铁磁材料裂纹的金属磁记忆检测方法

摘要

本发明是涉及测量磁变量和借助于测定材料的物理性质分析材料技术领域的对铁磁材料裂纹进行无损检测的铁磁材料裂纹的金属磁记忆检测方法。它是用应力集中磁指示仪对被测件进行检测并将所测到的三通道金属磁记忆检测信号先进行消噪处理和傅立叶变换，得到金属磁记忆检测信号的幅值和相位，由相位的突变确定裂纹的位置；从检测到的金属磁记忆检测信号的幅值中取出最大值与最小值之间的差值Deta，取出三个通道在同一采样点上的金属磁记忆检测信号幅值之间的三个差值中最大的一个差值ΔHp，再取出两个相邻采样点之间Hp差值的绝对值与采样点之间的距离之比ΔHp/ΔLx，由该三个值计算出被测铁磁材料裂纹的定量化数据。

说明书

技术领域

本发明是铁磁材料裂纹无损检测的铁磁材料裂纹的金属磁记忆检测方法。涉及测量磁变量和借助于测定材料的物理性质分析材料技术领域。

背景技术

众所周知，铁磁材料是使用范围最广、用量最大的金属材料。为了安全和正常的生产运行，我们常常要对一些重要设备所用的铁磁材料、铁磁材料的重要另部件、构件的加工制造中以及制成后的机器、设备生产运行中进行铁磁材料内部裂纹的无损检测。现在广泛采用X射线无损检测技术，它虽可对金属内部进行“透视”来检测裂纹，但尽管采取了严格而笨重的防护措施仍对操作人员有放射性伤害且对于金属内部的微小裂纹分辨力不高，往往显得力不从心。1997年俄罗斯专家将铁磁材料的金属磁记忆特性用于铁磁性金属构件的无损检测，它可以检测出铁磁构件内的应力集中区域以及应力集中的程度，能够提示裂纹及其萌生的危险区域，可用于对铁磁构件或焊接结构内在质量进行早期诊断和预测。是一种对铁磁材料裂纹进行准确检测有潜在力的技术。但就目前的技术水平而言，金属磁记忆检测方法尚不能将其表征物理量(铁磁结构表面漏磁场)的特征与内部裂纹或焊接裂纹定量化的基本信息相关联，即还无法直接确定造成应力集中的裂纹的大小、空间位置及其取向。因此，在目前条件下，金属磁记忆检测技术还只能用于寻找铁磁构件内部的应力集中部位，不能对造成应力集中的缺陷或焊接裂纹进行定量的检测分析。

发明内容

本发明的目的是发明一种能对被测铁磁材料裂纹进行定量检测的铁磁材料裂纹的金属磁记忆检测方法。

本发明解决这个问题的技术方案是利用现在广泛采用的金属磁记忆检测装置—应力集中磁指示仪先对被测铁磁材料或构件进行金属磁记忆检测，在此基础上再进行后续处理。具体就是按应力集中磁指示仪的检测方法，开启三个通道并按一定的间距采样检测，记录金属磁记忆检测信号和采样点之间的距离数据，将测到的三通道金属磁记忆检测信号先进行消噪处理和傅立叶变换，消除附加在低频磁记忆曲线上的高频噪音信号，取得金属磁记忆检测信号的幅值和相位，由相位的突变就可确定被测铁磁材料或构件有无裂纹和裂纹的位置；在取得金属磁记忆检测信号的幅值后，从中取出最大值H_pmax、最小值H_pmin和它们之间的差值Deta，取出三个通道在同一采样点上的金属磁记忆检测信号幅值H_p1、H_p2、H_p3之间的三个差值ΔH_P12、ΔH_P23、ΔH_P13中最大的一个差值ΔH_p，再取出两个相邻采样点之间H_p差值的绝对值与采样点之间距离之比ΔH_P/ΔL_X，由Deta、ΔH_p和ΔH_p/ΔL_x算出裂纹的长度X，深度Y和角度Z。其中对测到的三通道金属磁记忆检测信号的消噪处理是把金属磁记忆检测信号经采用非线性小波信号变换消噪方法滤波器的滤波。对测到的三通道金属磁记忆检测信号的傅立叶变换则由傅立叶变换软件包来完成。这里的消噪方法和傅立叶变换是信号处理学中最常用的技术。所述金属磁记忆检测信号的最大值与最小值之差值Deta是在被测铁磁材料或构件全部检测完毕后，在检测到的所有三通道金属磁记忆检测信号中选取幅值的最大值和最小值及它们的差值。各检测通道在同一采样点之间的最大差值ΔH_p是将每一个采样点上三个通道所测到的三个金属磁记忆检测信号幅值H_P1、H_P2、H_P3中取出每两个值之间的差值ΔH_p12、ΔH_p23、ΔH_p13及该三个差值中最大的一个差值ΔH_P，再在所有采样点的最大差值中选取最大的一个差值ΔH_p。而所述两个采样点之间H_p差值的绝对值与采样点之间距离之比ΔH_p/ΔL_x是在两个相邻采样点的每一个采样点所测到的三个通道金属磁记忆检测信号幅值中先取其平均值，两个相邻采样点金属磁记忆检测信号幅值平均值之差的绝对值与从应力集中磁指示仪计程轮上指示的两个采样点之间距离之比值。在取得上述三个值Deta、ΔH_p、ΔH_p/ΔLx后就可计算出裂纹的长度X、深度Y和角度Z。

本发明由上述三个值来计算裂纹的尺寸是基于大量的研究、实验证明：金属磁记忆检测信号的该三个值是表征铁磁材料或构件内部裂纹应力特征的本质特征。其中Deta值的变化与裂纹处的应力变化成正比，它是一个能够描述裂纹的金属磁记忆检测信号的本质特征；ΔH_p/ΔL_x的物理意义是漏磁场H_p沿着检测方向的变化率，此值大的位置不但表示有裂纹，而且也表征了裂纹的长度X；ΔH_p是描述沿检测方向的垂直方向上H_p的分布情况的值，在应力集中磁指示仪的三个通道上检测的金属磁记忆检测信号出现的不协调现象也不仅可以表示有裂纹，而且也可以表征裂纹的深度Y和角度Z。根据研究、实验并通过二次正交旋转试验，得到上述三个特征值与裂纹的长度X、深度Y、角度Z的关系式为：

ΔH_p/ΔL_x＝6.46+0.78X+0.31Z-0.03XZ^2-0.002Z^2

ΔH_P＝12.32+0.25X+0.40Z-0.01X^2-0.004Z^2

Deta＝77.67+0.47X-0.37Y-0.04XY+0.05Y^2

只要将测取得ΔH_p/ΔL_x、ΔH_p和Deta三个值代入上述关系式就可计算出裂纹的三个尺寸X、Y、Z。其中裂纹的长度X、深度Y和角度Z在工程中是三个相互独立的几何特征参数，任何的裂纹都只是它们的相互组合。长度X是裂纹在检测方向的水平方向上的尺寸；深度Y是裂纹在检测方向的垂直方向上的尺寸；角度Z是裂纹在检测方向的水平方向上与检测方向的垂直面的夹角。

具体实施方式

实施例.以此例来说明本发明的具体实施方式。本例是在国家管道焊接中心对管道焊接缝进行裂纹检测的实例。取一段两管段已对焊好的Φ508mm管，在焊缝上人造一个裂纹(具体方法是用线切割制备裂纹，对裂纹进行埋焊，去应力退火，对接焊)，用俄罗斯动力诊断公司开发的TSC-1M-4型应力集中磁指示仪顺着焊缝进行三通道的金属磁记忆检测，检测前在该指示仪的输出端接一采用非线性小信号变换消噪方法的滤波器，再将滤波器的输出用串行接口RS-232将存储的检测数据传送到内有傅立叶变换软件包的PC机。检测时每隔1mm一个采样点，共160个采样点。从傅立叶变换后的金属磁记忆检测信号的相位图上可看出，在予制的裂纹处相位有突变。从金属磁记忆检测信号的幅值中确定最大值与最小值的差值Deta为79.2A/m；各检测通道在同一采样点上的最大差值ΔH_p为30A/m；两个相邻采样点之间的H_p差的绝对值与采样点之间距离之比ΔH_p/ΔL_x为14(A/m)/mm。将该三值代入关系式

ΔH_p/ΔL_x＝6.64+0.78X+0.31Z-0.03X^2-0.002Z^2

ΔH_p＝12.32+0.25X+0.40Z-0.01X^2-0.004Z^2

Deta＝77.67+0.47X-0.37Y-0.04XY+0.05Y^2

得出X＝7mm，Y＝4mm，Z＝18°，与预制裂纹的数据相符，且准确度高。实际上，上述三个值的确定和最后的计算可以方便地编程由PC机快捷完成，检测起来并不费时。

可见，本方法仅利用现有金属磁记忆检测设备作基本检测后再经简单的处理和计算就可方便、无遗漏地确定被检测铁磁构件裂纹的有无及定量化数据，为铁磁构件裂纹的无损检测提供了一种可靠的手段。