金屬磁記憶檢測技術是一種利用金屬磁記憶效應來檢測部件應力集中部位的快速無損檢測方法。
基本介紹
- 中文名：金屬磁記憶
- 類別：檢測方法
- 作用：檢修
- 優點：無損
概念,原理,研究現狀,發展,
概念
克服了傳統無損檢測的缺點，能夠對鐵磁性金屬構件內部的應力集中區，即微觀缺陷和早期失效和損傷等進行診斷，防止突發性的疲勞損傷，是無損檢測領域的一種新的檢測手段。
原理
鐵磁性金屬零件在加工和運行時，由於受載荷和地磁場共同作用，在應力和變形集中區域會發生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，這種磁狀態的不可逆變化在工作載荷消除後不僅會保留，還與最大作用應力有關。金屬構件表面的這種磁狀態“記憶”著微觀缺陷或應力集中的位置，即所謂的磁記憶效應。當處於地磁場環境中的鐵磁性構件受到外部載荷作用時，在應力集中區域會產生具有磁致伸縮性質的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，該部位會出現磁疇的固定節點，產生磁極，形成退磁場，從而使此處鐵磁金屬的的導磁率最小，在金屬表面形成漏磁場。該漏磁場強度的切向分量Hpx具有最大值，而法向分量Hpy改變符號並具有零值。這種磁狀態的不可逆變化在工作載荷消除後依然保留“記憶”著應力集中的位置。
研究現狀
金屬磁記憶方法自誕生以來，對其機理的解釋就成為國內外學術界關注的焦點。國外專家俄羅斯Doubov教授最早提出：磁記憶現象的出現是由於工件載荷作用下在鐵磁材料內部形成位錯穩定滑移帶，高密度的位錯積聚部位形成磁疇邊界(位錯壁壘)，產生自有漏磁場。
在機理研究方面。如從電磁學角度出發的電磁感應說，即鐵磁性材料垂直於地磁場作用方向的橫截面積，在定向應力作用下會發生應變，因而通過此橫截面的磁通量會發生變化。由電磁感應定律知，該截面上必然產生感應電流，並激勵出感應磁場使工件磁化。又如基於鐵磁學基本理論的能量平衡說，即磁記憶效應產生的內在原因是金屬組織結構的不均勻性，材料內部不均勻處會出現位錯，在地磁場環境中施加應力，則會出現滑移運動…，其結果會引起位錯的增殖，產生很高的應力能。能量平衡的結果，使得鐵磁零件內部磁疇的疇壁發生不可逆的重新取向排列，由於金屬內部存在多種內耗效應，使得動載衙消除後，在金屬內部形成的應力集中區會得以保留。為抵消應力能，磁疇組織的重新排列也會保留下來，並在應力集中區形成類似缺陷的漏磁場分布形式，即磁場的切向分量為最大值，而法向分量符號發生改變，且具有過零值點。丁輝等17唄0建立了裂紋類缺陷應力場和磁通量變化間的數學模型，為磁記憶檢測裂紋類缺陷提供了理論依據。
在磁記憶檢測技術套用研究方面，大慶石油學院開展的對帶有預製焊接裂紋的球型容器、爆破試驗後破裂的管件和帶有焊接缺陷的管件進行了磁記憶檢測實驗研究，利用已知評價標準，準確找出了構件中的缺陷，充分驗證了金屬磁記憶方法的有效性。中國科學院上海精密機械研究所等單位開展的利用地磁場檢測鋼球表面裂紋的可行性研究，表明鋼球被地磁場磁化後，從位於地磁場中的磁阻感測器採樣得到的信號就能夠分辨出鋼球表面缺陷，為磁記憶技術在軸承檢測中的套用提供了可行性方案。黃松嶺等研究了焊縫附近殘餘應力分布和試件表面磁感應強度垂直分量的關係，研究表明，二者具有較好的一致性。北京理工大學在北京市自然科學基金資助下，和俄羅斯動力診斷公司及北京科技大學的研究人員開展合作，探討磁記憶檢測技術在應力腐蝕領域的套用。
磁記憶檢測技術能否得到有效套用的關鍵是檢測設備。而檢測設備的核心是磁敏感測器的研製。很多敏感器件如霍爾磁敏元件、鐵磁線圈和磁敏電阻等，從原理和技術指標衡量，都可以套用於磁記憶感測器的研製。繼俄羅斯動力診斷公司推出第一台磁記憶檢測感測器後，國內已經相繼推出了基於霍爾元件的磁記憶感測器和基於磁敏電阻的磁記憶感測器。進行針對弱磁測量的感測器研製，是磁記憶檢測技術研究的一個重要方面。
發展
作為一種新興的檢測技術金屬磁記億檢測法在擁有廣闊的套用前景的同時，其基礎理論和檢測手段都有待完善，目前尚存在磁記憶現象明確而機理模糊、檢測標準未定量化、對“危險區”的評判手段仍不完善等諸多急需解決的問題，還需進行大量以下研究。
(1)加強磁記憶檢測技術的機理研究：從目前已有的資料來看，儘管有一些文獻探討磁記憶檢測機理，但還沒有達到十分透徹和系統的程度，形成較完整嚴密的理論體系。這方面的研究涉及磁性物理學、鐵磁學、金屬材料學、彈塑性力學、斷裂力學、磁彈性理論、信號與系統分析等多個學科的知識。
(2)開展磁記憶檢測的定量化研究：在無損檢測技術中，缺陷的定量檢測是一個十分重要的問題。磁記憶效應實質上是一種廣義的漏磁場效應，和漏磁檢測一樣，也應該可以進行定量化研究。但總體說來，這方面的研究還有待於深入，對於缺陷大小、形狀和磁記憶參數之間的關係，還未見到系統的實驗研究。
(3)系統開展磁記憶效應的機理性實驗研究：在進行磁記憶機理研究時，可以更系統地開展實驗研究，總結實驗結果，歸納經驗公式。
