不同檢測(cè)方位下金屬磁記憶信號(hào)差異

鐘豐平,欽　峰

(1.浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院， 杭州 310020;2.湖州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院, 湖州 310300)

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不同檢測(cè)方位下金屬磁記憶信號(hào)差異

鐘豐平1,欽峰2

(1.浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院， 杭州 310020;2.湖州市特種設(shè)備檢測(cè)研究院, 湖州 310300)

為了研究檢測(cè)方位對(duì)磁記憶信號(hào)的影響,采用磁記憶方法從不同的方位測(cè)量同一拉伸試樣表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量Hp(y)，并對(duì)信號(hào)的差異進(jìn)行分析。結(jié)果表明: 不同的檢測(cè)方向所測(cè)得的物體表面磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量Hp(y)值不同，過(guò)零點(diǎn)會(huì)漂移，不同的測(cè)量方位所測(cè)得磁場(chǎng)梯度以及磁參數(shù)基本一致。

磁記憶檢測(cè)；檢測(cè)方位；偏差分析

金屬磁記憶檢測(cè)法是一種新型的無(wú)損檢測(cè)診斷方法[1]。金屬磁記憶檢測(cè)基于磁機(jī)械效應(yīng)[2]，通過(guò)測(cè)定檢測(cè)對(duì)象表面磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量Hp(y)來(lái)進(jìn)行分析，通常采用磁場(chǎng)梯度K、磁參數(shù)m、以及信號(hào)過(guò)零點(diǎn)等作為判斷依據(jù)，用來(lái)檢測(cè)材料的應(yīng)力集中區(qū)并初步評(píng)價(jià)應(yīng)力集中程度，實(shí)現(xiàn)早期診斷[3]。

磁記憶現(xiàn)象的產(chǎn)生依賴于地磁場(chǎng)和應(yīng)力的共同作用[4-7]。由于地球本身是一個(gè)巨大的磁體，在不同的檢測(cè)方位上地球磁場(chǎng)的法向分量會(huì)有差異，從而導(dǎo)致金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的差異。在針對(duì)承壓設(shè)備等金屬構(gòu)件開展檢測(cè)時(shí)，往往設(shè)備是固定的，且多為圓筒形結(jié)構(gòu)，常常要求開展多個(gè)不同方位的檢測(cè)。筆者通過(guò)試驗(yàn)研究不同檢測(cè)方位下的金屬磁記憶信號(hào)差異，對(duì)提高金屬磁記憶信號(hào)的分析處理能力有重要的意義。

1　試樣制備與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用俄羅斯動(dòng)力診斷公司生產(chǎn)的TSC-1M-4型磁記憶檢測(cè)儀，配置可以實(shí)現(xiàn)4通道的金屬磁記憶檢測(cè)I型探頭，以及一臺(tái)三思牌拉伸試驗(yàn)機(jī)。

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(zhǎng)度都為60 mm，寬45 mm，試樣平行段長(zhǎng)度340 mm，寬35 mm的無(wú)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(yàn)方案與步驟如下：

(1) 試驗(yàn)共對(duì)2個(gè)無(wú)缺陷拉伸試樣進(jìn)行了測(cè)試，第一個(gè)試樣(試樣編號(hào)sample 1)在拉伸試驗(yàn)機(jī)以2 mm·min-1速率拉伸至110 kN后卸載，此時(shí)材料已經(jīng)進(jìn)入塑性變形階段，另外一個(gè)試樣(試樣編號(hào)sample 2)以同樣的速度拉伸至60 kN后卸載，此時(shí)材料仍處于彈性階段。

(2) 將2個(gè)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(gè)方向擺放。在不同擺放條件下，對(duì)試樣進(jìn)行金屬磁記憶檢測(cè)。

(3) 每次檢測(cè)時(shí)，磁記憶檢測(cè)儀I型探頭在試樣外表面從原始標(biāo)距一端開始測(cè)量至原始標(biāo)距另一端結(jié)束，對(duì)水平放置試樣分別從東往西和從南往北2個(gè)方位檢測(cè)，鉛直放置的試樣都從下往上進(jìn)行檢測(cè)。在探頭的四個(gè)通道中：1,2,3號(hào)通道記錄試件表面3個(gè)位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度，4號(hào)通道記錄環(huán)境磁場(chǎng)強(qiáng)度，檢測(cè)并記錄下位置與磁場(chǎng)強(qiáng)度變化曲線,測(cè)量軌跡如圖2所示。

圖2　測(cè)量軌跡示意

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)表面磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量Hp(y)與位移的關(guān)系曲線來(lái)比較不同檢測(cè)方位上的信號(hào)差異，同時(shí)為了排除其他干擾因素的影響，數(shù)據(jù)分析時(shí)，對(duì)信號(hào)做了濾波處理。由于檢測(cè)時(shí)2號(hào)通道對(duì)應(yīng)在試樣寬度方向的中心位置，能較好地排除邊緣的信號(hào)影響，因此選擇了該通道的數(shù)據(jù)作為主要分析對(duì)象。

試樣編號(hào)為sample 1的4個(gè)不同方位的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)見圖3，數(shù)據(jù)分析見表1。圖3中Hp-2表示水平放置東西方位檢測(cè)信號(hào),Hp-6表示水平放置南北方位檢測(cè)信號(hào),Hp-10表示鉛直放置平行于東西方位檢測(cè)信號(hào),Hp-14表示鉛直放置平行于南北方位檢測(cè)信號(hào)。表1中Hmin為磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量最小值;Hmax為磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量最大值;Hmed為磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量平均值;Kmed為磁場(chǎng)梯度平均值;Kmax為磁場(chǎng)梯度最大值;m為磁記憶檢測(cè)采用的特征參數(shù)。

試樣編號(hào)為sample 2的4個(gè)不同方位的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)見圖4，數(shù)據(jù)分析見表2。

表1　sample 1 4個(gè)方位檢測(cè)信號(hào)分析結(jié)果

表2　sample 2 4個(gè)方位檢測(cè)信號(hào)分析結(jié)果

圖3　sample 1 4個(gè)方位的檢測(cè)信號(hào)

圖4　sample 2 4個(gè)方位的檢測(cè)信號(hào)

曲線Hp-2為東西方向測(cè)量所獲得的金屬磁記憶信號(hào)，Hp-6為南北方向測(cè)量所獲得的金屬磁記憶信號(hào)。試樣水平擺放時(shí),南北方向測(cè)得的試樣表面磁場(chǎng)強(qiáng)度法向分量值大于東西方向所測(cè)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(jù)的磁場(chǎng)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(hào)過(guò)零點(diǎn)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(cè)量所獲得的磁場(chǎng)位移曲線，Hp-14為鉛直平行于南北方向測(cè)量所獲得的金屬磁記憶信號(hào)。試樣鉛直擺放時(shí)，平行于南北方向所測(cè)得的試樣表面磁場(chǎng)強(qiáng)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(cè)得的試樣表面各點(diǎn)磁場(chǎng)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(jù)的磁場(chǎng)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(hào)過(guò)零點(diǎn)位移偏差量為22 mm，sample 2為25 mm。

將4個(gè)方位的信號(hào)一起進(jìn)行分析，sample 1磁場(chǎng)強(qiáng)度最大偏差量為93.2 A·m-1。作為金屬磁記憶主要判據(jù)的磁場(chǎng)梯度偏差最大值0.137，m值偏差量0.267，信號(hào)過(guò)零點(diǎn)位移偏差量100 mm。sample 2磁場(chǎng)強(qiáng)度最大偏差量175.9 A·m-1。作為金屬磁記憶主要判據(jù)的磁場(chǎng)梯度偏差最大值為0.288，m值偏差量為0.556，信號(hào)過(guò)零點(diǎn)位移偏差量為85 mm。

2.2結(jié)果分析

分析導(dǎo)致以上試驗(yàn)結(jié)果的原因，首先考慮地球磁場(chǎng)的影響，檢測(cè)儀器共有4個(gè)通道，其中1～3通道用于檢測(cè)表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度，第4通道用于檢測(cè)地球磁場(chǎng)強(qiáng)度，將檢測(cè)smaple1時(shí)第二通道的數(shù)據(jù)與相應(yīng)地磁通道數(shù)據(jù)進(jìn)行一次減法運(yùn)算，得到信號(hào)如圖5所示。垂直方向檢測(cè)與水平方向檢測(cè)得到的磁場(chǎng)強(qiáng)度差異依然存在，地球磁場(chǎng)并非導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要因素。

圖5　sample 1 消除地磁影響后的檢測(cè)信號(hào)

將試件擺放在不同方位時(shí)，理論上試件外表面的磁場(chǎng)并不會(huì)隨之改變，同時(shí)試件和檢測(cè)探頭的相對(duì)位置沒有變化。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因有待進(jìn)一步深入研究。

3　結(jié)論

(1) 同樣在水平方位開展金屬磁記憶檢測(cè)，得到的磁記憶信號(hào)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(cè)，得到的磁記憶信號(hào)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(cè)時(shí)的過(guò)零點(diǎn)偏移量大于水平方位，因此僅根據(jù)過(guò)零點(diǎn)來(lái)判斷應(yīng)力集中區(qū)會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。

(4) 在金屬磁記憶檢測(cè)時(shí)，不論鉛直方位或是水平方位，各個(gè)方向測(cè)量得出的磁場(chǎng)梯度和磁參數(shù)m的偏差量對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響都在可接受范圍，因此這2個(gè)判據(jù)受檢測(cè)方位的影響較小。

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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(shè)備檢驗(yàn)、檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)工作。

鐘豐平, E-mail: zjupec@foxmail.com。

10.11973/wsjc201607006

TG115.28

A

1000-6656(2016)07-0025-03