金属磁记忆检测技术研究进展综述.pdf

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1、第38卷第6期化工机械663金属磁记忆检测技术研究进展综述4刘书俊料李著信王黎李远利(后勤工程学院军事供油工程系)摘要介绍了金属磁记忆检测技术原理及其研究现状，总结了磁记忆检测技术存在的问题和未来发展方向。关键词金属磁记忆检测无损检测应力集中中图分类号TQ050．4文献标识码A文章编号0254-6094(2011)06-0663-04铁磁性金属构件被大量应用于现代工业中，铁磁性金属构件在运行过程中由于受到各种不同程度的载荷作用，会产生应力集中进而出现疲劳损伤或裂纹等缺陷而失效。保证金属构件的安全运行至关重要，传统的无损检

2、测手段，如漏磁、磁粉、超声及涡流等，只能发现已成形的宏观缺陷和大部分微观缺陷，对尚未发展成形的微观缺陷和应力集中区无能为力，而这些区域往往是构件失效的危险区域。1金属磁记忆检测技术研究现状20世纪90年代，俄罗斯学者DoubovAA率先提出金属磁记忆检测技术⋯。金属磁记忆检测是迄今为止铁磁性金属构件早期诊断和预报方面唯一可行的无损检测方法。其原理如图1所示，处于地磁场环境下工作的铁磁性构件受载荷的作用，内部会发生磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，并在应力与变形集中区图1金属磁记忆检测原理图线形成最大的漏磁场H

3、。的变化，即应力集中区域的磁场切向分量H。(戈)具有最大值，而法向分量H。(Y)改变符号且具有零值点。通过测定漏磁场法向分量H，(y)，计算梯度值K=dH。(Y)／dx，即可推断铁磁性构件的应力集中区。1．1磁记忆微观机理研究1．1．1磁致伸缩与逆磁致伸缩效应旧1Doubov指出，金属磁记忆检测的机理是：铁磁性金属工件在运行时，受工作载荷和地球磁场的共同作用，在应力和变形集中区域内会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，而且这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用应力有关系，即产生

4、与作用应力相对应的磁记忆，这也是目前被普通接受的解释。1．1．2能量平衡原理南昌航空工业学院的任吉林等认为，构件中应力集中区的形成会聚集相当高的应力能"1。此时为了使铁磁构件内总的自由能趋于最小，在磁机械效应的作用下必将引起构件内部的磁畴在地球磁场中作畴壁的位移甚至不可逆的重新取向排列，主要以增加磁弹性能的形式来抵消应力能的增加，从而在铁磁构件内部产生大大高于地磁场的磁场强度。金属力学性能的研究表明，即使在金属材料的弹性变形区，完全没有能量损耗的完全弹性体是不存在的。由于金属内部存在着多·解放军总后勤部项目“输油管道剩余

5、寿命预测技术及装备研究”(油20040207)。··刘书俊，男。1985年9月生，博士研究生。重庆市，401311。664化工机械2011年种内耗效应(如弹粘性内耗、位错内耗等)，势必造成动态载荷消除后，加载时在金属内部形成的应力集中区会得以保留，特别是在动载荷、大变形和高温情况下尤为突出。保留下来的应力集中区同样具有较高的应力能。因此，为抵消应力能，在磁机械效应作用下引发的磁畴组织的重新取向排列也会保留下来，并在应力集中区形成类似缺陷的漏磁场分布形式，即磁场的切向分量H。(名)为最大值，而法向分量Ⅳ。(Y)的符号发生改

6、变，且具有过零值点。1．1．3电磁感应学说南京燃气轮机研究所仲维畅从电磁学角度解释了在电磁感应作用下，铁磁性材料在地球磁场中的自发磁化来源于定向应力作用下材料本身的应变和交变应力作用下材料的非对称弹塑性应变，进而解释了金属磁记忆中的磁机械效应”1。对于金属磁记忆检测，研究者各自从不同角度解释了磁记忆效应的产生机理，迄今为止还没有形成比较完整和严密的理论体系。目前所取得的成果，大多集中在信号处理和检测仪器开发方面。1．2磁记忆信号降噪及信号影响因素分析1．2．1磁记忆信号降噪检测获取的磁记忆信号往往混入较为严重的噪声，对后

7、续的分析工作造成干扰，这使得对信号进行降噪十分必要。近年来，由于小波及小波包分析在信号处理中的显著优点，磁记忆信号的降噪研究主要在应用小波或小波包方法对信号的降噪处理上。如哈尔滨工业大学张军等对于含有噪声非平稳性的井下磁记忆信号，把指数小波去噪技术和希尔伯特(Hilbert)变换应用到了磁记忆的信号分析中，基于信号与噪声在小波分析中不同尺度的传播特性，利用小波非线性滤波方法消除了噪声、提高了信噪比¨’61。易方等提出了一种改进小波阈值函数与自适应阈值相结合的方法，采用自适应方法计算阈值，克服了软阈值信号失真、硬阈值不连续

8、及振荡等缺点，提高了重建信号的信噪比，消除了磁记忆检测信号噪声。卜9

9、。1．2．2信号影响因素分析研究者在大量的磁记忆检测实践中发现，同一工件处于不同的检测位置(如工件处于南北朝向和处于东西朝向)或者磁记忆检测仪器采用不同的检测参数时(如不同的检测速度、检测探头提离值等)，采集所得的磁记忆信号是不完全相同的，因此，磁