鋼結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)——金屬磁記憶法

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1.        引言
鋼結(jié)構(gòu)由于材料組織缺陷、加工制作殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)不連續(xù)性、焊接殘余應(yīng)力等原因，不可避免地存在應(yīng)力集中，這些應(yīng)力集中部位在環(huán)境和外力的共同作用下容易誘發(fā)裂紋、疲勞損傷、應(yīng)力腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生脆性斷裂。傳統(tǒng)無損檢測方法（超聲、射線、磁粉、滲透檢測等）只能檢測構(gòu)件中已發(fā)展成形的缺陷，而對于構(gòu)件的早期損傷，特別是尚未成形的隱性不連續(xù)性變化，難以實(shí)施有效的評價。
金屬磁記憶法(MMM)是誕生于20世紀(jì)90年代的一種新的無損檢測技術(shù)。該技術(shù)對鐵磁性金屬構(gòu)件由于變形、疲勞、損傷產(chǎn)生的裂紋等缺陷可進(jìn)行早期診斷，并且是目前唯一一種能以1mm精度確定構(gòu)件應(yīng)力集中區(qū)域的方法，因而在建筑、橋梁、航空、航天、鐵道、電力、特種設(shè)備等領(lǐng)域有及其廣闊的應(yīng)用前景。
2.        金屬磁記憶檢測技術(shù)概述
2.1金屬磁記憶法的產(chǎn)生背景
傳統(tǒng)的無損檢測方法的發(fā)展已有上百年的歷史，但至今仍存在一些解決不了的問題。例如焊縫中焊接殘余應(yīng)力的大小決定了焊縫的可靠性，但傳統(tǒng)無損檢測方法不能測出其大小，且無法預(yù)測焊縫缺陷的發(fā)展。
以Dubov A A教授為代表的俄羅斯學(xué)者在1997年第50次國際焊接學(xué)術(shù)會議上首先提出金屬磁記憶檢測技術(shù)，并立即得到學(xué)術(shù)屆的關(guān)注，逐漸發(fā)展成為無損檢測領(lǐng)域的一門新興學(xué)科。目前，國際焊接學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的歐洲規(guī)劃《EN-RESS-應(yīng)力和變形檢測》中，已明確規(guī)定金屬磁記憶法為切合實(shí)用的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形狀態(tài)檢測方法。
2.2金屬磁記憶法的基本原理
在地球磁場存在的條件下，承載的鐵磁性金屬構(gòu)件中會產(chǎn)生應(yīng)力集中，并在應(yīng)力集中部位出現(xiàn)磁導(dǎo)率減小，構(gòu)件表面的漏磁場增大的現(xiàn)象，鐵磁性金屬構(gòu)件所具有的這一特性稱為“磁機(jī)械效應(yīng)”。由于這一增強(qiáng)了的磁場“記憶”著構(gòu)件的缺陷或應(yīng)力集中位置，故又稱為“磁記憶效應(yīng)”。
    理論與實(shí)踐研究證明，鐵磁性金屬構(gòu)件缺陷或應(yīng)力集中區(qū)磁場的切向分量Hp(x)具有最大值，法向分量Hp(y)改變符號且具有零值。實(shí)踐中通過檢測法向分量Hp(y)來完成檢測。
2.3金屬磁記憶法的特點(diǎn)
金屬磁記憶法和傳統(tǒng)無損檢測方法相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：①是目前唯一一種能以高精度(1mm)檢測構(gòu)件應(yīng)力集中區(qū)域的無損檢測方法。②既能檢測宏觀缺陷又能檢測微觀缺陷，并實(shí)現(xiàn)早期診斷。③無需專門的磁化裝置就能對鐵磁性構(gòu)件進(jìn)行可靠的檢測。④不需對被檢構(gòu)件表面涂層進(jìn)行清理或其他預(yù)處理。⑤探頭提離效應(yīng)?。ㄌ犭x20mm以內(nèi)對檢測結(jié)果影響不大）。⑥設(shè)備輕便，自帶電源，有記錄裝置，操作簡單，靈敏度高，重復(fù)性和可靠性好。
3.        金屬磁記憶檢測設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)
3.1金屬磁記憶檢測設(shè)備及發(fā)展
金屬磁記憶檢測設(shè)備有主機(jī)（診斷儀）、探頭和輔助設(shè)備組成。
3.2金屬磁記憶檢測的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
目前，俄羅斯、烏克蘭、保加利亞、波蘭等國已制定了相應(yīng)的金屬磁記憶檢測方法和儀器標(biāo)準(zhǔn)。印度和澳大利亞也正大力推廣該技術(shù)。2003年俄羅斯采用了兩個國家標(biāo)準(zhǔn)和一個協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，如Гостр52012-2003《無損檢測、金屬磁記憶方法、名詞定義和代表符號》，
Гостр52005-2003《無損檢測、金屬磁記憶方法、通用規(guī)范》，стрнтсо000-04
《設(shè)備和結(jié)構(gòu)的焊接，金屬磁記憶方法（金屬磁記憶檢測）》。стрнтсо000-04已由國際焊接研究所建議作為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。近年來，我國也已經(jīng)開始對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用，但還未出臺相應(yīng)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
4.        金屬磁記憶法在鋼結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用
4.1金屬磁記憶檢測方案
在實(shí)際檢測過程中，金屬磁記憶檢測技術(shù)的實(shí)施可以采用以下方案：
（1）對所有需要探傷的部位采用磁記憶設(shè)備快速掃查，對其診斷出的高應(yīng)力集中部位作為常規(guī)無損檢測的重點(diǎn)，以確保重要部位不漏檢。
（2）對重點(diǎn)工程和重要部位的磁記憶診斷結(jié)果，可存檔作為定期抽查的參展依據(jù)，對在役構(gòu)件焊縫高應(yīng)力部位進(jìn)行磁記憶診斷監(jiān)控，確定應(yīng)力是否擴(kuò)展，可代替常規(guī)無損檢測或作為一種補(bǔ)充。
4.2焊縫質(zhì)量的檢測
金屬磁記憶方法能用漏磁場參數(shù)對焊縫質(zhì)量進(jìn)行定性和綜合評估，用漏磁場梯度和應(yīng)力集中強(qiáng)度系數(shù)來查找焊縫缺陷。
4.2.1檢測步驟
（1）儀器校準(zhǔn) 先對儀器進(jìn)行歸一化處理，以消除地磁場對檢測結(jié)果的影響。
（2）掃查檢測 將探測器垂直置于焊縫表面，分別沿焊縫金屬周邊移動，然后再橫切焊縫移動，當(dāng)檢測到漏磁場的法向有過零值點(diǎn)，且存在較大的漏磁場梯度時，在該處作好標(biāo)記。
（3）缺陷復(fù)檢 用超聲、射線、磁粉、滲透等方法對作好標(biāo)記的焊接接頭部位進(jìn)行復(fù)查，記錄檢測結(jié)果。
4.2.2檢測結(jié)果處理
焊縫質(zhì)量用漏磁場Hp沿焊縫表面及熱影響區(qū)的分布特性加以評估。漏磁場短程多次跳變和過零值是我們要查找的應(yīng)力集中區(qū)。