[发明专利]铁磁性金属构件疲劳裂纹和应力集中的磁记忆检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用新型金属磁记忆检测技术进行铁磁性构件表面裂纹尺寸和应力集中程度的定量检测方法，属于无损检测中的金属磁记忆检测领域。

背景技术

疲劳裂纹是金属构件中一种常见的缺陷形式，也是最终导致构件破坏失效的主要的原因之一。从疲劳裂纹产生的原因来看，构件上的应力集中区是产生疲劳裂纹的重要危险部位。因此，如何预先发现构件上的应力集中区域，确定其应力集中程度、发现疲劳裂纹的萌生、测定裂纹的尺寸，对于防止结构以及设备的突发性破坏具有及其重要的意义。

金属磁记忆检测技术是1997年由俄罗斯学者提出，并于2000年传入中国的一种新兴的无损检测技术，主要通过检测构件表面磁场强度的垂直分量Hp(y)值，经过相关的数学计算对构件的裂纹和应力集中位置进行判断。但是利用Hp(y)值实施的检测往往需要位移参量参与计算，因此需要加入定位和测距装置，从某种程度上限制了金属磁记忆检测技术的广泛应用。

发明内容

本发明提供了一种利用构件表面磁场强度的水平分量Hp(x)值，对铁磁性金属构件表面裂纹尺寸和应力集中程度的定量检测方法。

为达到上述目的，本发明采用了专用检测仪器对构件表面磁场强度的水平分量Hp(x)值进行检测。检测仪器的结构如图1所示，检测探头中竖直安装的线性磁传感器将构件表面磁场的水平分量Hp(x)转换成电压信号，经过前置信号电压调整和放大电路、信号主滤波放大电路，对检测信号进行处理和范围调整，USB数据采集卡对调整好的电压信号进行数字化，后通过USB连接线输入计算机，计算机中的检测程序用于控制数据的采集和记录。

本发明的铁磁性金属构件疲劳裂纹和应力集中的磁记忆检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.实验数据的积累

根据大量实验发现，铁磁性金属构件表面磁场强度的水平分量Hp(x)值可以用于判断构件上是否存在疲劳裂纹，并且Hp(x)曲线的峰值|Hp(x)|max与疲劳裂纹的宽度具有明确的对应关系。

为此，①首先制备与待检测零件材料及热处理状态完全相同的疲劳裂纹扩展试件，采取疲劳裂纹扩展实验的方式预制出疲劳裂纹。为了使前期的试验数据能够包括待测零件需要检测的所有裂纹，疲劳裂纹扩展实验产生裂纹的尺寸应大于待测零件由于疲劳裂纹缺陷而判定报废标准尺寸，这样才能保证待测零件上所有需要具体测量尺寸的裂纹都能在前期的试验数据中找到相对应的记录；②以电控平移台带动检测探头在与裂纹垂直的方向上，对裂纹区域进行Hp(x)直线扫描检测。扫描线间隔通常小于裂纹长度的1/10，以保证得到足够的检测数据。③测量并记录各条扫描检测线上的|Hp(x)|max和裂纹宽度。④对多个试件进行上述试验，根据有效的试验数据拟合出“|Hp(x)|max-裂纹宽度w对应关系标准曲线”，如附图2所示。

2.应力集中线的确定

使用Hp(x)检测探头在构件表面分别沿相互垂直的两个方向进行“Z”字型扫查，标志出|Hp(x)|_max存在的各点，将各个标志点顺序连接，确定为该构件上的应力集中线(也可能是裂纹)，作为重点检测的危险部位。

3.判定疲劳裂纹的存在

根据步骤1所述的先期实验，将已经确定的“|Hp(x)|_max-裂纹宽度w对应关系标准曲线”中，裂纹长度值为零时对应的|Hp(x)|_max值定义为判定疲劳裂纹存在的门槛值Hp(x)_E，该数值主要由实验材料自身的性能决定；还可以根据前期试验数据的分布情况加入调整系数β(通常0.7≤β≤1)，以指示出裂纹即将萌生的重点危险区域。

对于相同材料和热处理状态的某一被测构件，以检测探头垂直通过由步骤2中所确定的应力集中线检测，得到该位置|Hp(x)|_max。

当|Hp(x)|_max＞Hp(x)_E时，存在裂纹；

当Hp(x)_E＞|Hp(x)|_max≥β·Hp(x)_E时，视为裂纹即将萌生的危险区域；

当|Hp(x)|_max＜β·Hp(x)_E时，不存在裂纹。

4.疲劳裂纹宽度的定量检测

被测构件被判定存在裂纹后，就可以将检测得到的|Hp(x)|_max值代入“|Hp(x)|_max-裂纹宽度w对应关系标准曲线”进行查询，从而确定该检测位置的裂纹宽度。

5.疲劳裂纹长度的定量检测