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1、利用金属磁记忆法检测应力集中1、前言 金属磁记忆检测法是俄罗斯动力诊断公司的杜波夫教授于 1994 年提出的， 并于近期发展起来的用来检测材料应力集中和疲劳损伤的崭新的无损检测方法。 其原理是利用铁磁工件在受载工作过程中，在应力和变形区域内产生的磁场状态 的不可逆变化。在该区域内发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的 重新取向，而且这种磁场状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会被保留，还 与最大作用应力具有某种联系。采用专门的仪器测量工件表面的磁场，即可发现 工件上存在的高应力集中部位，而往往在这些部位容易产生应力腐蚀开裂和疲劳 损伤，对于高温设备还容易产生蠕变损伤。金属磁记忆检测法于
2、 1998年由杜波夫教授介绍到我国，并于1999年开始在 电力部门开展应用。目前国内一些大学和研究所已经开展了关于检测机理方面的 研究工作，并有许多检验单位使用俄罗斯动力诊断公司研制的磁记忆应力集中检 测仪器在锅炉、压力容器、压力管道、飞机、气轮机和一些金属结构构件上开展 了大量的检测应用，并取得了很多成果。2、金属磁记忆法的物理原理 金属磁记忆法利用的是自然磁性和金属制件的实际变形或组织变化表现出 来的自身磁场的变化。其主要依据为：磁弹性效应和磁机械效应； 在应力集中区中在位错壁上磁畴边界形成和增长的效应； 在金属自然磁化条件下，组织和机械不均匀性散射（漏）磁场的效应。3、金属磁记忆法检测中
3、主要采用的参数1）自有漏磁场Hp的法向和（或）切向分量；2）在长度X上的磁场梯度（如）dx4、判断金属制件是否存在应力集中的主要依据。铁磁制件的自然残磁是在其制造过程（熔炼，锻造，热处理）中形成的。制件 实际磁组织产生机制，是结晶后在低于居里点时，并且一般是在地球磁场中冷却 时出现的。同时，实际制件的冷却过程一般是不均匀的，金属表层比内层冷却更 快。制件体积上形成热应力，由其形成晶格和磁组织。在晶格缺陷和组织不均匀 性最集中的部位（如位错滑移部位 ）产生磁畴边界固结点并以漏磁场法向分量符 号变更线（Hp=O线）的形式表现到制件表面。Hp=0 线相当于制件有最大磁阻力的断面并代表残余应力最大集中
4、区。大量 的实验研究证实Hp=0线同应力集中线是吻合的。在试样拉力试验中，也多次取 得 Hp=0 线同试样颈变和后续断裂部位相吻合的结果。用试样作实验还证明，如果试样金属组织是均匀的并且没有明显缺陷，则表 示残磁分布状况的磁场Hp的分布也具有均匀性质，并取决于制件的形状及其相 对于外部地球磁场的位置。所以在采用磁记忆法检测应力集中时很关键的步骤是找到制件自身磁场强 度 Hp=0 的位置。利用动力诊断公司的仪器做到这点非常容易。可以在制件上标 注出Hp=0线的位置或形状。要评估应力集中水平，需要确定Hp=0线上磁场Hp法向分量的梯度值（变 化强度）。梯度值是表示应力集中区金属磁性变化强度的，自有
5、漏磁场梯度值或 应力强度磁系数也是由磁场Hp变化强度表示的。梯度值越大则其应力集中水平 就越高。如前所述，在理想状态下，制件自身磁场Hp具有均匀分布应的性质，但由 于种种原因很容易出现材料结构的变化，并表现为磁场Hp的不均匀分布。制件 自身磁场的这种局部不均匀分布会表现为梯度值的变化。变化大的位置，其梯度 值就高，相应的该位置的应力集中水平就高。动力诊断公司的仪器可直接计算出 梯度值并以图形的形式显示出来。在总结了大量的检验数据我们发现这样一种现象：梯度值大的位置，往往这 里也是磁场Hp=O的位置，位置相同或距离上非常接近。而磁场Hp=0的位置却 不一定都伴随着大的梯度值。我们发现梯度值能更直
6、接的指示应力集中水平及其 所在位置，而找出Hp=0线可以作为梯度值判定的有力补充。运用梯度值和Hp=0这两种手段来进行判断，使应力集中检测变得十分容易。5、对使用动力诊断公司研制的应力集中检测仪的几点建议1）在检测时没有必要一定开启对大地磁场的补偿。开启补偿虽然可以得到最接 近制件自身的磁场强度值，但由于传感器的灵敏度很高，有可能感应到制件 本身的磁场，会影响补偿值。而且我们需要的参数为磁场强度的变化量，是 否抵消地球磁场对磁场的变化（梯度值）并无影响。可以把同来补偿的传感 器调整到用来检测的方向，这样还能增加检测的面积。关闭补偿通道只对 Hp=0 的位置有影响，但可以在软件中加以调节，使所有
7、测量到的磁场曲线向 上移动地球磁场值 40A/m。2）检测最关键的是找到梯度值大的位置，对于一般的应用可以不用考虑 Hp 曲 线的形状（Hp的值与制件上应力的大小没有直接关系，Hp的值高或低不能 代表应力的高低，真正有应力集中的位置是 Hp 值变化在很短的距离内变化 大的位置）。所以在检测前可以先在设置中把显示方式设置为ALL dH/dx,显 示所有通道的梯度值。直接用梯度值去判断哪里有应力集中的现象存在。3）检测时扫描装置在行走时不要抖动或停顿，这样容易造成测量错误，使某处 梯度值变大。4）在检测到有应力集中的位置时，先做标记。确认其梯度值的大小，再用探头 多重复几次以进行验证，避免其他原因引起的误判。然后可以在该点附近区 域多扫描几次，把整个应力集中区都找出来，并在制件上画出应力集中区或 线。可以把有应力集中区的部位的扫描数据单独存储下来，以便于传输到计 算机上分析。5）在对振动时效设备的结果进行验证时，可以着重验证有应力集中部位的振动 效果。即在振动前先找到是否有应力集中，然后进行振动时效。振动后只比 较有应力集中区域的测量数据。这样不仅能减小工作量，节省大量的时间， 更能使振动和检测的结果更有说服力。
