冷建成,徐敏強,邢海燕

(1大慶石油學院機械科學與工程學院,黑龍江大慶163318;2哈爾濱工業(yè)大學航天學院,哈爾濱150001)

鐵磁構件磁記憶檢測技術的研究進展

冷建成1,2,徐敏強2,邢海燕1

(1大慶石油學院機械科學與工程學院,黑龍江大慶163318;2哈爾濱工業(yè)大學航天學院,哈爾濱150001)

金屬磁記憶技術在檢測鐵磁構件應力集中和疲勞損傷等早期失效方面具有潛力。從磁記憶效應的機理研究、基礎性試驗探討到檢測信號的影響因素分析以及工程應用,對該技術在近幾年來的發(fā)展現狀進行了綜述,并討論了其在理論和實際應用中存在的問題。在國內外現有研究的基礎上,指出了磁記憶檢測技術的特點和需要進一步研究的發(fā)展方向。

早期失效;金屬磁記憶;力磁耦合;影響因素;判斷準則

無損檢測技術對保障設備在設計試驗、生產制造、運行使用等各個階段的可靠性和安全性起著重要的作用,但傳統(tǒng)的無損檢測方法僅能發(fā)現宏觀缺陷,而絕大多數宏觀缺陷都是由各種微缺陷發(fā)展而來的。微缺陷的形成常常與應力集中有關,構件中的應力集中區(qū)域在產生可檢測的裂紋或缺陷之前,已經存在隱性損傷。構件在服役過程中,承載能力會逐步降低,尤其是一些大幅值交變載荷作用下的機械設備,從微缺陷發(fā)展到宏觀缺陷具有突發(fā)性,有可能在毫無征兆的情況下導致構件的突然失效,如飛機、壓力容器、蒸汽機轉子葉片等設備。因此,對應力集中狀態(tài)尤其是裂紋產生前的臨界應力-應變狀態(tài)進行診斷,是對設備和構件的結構強度與可靠性評價的重要依據,但目前常規(guī)的無損檢測方法對于還未形成明顯的物理不連續(xù)如應力集中,難以實施有效的評價。

20世紀七八十年代,前蘇聯金屬物理研究所、應用物理研究所,西德費爾什捷爾研究所等研究中心測量試件殘余磁場要預先磁化,試件的自然磁場被視為干擾因素。俄羅斯學者Dubov最早于1994年提出金屬磁記憶的概念[1]。1998年,在第50屆國際焊接學術會議上,Dubov提出了金屬應力集中區(qū)-微觀變化-磁記憶檢測相關技術[2],能可靠檢測出以應力集中為特征的鐵磁材料的危險部位,是對鐵磁構件進行早期診斷的一種新的無損檢測方法。1999年汕頭召開的第7屆全國無損檢測學術年會暨國際學術研討會上,Dubov發(fā)表了一篇介紹磁記憶檢測基本原理及其在管道、壓力容器上應用的文章[3],得到國內學術界的普遍關注。

由于磁記憶檢測源自工程實踐,目前尚缺乏完善的理論體系,影響弱磁信號的各種因素解釋不清,致使工程應用中很難制定相應的檢測標準。不同于傳統(tǒng)的漏磁檢測方法,金屬磁記憶是一種檢測應力狀態(tài)的方法,它利用的是工作載荷和地磁場共同作用下形成的位錯穩(wěn)定滑移帶區(qū)域中出現的自有漏磁場,而漏磁檢測測量的是外加磁場在缺陷處的漏磁場,二者具有本質的不同。該技術集無損檢測、斷裂力學、金屬學等學科于一體,不僅可以用來準確確定在役運行設備上正在形成或發(fā)展中的金屬缺陷區(qū)段,亦可以在設備或構件的疲勞試驗中準確確定應力集中的部位,為無損評估技術在構件失效前的早期診斷提供了新的方向[2]。

1 磁記憶效應的機理研究

構建反映磁記憶效應的機理模型,是無損檢測定量化的基礎,也是工程應用標準化的要求,對于推廣和提高磁記憶技術的實踐應用具有重要的指導意義。

1.1 唯象本構模型

金屬磁記憶方法的物理基礎源自磁彈性效應和磁機械效應、應力集中區(qū)中位錯壁上磁疇邊界的固鎖效應以及金屬天然磁化強度條件下組織和機械強度不均勻性造成的漏磁場效應[2],其實質是鐵磁性構件在恒定弱磁場,如地磁場下的力-磁耦合作用。在金屬磁記憶理論提出之前,應力與磁性能之間的關系早已受到各國學者的關注,并做了大量的試驗來研究拉壓[4,5]、扭轉[6]等不同應力下對磁化過程、磁滯回線、磁導率、矯頑力等參數的影響。

目前力-磁關系研究中較為系統(tǒng)的是磁機械效應理論。早先Bozorth[7]基于磁化過程是可逆的假設,探討了由于磁致伸縮而引起的磁場強度的變化;Brown[8]在其提出的理論中,假設弱磁場下應力對疇壁位移的作用遵循瑞利定律,但與后來的實驗數據[9]不相符合;無限小可逆條件下建立的熱動力學關系方程與磁化過程本質上是不可逆的相矛盾。Jiles和Atherton[10]提出了接近定律,并基于有效場理論建立了單向應力作用下鐵磁性材料的磁機械效應理論模型[11]。該模型認為磁化過程包括可逆和不可逆磁化,材料磁化強度的變化不僅與應力有關,還與材料的非滯后磁化強度有關;外加應力對磁化強度的影響是一個剩余磁化強度不斷向非滯后磁化強度靠近的不可逆過程。隨后,Li[12]在原有模型的基礎上引入弱磁場中磁化的瑞利定律,提出了改進的磁機械效應模型。

在上述磁機械效應的研究中都存在外加磁場,很少提及地磁場的任用;而磁記憶效應強調了地磁場作為激勵源的作用。磁機械效應主要描述應力對磁化的關系模型,為磁性材料的各種應用提供理論基礎;而磁記憶效應偏重于應力集中及微損傷引起的磁信號畸變特征,并將其應用于無損檢測領域。二者的本質是一致的,其根源來自鐵磁性材料的自發(fā)磁化和能量平衡原理。目前磁機械效應的研究主要局限于彈性范圍,其理論模型僅適用于彈性階段;磁記憶效應中也只提到磁彈性效應,那么是不是也有相應的“磁塑性效應”?這些問題的深入研究都有助于解釋實驗及檢測中出現的復雜現象。

1.2 微觀機制

上述唯象本構模型并不涉及對材料的微細觀結構的解釋,但從微觀角度分析,應力的增加將導致磁疇的運動和變化。Fukawa[13]對Si-Fe單晶表面圓珠劃痕進行了應力分析和磁疇觀察,Sablik[14]建立了磁滯和應力影響磁性能的微磁模型。Yamanoto[15]觀察了1A/m弱磁場下應力產生的磁疇變化,Notoji[16]在塑性變形區(qū)發(fā)現了材料表面有楔形磁疇出現。Zhu[17]建立了應力影響磁疇運動的微磁模型,并通過實驗和仿真進行了驗證;Bulte[18]則從原子尺度上引入磁矩的自旋-自旋耦合和自旋-軌道耦合,對應力致磁進行了微觀解釋。任吉林[19]利用粉紋法來觀察受力程度不同的試件的磁疇結構,分析了不同殘余應力對磁疇的影響。事實上,應力將促使材料內部的磁疇組織發(fā)生變化,疇壁產生不可逆偏轉,并改變了磁導率,進而改變試件表面的微觀結構,從而使得所測磁場發(fā)生改變。

盡管對于鐵磁材料力磁耦合行為的細觀本構已有一些探索,但目前還沒有較為成熟的模型。借助微磁學理論可以揭示磁性材料內部的磁矩分布和疇壁演化過程,同時得到材料的宏觀磁參數,有望建立微觀磁性和宏觀磁性之間的聯系。

2 磁記憶效應的基礎性試驗研究

在進行磁記憶機理的研究中,國內外學者更多的是開展試驗研究。

2.1 靜載試驗

大多數靜載拉伸實驗結果表明:未退磁試件表面各點磁場強度的法向分量,即磁信號在彈性和塑性階段具有不同的變化趨勢,彈性階段由初始無規(guī)律分布逐漸向磁有序狀態(tài)轉變,而塑性階段磁信號幾乎不再隨載荷變化[20,21];退磁試件在彈性范圍內近似為一斜直線分布,直線斜率的絕對值隨載荷的增加而變大,至屈服極限時達到最大,塑性變形后逐漸減小[22,23]。無論加載前試件是否經過退磁處理,斷裂瞬間均有一致的表現:斷口處磁信號激增,且兩端極性相反,呈明顯的漏磁缺陷信號曲線特征。在拉伸試驗中,對彈性范圍內磁信號與應力之間的關系研究較多,基于磁機械效應的等效場理論模型很好解釋了應力導致畸變磁場反向的原因[24];塑性階段力磁關系變得更為復雜,大多是從位錯運動的微觀角度進行簡單分析。唯一的拉壓試驗[25]表明壓應力對材料磁化強度的影響遠小于拉應力,這也許是文獻中很少利用壓縮試驗來探討磁記憶效應的原因。

但不管怎樣,試件本身的剩余磁場強度會對檢測結果產生明顯不同的影響;由于某些人為的預制缺口位置也會出現磁信號過零現象,但這實際上并不一定是應力集中區(qū),所以僅僅借助過零點特征不能完全表征試件的潛在危險部位。

相比拉伸實驗,扭轉和彎曲實驗做得較少。在扭轉載荷作用下,磁信號在彈性區(qū)呈單調遞增而塑性區(qū)呈緩慢下降趨勢[26];但也有試驗發(fā)現試件屈服后磁信號會產生較大幅度的提高[27]。在三點彎曲復雜應力狀態(tài)下[28],磁信號在受拉層和受壓層表現為不同的極性,中性層中心處的磁場梯度值與切應力相對應。

可見,鐵磁性材料中機械應力和由它引起的漏磁場間有著相當復雜的關系,并無期望的單值對應關系。由于缺乏相應的理論模型,對磁信號與應力之間的對應關系解釋很籠統(tǒng),沒有提出試件達到屈服或頸縮臨界狀態(tài)時的磁記憶敏感參數;當然,塑性階段的應力或應變與磁信號之間的定量關系更無從說起。

2.2 疲勞試驗

拉-拉疲勞被廣泛用于疲勞試驗研究,未退磁試件表面各點的磁信號在前幾輪加載循環(huán)后迅速改變,達到一定次數后逐漸趨于穩(wěn)定并保持至試件斷裂[29],同時表明磁記憶信號對高載疲勞和含缺陷試件的損傷判別能力更強[30];退磁含缺口試件在應力集中部位磁信號出現異常畸變,且峰峰值和疲勞裂紋長度具有線性相關性[31,32]。與拉伸斷裂時相似,在疲勞破壞前瞬間也產生磁場突變現象。由于散射磁場法向分量和切向分量的物理意義并不明確,切向分量被嘗試用于拉壓疲勞試驗分析中,結果表明在整個疲勞過程中表現出振蕩、突變和收斂的規(guī)律[33]。

在三點彎曲疲勞試驗中,不同循環(huán)次數下應力集中區(qū)的磁場峰峰值與疲勞過程的三個階段相對應,表明磁記憶技術可用于疲勞損傷評估[34]。如何提取表征疲勞損傷的特征參數,以及建立特定鐵磁材料的剩余壽命預測模型還需要很多工作要做。

綜上所述,磁記憶效應的基礎性試驗研究常見于對特定實驗條件下的現象進行定性分析和解釋,試驗結果沒有比較的標準,致使不同學者做的相同試驗可能會得到不同的實驗現象,其中的原因還有待澄清,不同材料、形狀、熱處理條件以及環(huán)境磁場等初始參數對磁記憶檢測的影響有待明確,只有找出不同應力作用下磁記憶效應適用的一般性規(guī)律,才能對檢測結果作出準確、科學的評價。

3 磁記憶檢測信號的影響因素分析

除了基礎性試驗研究中涉及的鐵磁材料的化學成分、試件形狀和人為缺口、熱處理工藝、環(huán)境磁場等原始參數對磁記憶信號具有明顯的影響之外,人為因素如檢測方法及分析手段也會影響到檢測信號中特征量的提取,從而影響最終診斷結果。

3.1 檢測過程

構件的放置方向會影響所測磁場強度的大小,但磁場的分布規(guī)律沒有改變,即對應力集中區(qū)的判斷不會影響[35];但也有研究建議檢測時試件東西水平放置可減小地磁場對檢測結果的干擾[36]。可見,雖然地磁場是磁記憶效應的激勵源已被基本公認,但表征磁記憶現象的磁場與地磁場之間的關系尚缺乏一致的結論。

另外,提離值對所測磁信號的影響類似漏磁檢測:隨著提離值的增加,磁信號值越來越小,但整個磁場強度分布曲線并沒改變[35]。所以,為了減小人為測量誤差,可采用自動掃描裝置進行信號采集。

在工程實際中,由于被檢對象的安裝位置和放置方向一般來說都是固定的,所以盡可能在方便的方位進行檢測,但探頭與檢測面的提離值應盡量保持相同。

當試件在加載和卸載不同條件下進行磁記憶檢測時,得到的磁信號差別顯著[37]:當試驗機夾具由鐵磁性材料制成時會產生較強的磁場,這就相當于在試件兩端有一個變化的外加磁場干擾,因而在線檢測結果就會受到較大影響,從而使診斷判據失效;相比之下,對應的離線檢測效果良好,能夠捕捉到應力集中區(qū)或危險部位。

實質上,在線加載檢測對應工作應力下的磁信號變化,而離線卸載檢測對應殘余應力下的磁信號變化。如果沒有外加磁場的干擾,在線檢測可用于確定局部應力集中區(qū)的位置并評價其性質;離線檢測可反映制件和焊接接頭的組織的不均勻性。不管哪種檢測都可以發(fā)現早期缺陷,從而找到構件損壞發(fā)展的主要根源。

3.2 結果分析

為了評價應力集中區(qū),常用的診斷參數是磁場法向分量符號變換線(Hy=0線)及其梯度最大;要定量評估應力集中水平,需要確定通過應力集中線磁場法向分量Hy的梯度值,即應力集中區(qū)漏磁場梯度值;定義磁指標,即可用來確定被檢金屬是否瀕臨損傷的極限狀態(tài)[38]。在焊接裂紋的磁記憶檢測中,曾提出用6個信號特征來判別[39],但所提參數在工程中是否可靠或通用,還有待實踐的檢驗。

磁記憶信號屬于弱磁信號,所以很容易受外界環(huán)境及探頭抖動等其他因素干擾,對噪聲很敏感。確切地說,磁記憶檢測信號屬于低頻空間域信號,具有非平穩(wěn)特性。通過實驗發(fā)現,磁記憶信號由于是鐵磁工件自然散射的漏磁場,受探頭移動速度影響不大,所以可直接應用時間域信號的處理方法。對于這種含有噪聲非平穩(wěn)性的磁記憶信號,將指數小波去噪技術和 Hilbert變換[40]、數字平滑和小波去噪方法[41]引入到磁記憶檢測系統(tǒng)的信號處理中,可以提高信噪比。

在分析危險部位磁記憶異常信號的基礎上,利用現代信號處理技術進行特征提取,并通過神經網絡等人工智能方法進行自動識別,還有很長的一段路要走;但明確這些人為因素對磁記憶檢測精度的影響將有助于指導工程應用時的檢測過程和結果分析,從而為檢測報告及標準的制定提供依據。

4 工程應用

俄羅斯動力診斷公司最先開發(fā)了專門的檢測儀器TSCM-2FM,TSC-1M-4型應力集中磁指示儀和EMIC-1型裂紋電磁指示儀。目前國內已相繼推出了基于霍爾元件的磁記憶傳感器和基于磁敏電阻的磁記憶傳感器,廈門愛德森電子有限公司開發(fā)出 EMS-2000智能磁記憶金屬診斷儀及相關軟件系統(tǒng),近年西安永安檢測設備有限公司亦開發(fā)出ZWJ-A型智能微磁檢測儀。此外,清華大學、北京理工大學等高校也開發(fā)了相應的磁記憶檢測設備。

磁記憶檢測技術能否得到有效應用的一個關鍵就是檢測設備,而檢測設備的核心則是磁敏傳感器的研制?？臻g中磁場強度有3個方向,而目前的磁記憶儀多為檢測法向分量,這樣就丟失了2個切向信息,因此研制3個方向的微磁傳感器是有必要的;另外,對于重要設備的在線監(jiān)測,需要開發(fā)能連續(xù)自動采集的磁測系統(tǒng)。

在工程應用方面,Dubov等證明了金屬磁記憶方法用于早期診斷的可行性[2,3],將磁記憶技術應用于化工設備、鍋爐、渦輪葉片、管道的現場檢測,并提出了用金屬磁記憶技術來判斷金屬性能的方法;通過對帶有缺陷的鐵磁性管件受力時散射磁場特點的研究,提出了確定鐵磁性材料產品中殘余應力的方法[42],并利用金屬磁記憶方法來控制焊接質量[43];總結了傳統(tǒng)無損檢測方法在剩余壽命評估上的局限性,對比論證了磁記憶技術探測應力集中區(qū)域進行壽命評估的可行性[44]。

波蘭學者Lesiak等將神經元分類器應用于鐵軌的磁記憶檢測[45],英國學者Wilson等通過拉伸試驗研究用磁記憶技術測量應力[46]。國內對磁記憶技術的應用也進行了大量研究,李午申等對焊接裂紋磁記憶信號的零點特征[47]及特征提取[48]、定量化[49]進行了比較深入的研究;張衛(wèi)民等將磁記憶技術應用到應力腐蝕[50]、壓力容器[51]、承載鐵磁性連接件[52]等金屬零部件。目前,磁記憶檢測技術已應用于航空[53]、電力[54]、石油[55]、化工[56]、機械[57]等各行業(yè)。

可見,磁記憶技術在壓力容器、管道等領域應用較多,有研究表明塊狀構件并不適于磁記憶檢測[58];因此該技術對檢測對象是否有局限性或其適用范圍,還有待于理論和實踐來證實。

在行業(yè)檢測標準制訂和推廣方面,俄羅斯國家標準委員會正式出版三個無損檢測金屬磁記憶方法的標準:術語與定義、基本要求、工業(yè)和運輸項目應力-變形狀態(tài)檢測基本要求,俄羅斯焊接科學技術學會批準了設備和結構焊接接頭金屬磁記憶方法(磁記憶方法-檢測)標準,但這些標準多為指導性的,只是作為實際檢測的參考。國際標準化組織頒布了三個金屬磁記憶技術的標準,包括詞匯、一般要求、焊接接頭檢測。在國內,磁記憶技術雖然在不同領域得到了應用,但檢測的可靠性還需得到驗證,目前還未在任何行業(yè)領域建立相應的檢測標準,尚缺乏統(tǒng)一的指導性建議。

5 展望

雖然早在1900年就發(fā)現了拉應力作用下鐵制工件磁化強度會發(fā)生改變,1982年應力致磁化改變現象用于無損檢測應用,但直到磁記憶概念的提出,一種確定金屬結構實際應力-變形狀態(tài)的新無損檢測方法才得到大家的關注。作為一門問世不久的嶄新技術,磁記憶檢測還面臨許多有待解決的問題,尤其在以下幾個方面需要開展進一步研究。

(1)磁記憶效應的宏微觀機理研究

磁記憶檢測機理的研究涉及鐵磁學、磁性物理學、金屬學、彈塑性力學、斷裂力學等多個學科,借助磁彈性和熱磁彈性理論可研究應力場和磁場之間的關系,尤其是磁場畸變與結構發(fā)生塑性變形、細觀損傷以及宏觀缺陷之間的定量關系;借助鐵磁學和磁性物理學從微觀角度可研究應力作用時磁疇、疇壁的可逆與不可逆轉向,分析組織的微觀變化與宏觀磁化之間的對應。磁記憶技術宏觀規(guī)律和微觀機制理論體系的建立,無疑會大大促進磁無損檢測技術的發(fā)展。

(2)磁記憶信號的影響因素分析

影響力-磁效應的因素很多,包括前文提到的原始參數和人為干擾,只有找到各種因素之間的關聯,并確定在不同初始條件下應力集中區(qū)損傷程度與磁信號之間的定量對應關系,才能用于鐵磁制件早期損傷的準確診斷。研究如何去除諸多因素對磁記憶檢測方法的干擾,為確定可靠的診斷參數提供依據。

(3)檢測手段的提高與判斷準則的制定

目前的磁記憶檢測儀大多只提供散射磁場的法向分量,這樣就很難精確描述應力引起的磁場變化,因此發(fā)展和完善多通道、多參量診斷系統(tǒng)具有重要的應用意義;并在此基礎上確定特定條件下的檢測過程和損傷判斷準則。另外,任何一種無損檢測方法都不是萬能的,磁記憶技術也不例外,在工程應用中應注意和其他方法相結合,在充分發(fā)揮其早期發(fā)現缺陷的優(yōu)勢的同時,利用傳統(tǒng)無損檢測方法如漏磁檢測可更好地實現宏觀缺陷定量化。

[1] DUBOV A A.Diagnostics of boiler tubes with usage of metal magnetic memory[M].Moscow:Energoatomizdat,1995.

[2] DUBOV A A.Study of metal properties using magnetic memory method[C]//Proceedings of the 7th European Conference on Nondestructive Testing.Copenhagen:1998.920-927.

[3] DUBOV A A.Diagnostics of metal items and equipment by means of metal magnetic memory[C]//Proceedings of the CHSNDT 7th Conference on NDT and International Research Symposium.Shantou,China:1999.181-187.

[4] JILES D C.The effect of compressive plastic deformation on the magnetic properties of AISI 4130 steels with various microstructures[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1988,21(7):1196-1204.

[5] THOMPSON S M,TANNER B K.The magnetic properties of plastically deformed steels[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,1990,83(1-3):221-222.

[6] CHEN Y,KRIEGERMEIER-SUTTON B K,SNYDER J E,et al.Magnetomechanical effects under torsional strain in iron,cobalt and nickel[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2001,236(1-2):131-138.

[7] BOZORTH R M,WILLIAMS H J.Effect of small stresses on magnetic properties[J].Reviews of Modern Physics,1945,17(1):72.

[8] BROWN W F.Irreversible magnetic effects of stress[J].Physical Review,1949,75(1):147.

[9] CRAIK D J,WOOD M J.Magnetization changes induced by stress in a constant applied field[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1970,(3):1009-1016.

[10] JILES D C,ATHERTON D L.Theory of the magnetization process in ferromagnets and its application to the magnetomechanical effect[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1984,17(6):1265-1281.

[11] JILES D C.Theory of the magnetomechanical effect[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1995,28(8):1537-1546.

[12] LI L,J ILES D C.Modeling of the magnetomechanical effect:Application of the rayleigh law to the stress domain[J].Journal of Applied Physics,2003,93(10):8480-8482.

[13] FU KAWA K,YAMAMOTO T.Domain structures and stress distributions due to ball-point scratching in 3%Si-Fe single crystals with orientation near(110)[001][J].IEEE Transactions on Magnetics,1982,18(4):963-969.

[14] SABLIK M J,RILEY L A,BURKHARDT G L,et al.Micromagnetic model for biaxial stress effects on magnetic properties[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,1994,132(1-3):131-148.

[15] YAMAMOTO K,SASAKI T,YAMASHIRO Y.Magnetization change due to stress change in a constant magnetic field on amorphous ribbons[J].Journal of Applied Physics,1997,81(8):5796-5798.

[16] NOTOJI A,HAYAKAWA M,SAITO A.Strain magnetization properties and domain structure change of silicon steel sheets due to plastic stress[J].IEEE Transactions on Magnetics,2000,36(5):3074-3077.

[17] ZHU B,LO C C H,LEE SJ,et al.Micromagnetic modeling of the effects of stress on magnetic properties[J].Journal of Applied Physics,2001,89(11):7009-7011.

[18] BUL TE D P,LANGMAN R A.Origins of the magnetomechanical effect[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2002,251(2):229-243.

[19] 任吉林,陳晨,劉昌奎,等.磁記憶檢測力-磁效應微觀機理的試驗研究[J].航空材料學報,2008,28(5):41-44.

[20] DONGL H,XU B S,DONG S Y,et al.Variation of stress-induced magnetic signals during tensile testing of ferromagnetic steels[J].NDT&E International,2008,41(3):184-189.

[21] 董麗虹,徐濱士,董世運,等.拉伸載荷作用下中碳鋼磁記憶信號的機理[J].材料研究學報,2006,20(4):440-444.

[22] 王丹,董世運,徐濱士,等.靜載拉伸45鋼材料的金屬磁記憶信號分析[J].材料工程,2008,(8):77-80.

[23] DONG L,XU B,DONG S,et al.Stress dependence of the spontaneous stray field signals of ferromagnetic steel[J].NDT&E International,2009,42(4):323-327.

[24] YANG E,LI L,CHEN X.Magnetic field aberration induced by cycle stress[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2007,312(1):72-77.

[25] 陳钘,王曉鳳,楊恩,等.鐵磁構件拉壓試驗中的磁記憶效應研究[J].無損檢測,2007,29(5):247-250.

[26] 張衛(wèi)民,劉紅光,袁俊杰,等.低碳鋼扭轉過程弱磁信號變化及金屬磁記憶效應 [J].北京理工大學學報,2005,25(11):1003-1007.

[27] 周克印,張靜,姚恩濤,等.構件隱性損傷的磁記憶檢測方法研究 [J].南京航空航天大學學報,2004,36(6):713-717.

[28] 邢海燕,樊久銘,李雪峰,等.基于磁記憶機理的鐵磁材料彎曲變形狀態(tài)研究[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2006,38(7):1017-1019.

[29] DONG L H,XU B S,DONG S Y,et al.Metal magnetic memory testing for early damage assessment in ferromagnetic materials[J].Journal of Central South University of Technology,2005,12(S2):102-106.

[30] 尹大偉,徐濱士,董世運,等.中碳鋼疲勞試驗的磁記憶檢測[J].機械工程學報,2007,43(3):60-65.

[31] DONG L H,XU B S,DONG S Y,et al.Monitoring fatigue crack propagation of ferromagnetic materials with spontaneous abnormal magnetic signals[J].International Journal of Fatigue,2008,30(9):1599-1605.

[32] 崔常京,董世運,王逾涯,等.疲勞載荷作用下應力集中部位金屬的磁記憶現象 [J].機械工程材料,2008,32(12):51-54.

[33] 王翔,陳銘,徐濱士.48MnV鋼拉壓疲勞過程中的磁記憶信號變化[J].中國機械工程,2007,18(15):1862-1864.

[34] CHEN X,LI L,HU B,et al.Magnetic evaluation of fatigue damage in train axles without artificial excitation[J].Insight:Non-Destructive Testing and Condition Monitoring,2006,48(6):342-345.

[35] 于鳳云,張川緒,吳淼.檢測方向和提離值對磁記憶檢測信號的影響[J].機械設計與制造,2006,(5):118-120.

[36] 王文江,戴光.疲勞斷裂試件磁記憶檢測結果及分析 [J].大慶石油學院學報,2005,29(4):83-85.

[37] 尹大偉,徐濱士,董世運,等.不同檢測環(huán)境下磁記憶信號變化研究[J].兵工學報,2007,28(3):319-323.

[38] DUBOV A A.A study of metal properties using the method of magnetic memory[J].Metal Science and HeatTreatment,1997,39(9-10):401-405.

[39] 梁志芳,王迎娜,李午申,等.焊接裂紋金屬磁記憶信號特征研究的進展[J].機械科學與技術,2007,26(1):81-83.

[40] 張軍,王彪,計秉玉.基于小波變換的套管金屬磁記憶檢測信號處理[J].石油學報,2006,27(2):137-140.

[41] 張軍,王彪,王文江.磁記憶檢測套管應力集中信號和特征量研究[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2007,39(6):920-923.

[42] DUBOV A A.Diagnostics of austenitic steel tubes in the superheaters of steam boilers using scattered magnetic fields[J].Thermal Engineering,1999,46(5):369-372.

[43] DUBOV A,KOLOKOLNIKOV S.Quality assurance of welded joints in power,chemical and gas pipeline engineering by the method of metal magnetic memory[J].Welding in the World,2008,(52):709-714.

[44] DUBOV A A.Evaluation of service life of equipment using magnetic memory method[J].Tyazheloe Mashinostroenie,2005,(6):13-15.

[45] LESIAK P B P.Application of neural classifier to railway flaw detection in the method of metal magnetic memory[C]//Proceedings of the 6th Internation Conference on Environmental Engineering.Vilnius:2005.

[46] WILSON J W,TIAN G Y,BARRANS S.Residual magnetic field sensing for stress measurement[J].Sensors and Actuators A:Physical,2007,135(2):381-387.

[47] 梁志芳,李午申,王迎娜,等.金屬磁記憶信號的零點特征[J].天津大學學報,2006,39(7):847-850.

[48] 邸新杰,李午申,嚴春妍,等.焊接裂紋金屬磁記憶信號的特征提取與應用[J].焊接學報,2006,27(2):19-22.

[49] 邸新杰,李午申,白世武,等.焊接裂紋的金屬磁記憶定量化評價研究[J].材料工程,2006,(7):56-60.

[50] 張衛(wèi)民,董韶平,楊煜,等.磁記憶檢測方法及其應用研究[J].北京理工大學學報,2003,23(3):277-280.

[51] 王朝霞,宋金剛,陳克,等.基于金屬磁記憶方法的壓力容器檢測技術[J].壓力容器,2006,23(12):42-44.

[52] 王朝霞,張衛(wèi)民,袁俊杰.鉚接件應力集中的磁記憶檢測實驗研究[J].新技術新工藝,2008,(4):86-87.

[53] 任吉林,宋凱,鄔冠華,等.磁記憶檢測技術在飛機起落架檢測中的應用[J].無損檢測,2002,24(8):346-348.

[54] 任吉林,高春法,宋凱,等.電站鐵磁構件的磁記憶檢測 [J].儀器儀表學報,2003,24(5):470-472.

[55] 于潤橋,徐長英,龍盛蓉.金屬磁記憶檢測在鉆具評價中的應用[J].儀器儀表學報,2008,29(1):191-194.

[56] 邢海燕,王文江,王日新,等.50MW汽輪機斷裂葉片及斷口的磁記憶研究[J].中國電機工程學報,2006,26(7):72-76.

[57] 張衛(wèi)民,DOUBOV A A,孫海濤,等.高強度鋼磨削時的金屬磁記憶現象初探 [J].兵工學報,2005,26(3):375-378.

[58] 蹇興亮,周克印.構件形狀對金屬磁記憶檢測的影響 [J].理化檢驗:物理分冊,2007,43(5):242-244.

Research Progress of Metal Magnetic Memory Testing Technique in Ferromagnetic Components

L ENGJian-cheng1,2,XU Min-qiang2,XING Hai-yan1
(1 Department of Mechanical Science and Engineering,Daqing Petroleum Institute,Daqing 163318,Heilongjiang,China;2 School of Astronautics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China)

Metal magnetic memory technique has potentials to detect early failure,such as stress concentration and fatigue damage of ferromagnetic components.The paper summarizes recent advances in the developments of magnetic memory technique,from mechanism study,basic experiments to influence factors on detection signals and its engineering application,and discusses some questions in theory and practical applications.The characteristics and future research directions of metal magnetic memory technique are also presented on the basis of the current research status at home and abroad.

early failure;metal magnetic memory;magnetic-mechanical coupling;influence factor;failure criteria

TG115.28

A

1001-4381(2010)11-0088-06

國家自然科學基金資助項目(10772061);博士點青年教師基金(20092322120001);黑龍江省自然科學基金資助項目(A200907)

2009-05-08;

2010-04-08

冷建成(1977—),男,博士研究生,從事電磁無損檢測方面研究工作,聯系地址:哈爾濱工業(yè)大學飛行器動力學與控制研究所137#信箱(150001),E-mail:lbyljc@163.com