按金属的残磁确定其机械应力集中区的方法

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1、“动力诊断技术”公司按金属的残磁确定其机械应力集中区的方法作者：技术科学副博士杜波夫华北电力科学研究院有限责任公司北京2002年121．总则1.1本方法用来对设备与结构破损的主要根源-应力集中区做技术诊断。对于确定机械制造产品中的工艺性残余应力集中区，本方法有单独的章节。1.2本方法利用金属在工作载荷和残余应力作用下形成的残磁去确定应力集中区。这里，被检测零部件的磁化源，可能是地球的磁场。方法是建立在磁致伸缩效应和金属的磁记忆原理上。1.3本方法既可在所有的工业部门单独使用，也可以和传统的检测方法和手段结合起来使用。2．用途和使用范围2.1本方法按使用范围分为二个部分。第一部分的使用范围是处

2、在结构外的零部件（新的和旧的）以及加工后的机械制造产品。第二部分是处在运行的设备与结构上的零部件。2.2本方法适用于以铁磁牌号钢制做的零部件。2.3本方法能够：2.3.1确定被检测零部件金属中的焊接联接上的最大应力集中区。2.3.2无需切块取样去评定最大应力集中区里的金属状态。2.3.3和其它无损检测方法相结合能更加有效地完成探伤检测。2.3.4按对破损的早期评估，完成新旧零件的分选。2.3.5对零部件的制造工艺质量进行检验。2.3.6在查出应力集中区的基础上，能更加客观地评价设备和结构的强度，及时地制订和实施提高其可靠性的各种措施。2.3.7由于不要求清理金属表面，从而大大地减少了检测的费

3、用（和其它方法相比）。3．检测仪表及其工作原理3.1要确定各类零部件和设备上的应力集中区使用测磁计——应力集中指示仪。这些仪器的工作原理是当铁磁感应线圈在靠近被检测工件表面附近的漏磁场中移动时，记录其电流脉冲。仪表说明书中有技术说明。3.2可使用梯度计或磁强计作为仪表的传感器。3.3漏磁场强度的测量误差取决于下列各因素：—被测表面的清洁度；—传感器距检测表面的距离；—传感器沿被测表面的扫描速度；—测磁计和传感器的灵敏度。考虑上述诸因素的测量误差能达到10%（基于试验数据）。上述误差水平降低了Hp值在绝对值上的测量精度，但实际上对于确定被测产品的应力集中区没有明显的影响。124．确定机械应力集

4、中区的方法确定应力集中的方法在于测定被检零部件表面上的磁场强度Hp。这时是利用磁机械效应，按照这一效应，被测磁场的向量方向和要确定的残余应力的向量方向一致。使用仪表（测磁计）的传感器在被测表面上进行垂直扫描的方式去确定Hp的零值线。在这些零值线上Hp值改变成相反的符号且对应为残余应力集中线。接着，为确定残余应力集中区里的最大应力集中值，沿着这些Hp=0的线在离每条线两侧相等的距离△Lk上，按△Hp/△Lk线段长度上的Hp值增减率。这时，残余应力集中区最大值对应于被测增减率最大值-△Hp/△Lk。本方法有条件地分成两个部分本方法的第一部分（4.1节）适用于结构外的单独零部件。这时我们面对的是在

5、单独零件上的闭合磁场，且残余应力是由该零件的金属材质和制造工艺决定的（机加工、热处理以及其它加工质量）。本方法的第二部分（4.2节）适用于组装起来和在结构中的零部件。这时我们面对的是组装在一起的那些零部件整个结构的闭合磁场。这时的应力集中区，是由工作载荷作用下产生的残余应力和零件在原始状态下（工厂制造和安装后）就具有的残余应力共同决定的。4.1确定单独零件的应力集中区图1是在测量硬度试件上确定其内部残余应力集中线的方法。用箭头来表示仪表传感器的移动图。此时，该传感器垂直于被测试件表面。用仪表传感器沿被测试件表面从左向右扫描的方式找出不少于O1，O2，O3三个点（见图la）的残余磁场强度Hp的

6、零值线。用这三个点近似地画出Hp值的零值线。然后，为了找准Hp=0线在试件表面上的位置，用传感器在试件表面上沿图1a虚线所示箭头从下向上（或相反）进行扫描。这时Hp值接连从正到负或相反地改变着符号，仪表上给出声、光信号。这样就找出了Hp=0值的中间点和准确的磁场强度零值线。Hp值的检测结果以及Hp=0值线的位置如图1b所示。依所用方法这样确定的Hp=0线，便是试件内部残余应力集中线的所处位置。图2是在汽轮机汽缸法兰联接双头螺栓上确定其残余应力集中线的方法。在图2a上用箭头表示传感器沿双头螺栓母线的移动方向。至少要沿着1、2、3和4相互成90°角的交叉母线上做Hp的测量（见A向视图）。沿双头螺

7、栓表面母线扫描时找出那些Hp值改变相反符号且具有零值的点。随后将其表面上的Hp为零值的各点用油漆或粉笔加以标示，这条线就是被测双头螺栓内部残余应力集中线的位置（见图2a上的应力集中线）。如果用传感器沿螺栓母线扫描时仅找出一个或二个Hp为零值的点，这时就必需沿双头螺栓周边至少三个断面（Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ，如图2b所示）去检测残余磁化强度。传感器沿螺栓周边在Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ断面上的移动方向如图2b所示（