一種利用金屬磁記憶檢測技術(shù)判別鐵磁材料裂紋萌生的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵磁性金屬材料無損檢測領(lǐng)域，更具體地說，是一種基于金屬磁記憶信號及其參量變化特征探測構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力集中，表征裂紋擴(kuò)展過程和構(gòu)件損傷程度的方法，屬于無損檢測中金屬磁記憶檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵磁材料由于其優(yōu)良性能，已廣泛用于航空、鐵路、管道、電站、壓力容器、石油工程等焊接結(jié)構(gòu)，并且不斷向大型化和高參數(shù)的方向發(fā)展。在長期承受交變載荷作用的結(jié)構(gòu)中，疲勞失效是一種主要的破壞形式。在疲勞過程中，應(yīng)力集中會導(dǎo)致裂紋、腐蝕、蠕變，是導(dǎo)致疲勞斷裂的主要來源。疲勞斷裂過程可以分為裂紋的萌生、裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展及失穩(wěn)斷裂三個過程。由于疲勞斷裂時的應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料靜載下的強(qiáng)度極限，且在沒有明顯塑性變形的情況下突然斷裂，往往會造成災(zāi)難性的后果，因此對在役構(gòu)件進(jìn)行裂紋檢測/監(jiān)測的研究具有重要意義。
[0003]金屬磁記憶檢測技術(shù)是由俄羅斯學(xué)者Dubov于1997提出的一種新的損傷檢測方法。金屬磁記憶檢測方法的物理基礎(chǔ)是磁機(jī)械效應(yīng)，是處于地磁環(huán)境下的鐵磁構(gòu)件受工作載荷的作用，其內(nèi)部會發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向的和不可逆的重新取向，通過理論分析可知，在應(yīng)力與變形集中區(qū)形成的漏磁場切向分量Hp(X)具有最大值，法向分量Hp(y)改變符號且具有零值點(diǎn)。這種應(yīng)力作用下的磁狀態(tài)不可逆變化在載荷消除后繼續(xù)保留，從而通過漏磁場法向分量H^y)的測定，便可推斷工件應(yīng)力集中和損傷部位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用金屬磁記憶檢測技術(shù)判別鐵磁材料裂紋萌生的方法，即利用金屬磁記憶信號及其特征參量對在疲勞載荷作用下的缺口鐵磁材料裂紋萌生進(jìn)行表征的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]一種利用金屬磁記憶檢測技術(shù)判別鐵磁材料裂紋萌生的方法，按照下述步驟進(jìn)行:
[0007]步驟1，將試樣裝夾于疲勞試驗(yàn)機(jī)上，沿著試件表面測量通道檢測試樣在無加載時的磁記憶信號，即在未加載時測得的初始磁記憶信號(即漏磁場的法向分量1(7));
[0008]步驟2，在測得初始磁記憶信號后，設(shè)定加載參數(shù)，所述加載參數(shù)在整個測試過程中保持不變，例如設(shè)定加載波形為方波，最大載荷為120KN(200MPa)，應(yīng)力比為0.5，加載頻率為3Hz ；
[0009]步驟3，在加載過程中，選擇不同循環(huán)加載次數(shù)時停止加載，使用金屬磁記憶檢測儀沿著試件表面測量通道檢測試樣在不同循環(huán)加載次數(shù)下的磁記憶信號(即漏磁場的法向分量Hp (y))，選擇直至加載至試樣斷裂；
[0010]具體來說，選擇開始時每循環(huán)加載1000次時停止加載，用低倍放大鏡觀察試樣是否出現(xiàn)裂紋，用金屬磁記憶檢測儀在線測量其磁記憶信號，繼續(xù)加載，宏觀裂紋出現(xiàn)后，每循環(huán)加載500次停止加載，并在線測量磁記憶信號，繼續(xù)加載，直至試件斷裂。
[0011 ] 步驟4，不同循環(huán)加載次數(shù)下測量的磁記憶信號曲線中的最大波峰值Hp (y) _與最小波峰值Hp (y)fflin作差，將最大波峰值與最小波峰值的之差Hp (y) sub和相應(yīng)不同循環(huán)加載次數(shù)作圖，得到第一變化曲線圖；
[0012]步驟5，將不同循環(huán)加載次數(shù)下測量的磁記憶信號曲線分別減去未加載時測得的初始磁記憶信號(即在未加載時測得的初始磁記憶信號)，并提取上述經(jīng)過處理后的不同循環(huán)加載次數(shù)下測量的磁記憶信號的磁記憶信號梯度最大值Kmax與不同循環(huán)加載次數(shù)作圖，得到第二變化曲線圖；
[0013]步驟6，根據(jù)第一變化曲線圖和第二變化曲線圖出現(xiàn)線性降低點(diǎn)時，即可判斷裂紋已經(jīng)萌生；第一變化曲線圖和第二變化曲線圖開始階段，最大波峰值與最小波峰值的之差Hp (y)sub和磁記憶信號梯度最大值Kmax在不同循環(huán)加載次數(shù)下的變化較小，當(dāng)兩條變化曲線開始出現(xiàn)“線性降低(減少)點(diǎn)”時，即最大波峰值與最小波峰值的之差Hp(y)sub和磁記憶信號梯度最大值Kmax、與循環(huán)周次的增加呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即開始出現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增加而減少,此時對應(yīng)的加載循環(huán)次數(shù)即可為裂紋產(chǎn)生對應(yīng)的循環(huán)周次。
[0014]在本發(fā)明技術(shù)方案中，將金屬磁記憶檢測技術(shù)與疲勞載荷的動態(tài)應(yīng)力集中系數(shù)以及斷裂損傷力學(xué)相結(jié)合，對磁記憶信號法相分量進(jìn)行處理，提取其最大值與最小值差值和信號經(jīng)處理后其梯度與循環(huán)次數(shù)的變化情況作為鐵磁材料在疲勞載荷作用下的變量，建立一種利用金屬磁記憶檢測技術(shù)的針對帶缺口鐵磁材料疲勞載荷下裂紋萌生的表征方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)克服了現(xiàn)有無損檢測技術(shù)無法對裂紋萌生預(yù)測的缺點(diǎn)，提出了利用金屬磁記憶技術(shù)檢測/監(jiān)測裂紋萌生的方法；(2)對磁記憶信號進(jìn)行了處理，有效排除各種干擾，判別準(zhǔn)確率高。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中使用的鐵磁材料試樣示意圖，其中各個標(biāo)出的尺寸如下(mm) a 為 400，b 為 30，c 為 50，d 為 80，e 為 60，f 為 50。
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中，試樣在沒有記載之前測試的磁記憶信號。
[0017]圖3為循環(huán)加載12000次時試樣的磁記憶信號曲線。
[0018]圖4為最大波峰值與最小波峰值的之差Hp (y)sub和加載次數(shù)變化曲線圖，橫坐標(biāo)為加載循環(huán)周次，縱座標(biāo)為相應(yīng)循環(huán)周次下，測量通道中峰-峰值Hp(y) sub。
[0019]圖5為各疲勞次數(shù)下的磁記憶信號減去初始時各點(diǎn)的磁記憶信號的磁記憶信號曲線。
[0020]圖6為磁記憶信號梯度最大值Kmax與循環(huán)周次的變化曲線圖，其中橫坐標(biāo)為加載循環(huán)周次，縱座標(biāo)為相應(yīng)循環(huán)周次下的磁記憶信號梯度最大值Kmax。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。在本實(shí)施例中，以帶缺口的鐵磁材料試樣為研究對象，對其施加低周疲勞載荷，在不同疲勞次數(shù)下停止加載并測量其表面磁記憶信號。
[0022]使用如附圖1所示的鐵磁材料試樣作為實(shí)施例使用的樣品，其中各個標(biāo)出的尺寸如下(mm):a 為 400，b 為 30，c 為 50，d 為 80，e 為 60，f 為 50。
[0023]首先將試樣裝夾于疲勞試驗(yàn)機(jī)上，使用TSC-1M-4型金屬磁記憶檢測儀沿著試件表面測量通道檢測試樣在無加載時的磁記憶信號，即在h時刻測得的初始磁記憶信號(即漏磁場的法向分量Hp (y))，如附圖2所示。
[0024]在測得初始磁記憶信號后，設(shè)定加載參數(shù)