【论文】金属磁记忆方法的物理原理

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1、金属磁记忆方法的物理原理摘要:尝试诠释金属磁记忆法-新无损检测方法的物理原理。给出金属磁记忆法检测的典型的定性和定量判据。关键词：金属磁记忆；物理原理PHYSICALBASEOFTHEMETHODOFMETALMAGNETICMEMORYDubovA.A.VstovskyG.V.(InstituteofmetallurgyofAcademyofScience《Energodiagnostika》Co.LtdRussiaMoscow)AbstractTheattemptismadephenomenologicallytogiveinterpretationofthephys

2、icalbaseofthemetalmagneticmemorymethod-newmagneticmethodofanon-destructiveinspection.Thecharacteristicofqualitativeandquantitativecriteriausedinthemethodofmetalmagneticmemoryisshown.KeywordsmetalMagneticmemory；Physicalbase检测设备的实际应力-变形状态，最为有效并且在实践中得到越来越广泛应用的方法乃是金属磁记忆法(MMM)，其主要原理和判据在[1,2,3,

3、4].文中都有阐述。22金属磁记忆方法，依作者意见，乃是技术诊断领域里的崭新方向。这是继声发射之后第二个被动式的检测方法,它是利用结构自身辐射出的信息。金属磁记忆法不仅能检测处在运行状态下的设备，也能在设备修理时进行检测。同时，金属磁记忆法除了能早期发现正在发展着的缺陷外，还能进一查明受检对象的实际应力-变形状态，找出产生破损的根源。和声发射方法比较，金属磁记忆使用在更为早期的检测阶段,是从外部载荷超过金属内应力水平时开始。大多数低碳钢，因组织结构的不均匀性造成的平均内应力水平，等于60-80MPa，将近材质屈服极限的0.3倍。按强度和机械损伤机理，设备出现和发展破损最为

4、不利的情况是复合型载荷，这时金属局部受主拉伸应力作用，在垂直于该应力的平面上滋生裂纹。多年从事管道和各种设备磁场的研究经验表明，金属发展损伤的区域，存在着磁场强度Hp稳定的符号变换线，而正是这一诊断参数，即Нр=0线，构成了金属磁记忆检测设备方法的基础。本文力图诠释在工作载荷作用下，出现在管件表面上的《主应力线》这一个磁诊断参数。参见文[2,4].拉伸、压缩、扭曲和周期性载荷作用下的金属磁记忆效应，最早是在实验室和工业研究中发现的。磁记忆方法的独到之处还在于，它利用工作载荷的作用，在稳定的滑移位错带区域产生的自有漏磁场。存在微弱地球磁场时，在受检物体应力集中区的表面将形成

5、的漏磁场梯度，使用专门的磁测仪表能确定该梯度值的大小。22在位错聚积区产生自有漏磁场的机理是源于这些聚积变成和磁畴壁厚相等时磁畴边界的固锁效应。任何条件下对工作结构的人工磁化，都得不到象自有磁场那样的信息源，只有象地球磁场这样微弱的外部磁场，承载结构上的变形能量，又远大于外部磁场的能量时，才能形成和得到那样的信息。要想定量评估应力集中水平，就得确定通过应力集中线(Hp=0线)1磁场Hp法向分量的梯度值(变化强度)。（1）式中:━表示应力集中区金属磁性变化强度，因而也是由磁场Hp变化强度表示的漏磁场梯度值或应力强度磁系数；━位于Hp=0线两侧同等线段上两检测点之间磁场Hp的

6、差数模量。这时，线段应垂直于Hp=0线。线段对于Hp=0线的垂直位置，是由于这些线段同最大的拉伸（或压缩）应力方向相重合所决定的。利用金属磁记忆这一新诊断方法，能从金属质量，实际使用条件和结构特点去综合评价部件状态。所建议的新检测方法其原理性的新东西都是什么呢？22分析已知的磁无损检测方法，我们能得出采用这些方法必备的条件是：第一，必须有磁化装置。第二，传统的磁无损探伤法仅能在事先知道检测对象的应力集中和缺陷部位的情况下才能使用。第三，已知的磁无损检测方法，通常得清理受检金属表面和完成一系列的准备工作。显然，在长且巨大的结构和设备上，要想采用传统的磁检测方法去全面普查是不

7、可想象的。例如，专门去磁化管路系统，在一个现代的动力锅炉上，其管路总长度达数百公里，这个任务是不现实的。何况每一根锅炉管件的应力集中部位（损伤的发展根源），不可能事先知道，因为影响它形成的有各种工艺性、结构性和使用性等诸多因素。众所周知，多数由铁磁材料制造的金属结构和设备，在工作载荷作用下，于地球磁场中经受着“自磁化”。图1给出了导致残余磁感应增大的磁弹性效应，如果在结构的某个部位上加上周期性载荷△σ，且有外部磁场（如地球磁场），在该部位就会出现残余磁感应和残余磁化强度的增长。同这种“自磁化”22现象，到处（造船、动力、滚珠轴