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磁记忆检测基本原理

磁记忆检测基本原理

1)磁记忆原理
金属磁记忆方法(MMM)–是一种无损检测方法,其基本原理是记录和分析产生在制件和设备应力集中区中的自有漏磁场的分布情况。这时,自有漏磁场反映着磁化强度朝着工作载荷主应力作用方向上的不可逆变化,以及零件和焊缝在其制造和于地球磁场中冷却后,其金属组织和制造工艺的遗传性。金属磁记忆方法在检测中,使用的是天然磁化强度,和制件及设备金属中对实际变形和金属组织变化的以金属磁记忆形式表现出来的后果。

2) 磁记忆效应
机械零部件和金属构件发生损坏的主要根源,是各种微观和宏观机械应力集中。在应力集中区域,腐蚀、疲劳和蠕变过程的发展最为激烈。机械应力同铁磁材料的自磁化现象和残磁状况有直接的联系,在地磁作用的条件下,缺陷处的导磁率减小,工件表面的漏磁场增大,铁磁性材料的这一特性称为磁机械效应。磁机械效应的存在使得铁磁性金属工件的表面磁场增强,这一增强了的磁场记忆着部件的缺陷或应力集中的位置,这就是磁记忆效应。

3) 检测原理
众所周知,铁磁性构件加工冷却硬化过程中,冷却硬化比较激烈的地方可能形成颈变,在构件形成颈变处(Hp=0的断面)会发生位错的快速趋近,并引起微裂纹──形成后来构件损坏的发源点或应力集中线。当应力集中线与外部负荷作用力的方向垂直时,颈变引发构件断裂必定发生在应力集中线上,如果应力集中线沿构件的轴线分布或应力集中(Hp值变化强度)很小时,颈变的位置与构件的断裂往往不重合;虽然如此,但是随着负荷作用力的增加,可出现应力集中线向颈变处偏移。因此,及时地揭露在役金属构件的应力集中线是非常重要的。
工程部件由于疲劳、蠕变而产生的微裂纹会导致缺陷处出现应力集中,实验研究表明:铁磁性金属部件存在着磁机械效应,其表面上的磁场分布与部件应力载荷有一定的关系,因此可通过检测部件表面的磁场分布情况间接地对部件缺陷和/或应力集中位置进行诊断。
铁磁性部件缺陷或应力集中区域磁场的切向分量Hp(x)具有最大值,法向分量Hp (y)改变符号且具有零值。如图1所示。实际应用中,我们是通过检测法向分量Hp (y)
来完成对部件的检测。


金属构件的应力集中区域是其缺陷的形成和发展的根源。金属构件是由金属材料加工而成的,其内应力集中区域的产生取决于它的制作工艺。加工中金属材料往往要经过熔化、锻造、热处理等加工工艺,当金属材料大大超过居里点(768)时,其中的残余磁性消失。但随后金属材料在地球磁场中逐步冷却(温度低于居里点),在磁机械效应下产生结晶的同时,也形成了磁组织。冷却过程所形成的金属构件的微观结构,包括构成金属的颗粒形状和大小、颗粒的均匀性和构型,有无夹杂物或缺陷等,都将以金属的磁记忆形式表现出来,构成该部件的遗传特性。

在地球磁场存在的条件下,金属构件中缺陷和夹杂物最集中的地方会出现磁畴固定点并在表面出现漏磁场。在缺陷集中的地方和内应力集中的地方,金属的导磁率最小,而在表面形成最大的漏磁场。在应力集中区域内,该磁场的切向分量HpX)具有最大 值,而法向分量HpY)改变符号并具有零值。应力集中程度的大小可根据HpX)值 的变 化进行判断,该值与构件表面磁畴的方向相符合。闭合磁畴的方向是沿着难以磁化 的轴线取向的,因而HpX)值表现为由组织的不均匀性决定的各向异性能量。

金属部件的应力集中线不仅与部件的遗传特性密切相关,且与部件在役期间的负荷及其作用力的方向和大小关系很大。实验证明,构件在运行过程中受外力的作用,由于外部负荷作用力的方向和位置的不同,可强化或减弱构件的应力集中线,如果构件的应力集中线与负荷时作用力的方向互相垂直,可使应力集中线的强度降低,当强度降低到一定限度构件便出现损坏。

理论和实验均表明,金属构件的损坏与其先天的遗传特性和后天的在役工作负 荷相关,在缺陷的发生、发展过程中,应力集中是根源,是构件损坏的早期表现。为了把设备事故消灭在萌芽状态,必须及时检测部件的应力集中线。IDEAP0201智能化金属磁记忆诊断仪是基于上述原理研制而成的新型的无损检测系统。

在役设备的构件,由于其结构遗传性(生产制造中形成的微观结构)和运行中负荷的关系,磁记忆以累积方式表现出来。运行中构件负荷作用力的大小和方向会引起金属磁化在量值和方向上的变化。磁记忆诊断技术就是根据该原理发展起来的。实验证明,在地磁的作用下,在役铁磁性工件的缺陷和夹杂部位,会产生磁畴归一现象, 并在其上出现漏磁场。在缺陷位置和/或内应力相对集中的地方,金属导磁率最小,其磁 场切向分量具有最大值,而法向分量则改变符号,具有零值。对工件表面漏磁场法向分量进行扫描检测,便可确定应力集中区域,从而间接地判断该铁磁性工件存在缺陷的可能性。为了更直观地阐明磁记忆诊断技术与传统NDT检测技术(超声、涡流、磁粉、渗透、着色等)之间在部件失效检测能力的问题,以图1所示加以说明。图2表示金属微观结构不连续性变化的发展过程,其中横坐标表示工件使用的时间长短,纵坐标表示随着时间的延续缺陷程度的加大。根据 MMM 法的检测原理,一般地说,假设常规检测法 能检出大于或等于 T0 处的缺陷,而 MMM 法不仅能检出大于或等于T0 处的缺陷, 且能 发现小于T0 处的缺陷。因此,MMM 法实际上是一种实现金属失效早期诊断的无损检测 新技术。


优点:
1、对受检对象不要求任何准备(清理表面等)。
2、不要求做人工磁化,因为它利用的是工件制造和使用过程中形成的天然磁化强度 。
3、金属磁记忆法不仅能检测在正运行的设备,也能检测修理的设备 。
4、金属磁记忆方法唯一能以1mm精度确定设备应力集中区的方法。
5、能在造成损失前从破损源头进行预防。

主要应用:
1、机械制造厂检测制件金属和焊缝的质量
2、所有工业部门制造、修理和使用的管道、容器、设备、任何结构和制件(铁磁性材料金属)
3、起重和旋转机械
4、在实验室研究金属的机械性能



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