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1、磁记忆金月诊断技术原理及其应用 爱德森 ( 厦门) 电子 有限公司 林俊明 林发炳 林春景 大庆油田工艺研究所史东明 摘要: 本文对磁记忆金属诊断技术及其应用情况作简要介绍。 现代工业的发展离 不开各种先进的无损检测手段， 但纵观传统的无损检测方法， 都要在部件缺陷发 展形成后才能被发现。 金属磁记忆诊断技术是目 前唯一能解决金属部件缺陷早期 诊断问题的新方法。 关 键 词 ; 磁 记 忆部 件无 损 检 测诊 断 残 术 NONDES T RUC TI V E T E S T I NG NE W T E C HNO L OGY OF 2 1 C E N TUR Y Ma g n e t i
2、c Me m o ry Me t a l D i a g n o s t i c T e c h n iq u e L in 7 u n m in g E d d y s u n s E le c t r o n i c L t d . C o . , Y ia m e n c t E MS - 2 0 0 0 , a n in t e l l i g e n t m a g n e t i c m e m o ry m e t a l d ia g n o s t i c i n s t r u m e n t , n e w g e n e r a t i o n n o n d e s
3、t r u c t i v e t e s t i n g i n s t r u m e n t a n d it h a s b e e n d e v e lo p e d o n is “ I he b a s i s o f m a g n e t i c m e m o ry c h a r a c t e r i s t i c s o f m e t a l m a t e r ia l s , a d o p t i n g t h e m o s t a d v a n c e d m i c r o e l e c t r o n i c , c o m p u t e
4、r a n d m a g n e t ic m e m o ry t e s t in g t e c h n i q u e s Ma g n e t i c m e m o ry , C o m p o n e n t s , N D T， D i a g n o s t ic , 1前言 利用铁磁性部件缺陷在外部强磁场作用下产生漏磁的现象来检测部件缺陷 的方法称为漏磁检测法。 该法己作为常规检测技术应用于各种铁磁性部件的质量 鉴督中。其作用机理是缺陷在强磁场作用下 “ 被动地”产生 “ 磁泄漏” ，从而让 磁敏元件 “ 方便地” 逮着， 进而判断其缺陷的大小和性质等。该法检测时不仅必
5、须配备笨重的磁化装置， 且耗能大， 检测后往往需要对部件进行退磁处理，因此 对一些在役设备， 特别是那些结构复杂的部件， 常规漏磁法往往难以实施。 众所 周知， 地球存在着北、南极， 地磁在人们生活空间几乎无处不在，无时不在， 对 人们周边的铁磁性设备、部件，同样也处在地磁的 “ 包围” 之中，因此，它们也 会被地磁场磁化。 通常， 人们未觉察到铁磁性部件的“ 磁性” ， 并非其不存在 “ 磁 性” ，而是其磁性强度较弱罢了。事实上，在役部件在周期性或振动性负载条件 下， 由于磁弹性和磁机械效应的作用， 金属磁化强度将显著增加。 二次大战期间， 俄国军舰遭到德国磁性水雷的破坏， 亚历山大罗夫院
6、士等俄国科学家就专门解释 了这样一种现象， 即在振动负载作用下， 处于地球磁场中的军舰壳体金属磁化率 增长的原因。 并研制了专门的退磁装置， 以防止舰船触到磁性水雷。 金属磁记忆 诊断技术是利用缺陷或缺陷形成之前的微区变化在地球磁场作用下，“ 主动”发 出磁场变化信息的这样一种特性， 间接地判断铁磁性部件是否存在缺陷或应力集 中区。LO U D 一I*们it 2 金属磁记忆诊断原理 众所周知， 铁磁性构件加工冷却硬化过程中各 冷却硬化比较激烈的地方会形 成颈变，在构释形成颈变处 ( H p = O的断面)会发生位错的 快速趋近，并引起微 裂纹一形成后来构件损坏的发源点或应力集中线。 当应力集中
7、 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 ( H p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。 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， 金属的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。 金属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
8、，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。 为了更直观地阐明金属 磁记忆诊断技术与传统N D T 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1 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
9、延续缺陷程度的加大。根据 M M M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 T 。 处的缺陷，而 m m 法不仅能检出大于或等于T 。 处的 缺 陷， 且能发 现小于T , 处的 缺陷” 。 因 此， M M M 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。 3 E MS - 2 0 0 0 金属磁记忆诊断仪的特性12 1 E M S - 2 0 0 0智能化金属磁记忆诊断仪是根据金属磁记忆效应原理， 采用最先 进的微电子技术， 计算机技 术和磁记忆检测技术研制而成的新一代无损检测仪 器。 与传统方法相比， 金属磁记忆法非常重要的特点是: 检测时不需要对被
10、检侧 表面做任何处理; 不需要对被检测对象专门充磁和退磁工作， 探头的提离效应对 检测的结果影响不大等; 通过检测可明 确部件未知的应力集中和缺陷位置。 仪器 采用人机对话， 菜单提示， 热键帮助， 操作简便。 中文简体、 繁体字、英文三种版 本任选; 采用电致发光平板显示技术以 满足宽温、 抗振、 宽视角、 高对比度的现 场检测;仪器具有将数据记录、存贮、 拷贝和分析的功能; 且体积小、重量轻、 功耗低，结构紧凑、便携实用。随仪器配套提供程序软件以供在P C 机上对检测 数据进行深入分析处理; 一 可 TT 一于一一 . 一 E M S - 2 0 0 0智能化金属磁记忆诊断仪能够提供检测结
11、果的资 料并在微机上建 立数据库， 金属的磁特性可以体现出机械设备中部件的强度特性， 依据每一台设 备的整体特点， 允许更有效地解决部件、 设备的寿命测定， 按实际 状况进行检修， 保证设备的可靠性和耐久性。 4 E MS - 2 0 0 0 金属磁记忆诊断仪的现场应用14 1 E M S -2 0 0 0智能化金属磁记忆诊断仪对 在役设备由于材料不连续性( 缺陷) 而导致应 力集中， 将以全新的快捷方式进行检查， 给出 设备疲劳损伤的早期诊断. 仪器配有多种不同 形式的 传感器及长度计测器， 以适应不同形式 的检测需要。 该仪器可用于锅炉压力容器、 管 道、叶片、轴承、铁轨、 齿轮对、焊接部
12、位 及其它铁磁性金属构件的检侧。 举例来说， 用 磁记忆法对汽轮机所有的部件完成 1 0 0 %的检测便可做到: 查明不可靠的零部 件并将其记录在案，以便日 后对其进行定期检测。 通过定期对设备部件检测， 记 录结果存档， 可清楚地观察到， 随着在役运行时间的增长， 部件金属结构的变化 轨迹， 以便及时更换相应的部件。 例如， 对汽轮机最后一级叶片- - 一一 即最昂贵、 最易损的叶片， 可以按磁性能对每一个叶片建立单独的记录卡， 然后跟踪观察它 们的状态变化并及时进行更换。E M S - 2 0 0 0已用于许多部件的现场检测，如笔者 对某厂四只液氨储罐在役焊缝的检测， 焊缝表面覆盖漆层的
13、厚度为 0 . 5-lm, 检测后共查出五处存在问题， 后经表面除漆， 用磁粉法验证结果发现微裂纹二处， 咬边三处， 因缺陷均未超标， 经打磨处理后继续使用。 笔者对某电站汽轮机叶片 的在役检测中查出二叶片存在缺陷，经涡流法检测验证发现的缺陷当量分别为 0 . 5 m m 和 2 二 深，图 2所示为 1 号叶片用金属磁记忆诊断仪检测后的屏幕显示 信号图。 5 . 。 结果和讨论 以上所述，只是粗线条的介绍金属磁记忆诊断技术，更详细的理论介绍和更 多的应用实例请参阅以下参考文献。笔者认为 N h l u l 法的诞生，将有助于拓宽 N D T的应用领域，并造福于人类社会。同时1u 1 u IM
14、本身也将在普及与应用的过 程中不断地得到充实和升华。 5 . 0 参考文献 I . D i a g n o s t i A. Do u b o v s o f Me t a l I t e m s a n d E q u i p m e n t 切 Me a n s o f O C T 1 9 9 9 C HS ND T 7 t h C O NF E R E NC E ON Me t a l Ma g n e t i c M e m e ry“人 n a t o l i NDT AND I NT ER NA T I ONAL RE S E ARCH S YMP OS I UM 2 ， 林俊明等一种在役部件早 期损伤的无损检测新方法2 0 0 0年火电 厂寿命管理与延寿 国际会议盛全国第六届电站金属构件失效分析与寿命管理学术会议论文集 2 0 0 0 , 5 3 . 张行等 金属构件应用疲劳损伤力学国防工业出版社 1 9 9 8 , 1 1 4 . 林俊明等 N D T新技术一E MS -2 0 0 0 金属磁记忆诊断仪的原理和应用 无损探伤 2 0 0 0 , 3 I9 丁 动一.一一 一 一
