邱忠超 于瑞紅 陳遜 謝維 石亞男

摘要：磁記憶檢測(cè)方法可快速檢測(cè)鐵磁構(gòu)件應(yīng)力集中區(qū)域，對(duì)其早期損傷進(jìn)行及時(shí)診斷。針對(duì)磁記憶信號(hào)為地磁場(chǎng)激勵(lì)條件下的弱磁信號(hào)，容易受周圍環(huán)境噪聲干擾的問題，提出采用加強(qiáng)外磁場(chǎng)激勵(lì)來強(qiáng)化有用磁記憶信號(hào)，抑制干擾因素的不利影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可以有效突出磁信號(hào)，提高檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，為磁記憶檢測(cè)技術(shù)的工程推廣應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化磁記憶;鐵磁構(gòu)件;早期損傷;靈敏度

0? ? 引言

1997年，在美國舊金山舉行的第50屆國際焊接學(xué)術(shù)會(huì)議上，俄羅斯學(xué)者Doubov首次提出金屬應(yīng)力集中區(qū)的磁記憶效應(yīng)，并形成一套無損檢測(cè)與診斷方法——金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)[1]。磁記憶效應(yīng)是指鐵磁構(gòu)件在使用過程中受地磁場(chǎng)和載荷的共同作用，由于鐵磁材料內(nèi)部應(yīng)力分布的不均勻使材料表面磁場(chǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致泄漏磁場(chǎng)產(chǎn)生[2]。但是，磁記憶檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際工程推廣應(yīng)用時(shí)遇到了一些難以解決的瓶頸問題，如磁記憶檢測(cè)屬于地球弱磁場(chǎng)檢測(cè)方法，輸出磁信號(hào)比較微弱，易受外界環(huán)境因素干擾，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失真[3-4]。

針對(duì)磁記憶信號(hào)為地磁場(chǎng)激勵(lì)條件下的弱磁信號(hào)，容易受周圍環(huán)境噪聲干擾的問題，提出采用加強(qiáng)外磁場(chǎng)激勵(lì)來強(qiáng)化有用磁記憶信號(hào)，抑制干擾因素的不利影響。本文通過搭建磁記憶檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)提出的強(qiáng)化磁記憶檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

1? ? 強(qiáng)化磁記憶檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

以Q235鋼平板試件作為研究對(duì)象，試件厚度為4 mm，如圖1所示。在鐵磁試件表面用黑色筆畫一條直線，每間隔5 mm標(biāo)記一個(gè)點(diǎn)，共21個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。將試件設(shè)計(jì)成中部沿軸線逐漸變化的圓弧狀形式，這樣可以使得每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都產(chǎn)生不同的應(yīng)力。為了盡可能減小剩磁，通過TC-50退磁器對(duì)試件提前進(jìn)行退磁處理。

圖2為實(shí)驗(yàn)室已搭建的磁記憶檢測(cè)系統(tǒng)框圖，在地磁場(chǎng)與外加弱磁場(chǎng)激勵(lì)下對(duì)鐵磁試件進(jìn)行靜拉伸實(shí)驗(yàn)，同時(shí)采用TSC-1M-4磁檢測(cè)儀沿試件自上而下在位采集試件表面各點(diǎn)處的法向磁場(chǎng)。

為了使勵(lì)磁裝置與鐵磁試件在拉伸過程中始終保持緊密貼合，將勵(lì)磁裝置設(shè)計(jì)成可滑動(dòng)結(jié)構(gòu)。對(duì)勵(lì)磁線圈通電流，從而在鐵磁試件中產(chǎn)生弱激勵(lì)磁場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)勵(lì)磁線圈通0.01 A電流，結(jié)合線圈匝數(shù)可知，鐵磁試件仍處于弱磁激勵(lì)狀態(tài)。

2? ? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

將每一個(gè)試件重復(fù)檢測(cè)三次，取其平均值進(jìn)行分析。以未施加載荷時(shí)在位測(cè)量的磁場(chǎng)為Hp0（y）基準(zhǔn)，則拉伸載荷造成的磁場(chǎng)變化ΔHpi（y）=Hpi（y）-Hp0（y），其中，Hpi（y）為施加載荷時(shí)磁檢測(cè)儀采集到的磁信號(hào)，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，地磁場(chǎng)激勵(lì)條件下磁信號(hào)Hp（y）變化幅度比較大，磁信號(hào)過零點(diǎn)位置跨度較大，難以判斷鐵磁試件的應(yīng)力集中區(qū)域。當(dāng)通過勵(lì)磁裝置施加外部激勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，磁信號(hào)Hp（y）增加且規(guī)律性明顯，磁信號(hào)過零點(diǎn)位置集中在-2～2 mm，與鐵磁試件應(yīng)力集中位置吻合較好。

由此可知，地磁場(chǎng)環(huán)境下，由于鐵磁試件磁記憶檢測(cè)屬于在位檢測(cè)，拉伸機(jī)與夾具產(chǎn)生的磁場(chǎng)都會(huì)對(duì)磁記憶信號(hào)產(chǎn)生干擾，使得傳感器采集到的信號(hào)雜亂無章。通過施加外磁場(chǎng)激勵(lì)，可以使得有用磁信號(hào)得以突出，而噪聲干擾沒有變化，進(jìn)而改善檢測(cè)效果。

3? ? 結(jié)語

針對(duì)磁記憶信號(hào)為地磁場(chǎng)激勵(lì)條件下的弱磁信號(hào)，容易受周圍環(huán)境噪聲干擾的問題，提出采用加強(qiáng)外磁場(chǎng)激勵(lì)來強(qiáng)化有用磁記憶信號(hào)，抑制干擾因素的不利影響。對(duì)鐵磁試件進(jìn)行靜拉伸實(shí)驗(yàn)，并分別在地磁場(chǎng)和弱磁場(chǎng)激勵(lì)環(huán)境下采集鐵磁試件表面的磁信號(hào)。結(jié)果表明，該方法可以有效突出磁信號(hào)，提高檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，為磁記憶檢測(cè)技術(shù)的工程推廣應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] DUBOV A A.A study of metal properties using the method of magnetic memory[J].Metal Science & Heat Treatment，1997，39（9）：401-405.

[2] 張軍，朱晟楨，畢貞法，等.基于金屬磁記憶效應(yīng)的高鐵輪對(duì)早期故障檢測(cè)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2018，39（1）：162-170.

[3] ROSKOSZ M，BIENIEK M.Evaluation of residual stress in ferromagnetic steels based on residual magnetic field measurements[J].NDT & E International，2012，45（1）：55-62.

[4] 張衛(wèi)民，邱忠超，于霞，等.利用強(qiáng)化磁激勵(lì)場(chǎng)提高磁記憶檢測(cè)靈敏度的可行性分析[J].中國機(jī)械工程，2015，26（24）：3375-3378.

收稿日期：2019-12-27

作者簡介：邱忠超（1987—），男，山東濟(jì)寧人，博士，講師，研究方向：電磁無損檢測(cè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)與儀器。