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磁记忆检测技术与应用方法研究

王文江  
【摘要】: 在现代工业中,约有80%以上的结构破坏都是由疲劳失效引发的。传统的无损检测方法,通过对材料、设备与构件的相关部位进行检测,可以有效地发现已发展成形的宏观缺陷或大部分微观缺陷,但对于在役金属构件的早期损伤,难以做到有效的诊断和评价。为实现对在役设备的早期诊断而兴起的磁记忆检测技术,一经问世,便受到世界各国同行的普遍重视,并得到了飞速发展。但由于磁记忆检测技术发展的时间短暂,有些理论还很不成熟。例如,对被检试件的压磁磁化机理还没有完全弄清;只能发现问题(统称为应力集中区),还不能确定缺陷实际状况,或对应力的集中程度进行量化,必须要靠其他检测手段对发现的问题进行复查,这些问题制约了磁记忆检测技术在现场中的应用和发展。 针对目前磁记忆检测技术中存在的问题,本文结合现有磁记忆理论、仪器和配套信号分析软件,对磁记忆的机理、磁记忆检测信号分析、影响磁记忆检测效果的因素等进行了分析研究,并对现场多台汽轮机上的叶片进行了实际检测。 本文进行的主要工作有: 1.研究了磁记忆检测技术的机理。考虑到磁记忆检测的需要,通过对磁弹性效应推导,解决了铁磁材料压磁磁化的方向问题。结合热力学详细推导,导出了试件压磁效应的公式。通过实验,验证了磁记忆现象的存在,并提出了磁记忆检测的一个重要特性,即沿试件的不同母线扫描得到的H_P~Y(0)的位置基本都与预制裂纹重合,也就是沿试件的不同母线检测都可发现应力集中的位置。 2.对磁记忆检测对象的磁性能进行了分析研究。磁记忆检测法的检测效果与被检材料的磁性能有关,对于非铁磁试件检测信号幅度会大大降低,甚至检测不到信号。本文主要从材料的微观结构出发,结合对交换作用理论和能带理论的研究,对交换积分因子A作了分析,找出了抗磁性、顺磁性和铁磁性的根源,指出了用交换作用理论解释材料磁性能的不足。本文还研究了合金的磁性能。 3.研究裂纹宽度与磁记忆信号关系。通过对三个管件的裂纹部位的检测实验,找出裂纹宽度与漏磁场的最大值和变化梯度之间的关系。即沿着裂纹的发展方向,当裂纹宽度增加时,K值也随着增加的情况。当裂纹宽度从大到小时,K值不是立刻减小,而是先继续增大,然后再减小,并且不是按原路线返回。 4.研究磁记忆技术的影响因素,主要研究检测环境、检测方向、提离值、扫描速度等对磁记忆检测效果的影响。从理论和实验两方面研究了检测环境的影响,得出了当试件从原来环境取下时,漏磁场强度减小,且过零点也将向顶端漂移。对过零点漂移影响较大,而对漏磁场强度大小的影响很小;经实验得出,当提离值在0~7mm范围内时,随提离值的增加,漏磁场的幅值迅速减小,当提离值大于7mm时,随提离值的增加,漏磁场的幅值缓慢减小,最大提离值的范围视被检材料的磁性能的强弱而定。在0~50mm/s范围内,扫描速度对磁记忆检测效果的影响较小,检测速度的设立要依据被检试件表面的光滑程度;检测时,试件的放置方向和传感器的扫描方向不同会造成漏磁场零点的漂移。 5.磁记忆检测技术的应用研究。本文研究了磁记忆检测技术在汽轮机叶片检测上的具体应用,通过对汽轮机结构、受力状况、破坏形式、现有检测手段的分析,发现磁记忆检测技术是实现对汽轮机叶片进行早期诊断的有效方法。 6.在实验研究的基础上,对现场汽轮机机组进行了实际检测。提出了不同结构的转子的危险部位不同,检测、结果分析重点不同。带围带的转子的危险部位主要在末几级叶片和围带处;带拉筋的叶片的应力集中主要分布在根部和拉筋部位,尤以拉筋部位最多。这些部位是检测和信号分析的重点。


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