬構件的損壞與其先天的“遺傳”特性和后天的在役工作負 荷相關(guān),在缺陷的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中,應力集中是根源,是構件損壞的早期表現。為了把設備事故消滅在萌芽狀態(tài),必須及時(shí)檢測部件的應力集中線(xiàn)。IDEAP0201智能化金屬磁記憶診斷儀是基于上述原理研制而成的新型的無(wú)損檢測系統。
在役設備的構件,由于其結構遺傳性(生產(chǎn)制造中形成的微觀(guān)結構)和運行中負荷 的關(guān)系,磁記憶以累積方式表現出來(lái)。運行中構件負荷作用力的大小和方向會(huì )引起金屬磁化在量值和方向上的變化。磁記憶診斷技術(shù)就是根據該原理發(fā)展起來(lái)的。實(shí)驗證明,在地磁的作用下,在役鐵磁性工件的缺陷和夾雜部位,會(huì )產(chǎn)生磁疇歸一現象, 并在其上出現漏磁場(chǎng)。在缺陷位置和/或內應力相對集中的地方,金屬導磁率最小,其磁 場(chǎng)切向分量具有******值,而法向分量則改變符號,具有零值。對工件表面漏磁場(chǎng)法向分量進(jìn)行掃描檢測,便可確定應力集中區域,從而間接地判斷該鐵磁性工件存在缺陷的可能性。為了更直觀(guān)地闡明磁記憶診斷技術(shù)與傳統NDT檢測技術(shù)(超聲、渦流、磁粉、滲透、著(zhù)色等)之間在部件失效檢測能力的問(wèn)題,以圖1所示加以說(shuō)明。圖2表示金屬微觀(guān)結構不連續性變化的發(fā)展過(guò)程,其中橫坐標表示工件使用的時(shí)間長(cháng)短,縱坐標表示隨著(zhù)時(shí)間的延續缺陷程度的加大。根據 MMM 法的檢測原理,一般地說(shuō),假設常規檢測法 能檢出大于或等于 T0 處的缺陷,而 MMM 法不僅能檢出大于或等于T0 處的缺陷, 且能 發(fā)現小于T0 處的缺陷。因此,MMM 法實(shí)際上是一種實(shí)現金屬失效早期診斷的無(wú)損檢測 新技術(shù)。
優(yōu)點(diǎn):
1、對受檢對象不要求任何準備(清理表面等)。
2、不要求做人工磁化,因為它利用的是工件制造和使用過(guò)程中形成的天然磁化強度 。
3、金屬磁記憶法不僅能檢測在正運行的設備,也能檢測修理的設備 。
4、金屬磁記憶方法–唯一能以1mm精度確定設備應力集中區的方法。
5、能在造成損失前從破損源頭進(jìn)行預防。
主要應用:
1、機械制造廠(chǎng)檢測制件金屬和焊縫的質(zhì)量
2、所有工業(yè)部門(mén)制造、修理和使用的管道、容器、設備、任何結構和制件(鐵磁性材料金屬)
3、起重和旋轉機械
4、在實(shí)驗室研究金屬的機械性能
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