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      磁記憶檢測基本原理

      (1)磁記憶原理

      金屬磁記憶方法(MMM)–是一種無損檢測方法,其基本原理是記錄和分析産生在制件和設備應力集中區中的自有漏磁場的分布情況。這時,自有漏磁場反映着磁化強度朝着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中冷卻後,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,使用的是磁化強度,和制件及設備金屬中對實際變形和金屬組織變化的以金屬磁記憶形式表現出來的後果。


      (2) 磁記憶效應

      機械零部件和金屬構件發生損壞的主要根源,是各種微觀和宏觀機械應力集中。在應力集中區域,腐蝕、疲勞和蠕變過程的發展激烈。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,工件表面的漏磁場增大,鐵磁性材料的這一特性稱為磁機械效應。磁機械效應的存在使得鐵磁性金屬工件的表面磁場增強,這一增強了的磁場“記憶”着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

      衆所周知,鐵磁性構件加工冷卻硬化過程中,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)會發生位錯的快速趨近,并引起微裂紋──形成後來構件損壞的發源點或應力集中線。當應力集中線與外部負荷作用力的方向垂直時,頸變引發構件斷裂必定發生在應力集中線上,如果應力集中線沿構件的軸線分布或應力集中(Hp值變化強度)很小時,頸變的位置與構件的斷裂往往不重合;雖然如此,但是随着負荷作用力的增加,可出現應力集中線向頸變處偏移。因此,及時地揭露在役金屬構件的應力集中線是非常重要的。

      工程部件由于疲勞、蠕變而産生的微裂紋會導緻缺陷處出現應力集中,實驗研究表明:鐵磁性金屬部件存在着磁機械效應,其表面上的磁場分布與部件應力載荷有一定的關系,因此可通過檢測部件表面的磁場分布情況間接地對部件缺陷和/或應力集中位置進行診斷。

      鐵磁性部件缺陷或應力集中區域磁場的切向分量Hp(x)具有較大值,法向分量Hp (y)改變符号且具有零值。如圖1所示。實際應用中,我們是通過檢測法向分量Hp (y)

      來完成對部件的檢測。


      金屬構件的應力集中區域是其缺陷的形成和發展的根源。金屬構件是由金屬材料加工而成的,其内應力集中區域的産生取決于它的制作工藝。加工中金屬材料往往要經過熔化、鍛造、熱處理等加工工藝,當金屬材料大大超過居裡點(768℃)時,其中的殘餘磁性消失。但随後金屬材料在地球磁場中逐步冷卻(溫度低于居裡點),在磁機械效應下産生結晶的同時,也形成了磁組織。冷卻過程所形成的金屬構件的微觀結構,包括構成金屬的顆粒形狀和大小、顆粒的均勻性和構型,有無夾雜物或缺陷等,都将以金屬的磁記憶形式表現出來,構成該部件的“遺傳”特性。


      在地球磁場存在的條件下,金屬構件中缺陷和夾雜物集中的地方會出現磁疇固定點并在表面出現漏磁場。在缺陷集中的地方和内應力集中的地方,金屬的導磁率小,而在表面形成漏磁場。在應力集中區域内,該磁場的切向分量Hp(X)具有較大值,而法向分量Hp(Y)改變符号并具有零值。應力集中程度的大小可根據Hp(X)值 的變 化進行判斷,該值與構件表面磁疇的方向相符合。閉合磁疇的方向是沿着難以磁化 的軸線取向的,因而Hp(X)值表現為由組織的不均勻性決定的各向異性。


      金屬部件的應力集中線不僅與部件的“遺傳”特性密切相關,且與部件在役期間的負荷及其作用力的方向和大小關系很大。實驗證明,構件在運行過程中受外力的作用,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,如果構件的應力集中線與負荷時作用力的方向互相垂直,可使應力集中線的強度降低,當強度降低到一定限度構件便出現損壞。


      理論和實驗均表明,金屬構件的損壞與其先天的“遺傳”特性和後天的在役工作負 荷相關,在缺陷的發生、發展過程中,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态,及時檢測部件的應力集中線。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損檢測系統。


      在役設備的構件,由于其結構遺傳性(生産制造中形成的微觀結構)和運行中負荷的關系,磁記憶以累積方式表現出來。運行中構件負荷作用力的大小和方向會引起金屬磁化在量值和方向上的變化。磁記憶診斷技術就是根據該原理發展起來的。實驗證明,在地磁的作用下,在役鐵磁性工件的缺陷和夾雜部位,會産生磁疇歸一現象, 并在其上出現漏磁場。在缺陷位置和/或内應力相對集中的地方,金屬導磁率小,其磁 場切向分量具有較大值,而法向分量則改變符号,具有零值。對工件表面漏磁場法向分量進行掃描檢測,便可确定應力集中區域,從而間接地判斷該鐵磁性工件存在缺陷的可能性。為了更直觀地闡明磁記憶診斷技術與傳統NDT檢測技術(超聲、渦流、磁粉、着色等)之間在部件失效檢測能力的問題,以圖1所示加以說明。圖2表示金屬微觀結構不連續性變化的發展過程,其中橫坐标表示工件使用的時間長短,縱坐标表示随着時間的延續缺陷程度的加大。根據 MMM 法的檢測原理,一般地說,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 發現小于T0 處的缺陷。因此,MMM 法實際上是一種實現金屬失效早期診斷的無損檢測 新技術。


      優點:

      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程中形成的磁化強度 。 

      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–能以1mm精度确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行預防。


      主要應用:

      1、機械制造廠檢測制件金屬和焊縫的質量 

      2、所有工業部門制造、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、在實驗室研究金屬的機械性能




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