Q345鋼板拉伸試驗(yàn)磁記憶檢測(cè)信號(hào)特性的研究

錢立鋒

（海油發(fā)展安全環(huán)保分公司 工程監(jiān)理公司，天津300345）

Q345鋼板拉伸試驗(yàn)磁記憶檢測(cè)信號(hào)特性的研究

錢立鋒

（海油發(fā)展安全環(huán)保分公司 工程監(jiān)理公司，天津300345）

分別研究了Q345鋼板標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣、開橫向V形槽試樣、開深度方向形槽試樣在拉伸試驗(yàn)不同階段的磁記憶檢測(cè)信號(hào)表征。依據(jù)ISO 24497《無損檢測(cè)－金屬磁記憶檢測(cè)》對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，應(yīng)力集中部位的磁性指數(shù)m隨著應(yīng)力集中程度的增加而增大。應(yīng)力集中程度越高，磁場(chǎng)法向分量過零點(diǎn)，磁場(chǎng)切向分量和磁場(chǎng)梯度具有最大值的對(duì)應(yīng)性越好。不同材料的磁性指數(shù)極限值對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)應(yīng)力集中程度的判定具有指導(dǎo)意義。

檢測(cè)；拉伸試驗(yàn)；磁記憶；磁性指數(shù)；應(yīng)力集中

由于磁記憶檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)﹁F磁構(gòu)件的早期損傷進(jìn)行診斷，近年來該技術(shù)在石化、電力等各行業(yè)得到了日益廣泛的應(yīng)用[1]。磁記憶檢測(cè)技術(shù)利用工作載荷和地磁場(chǎng)共同作用下在工件應(yīng)力集中區(qū)域形成的磁疇組織的定向和不可逆的重新取向，借助漏磁場(chǎng)信號(hào)法向分量改變過零點(diǎn)，切向分量及磁場(chǎng)梯度具有最大值等特點(diǎn)來定性評(píng)估應(yīng)力集中區(qū)[2-3]。對(duì)金屬拉伸試驗(yàn)過程中磁記憶檢測(cè)信號(hào)變化的研究已有多篇文獻(xiàn)報(bào)道[4-5]，但依據(jù)ISO 24497《無損檢測(cè)－金屬磁記憶檢測(cè)》對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行分析還未見相關(guān)報(bào)道，本研究通過對(duì)不同類型拉伸試樣在試驗(yàn)過程的磁記憶檢測(cè)，結(jié)合ISO 24497標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行分析，以期指導(dǎo)磁記憶檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料及過程

拉伸試驗(yàn)材料選用t=12mm厚Q345鋼板，按照GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分》[6]標(biāo)準(zhǔn)要求，線切割加工試樣，三種典型的拉伸試樣如圖1所示。

圖1 拉伸試樣示意圖

圖1中V形槽為采用拉槽機(jī)加工的標(biāo)準(zhǔn)夏比V形缺口[7]，V形槽分別沿試樣厚度方向（試樣B）和試樣表面垂直于拉伸方向（試樣C）加工。試驗(yàn)在SHT4605電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，利用俄羅斯動(dòng)力診斷公司生產(chǎn)的TSC-2M-8型磁記憶檢測(cè)儀沿試樣拉伸方向測(cè)量，對(duì)每種類型試樣，分別在試驗(yàn)的不同階段進(jìn)行磁記憶檢測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣A在屈服階段及最大載荷階段的磁記憶檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，存在磁場(chǎng)法向分量過零點(diǎn)的現(xiàn)象，說明在此部位存在應(yīng)力集中，但此時(shí)對(duì)應(yīng)的切向分量并不是最大值，其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)梯度也無最大值，ISO 24497對(duì)于磁記憶信號(hào)的判讀通常是通過磁性指數(shù)的大小來分析應(yīng)力集中的程度，對(duì)于磁性指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義為[8]

圖2 標(biāo)準(zhǔn)試樣A屈服階段及最大載荷段的力－位移曲線及磁記憶檢測(cè)結(jié)果

其中Kmax,in為應(yīng)力集中區(qū)磁場(chǎng)梯度的最大值，Kmed為應(yīng)力集中區(qū)磁場(chǎng)梯度的平均值，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料m的大小規(guī)定了一個(gè)極限值mlim，定義為材料抗拉強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)力集中部位磁場(chǎng)梯度的最大值與材料屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)力集中部位磁場(chǎng)梯度的平均值之比，在磁記憶檢測(cè)過程中，如果被檢試樣應(yīng)力集中區(qū)的磁性指數(shù)超過了該極限值，則應(yīng)當(dāng)引起注意，必要時(shí)輔以其他無損檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，且標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定當(dāng)磁性指數(shù)m＞2時(shí)，應(yīng)再次測(cè)量一次確認(rèn)，利用檢測(cè)設(shè)備隨機(jī)離線軟件計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的mlim=2.6，其在屈服極限處和最大載荷處的m分別為2.6及2.9，可見當(dāng)材料處于屈服階段后，其磁性指數(shù)已達(dá)到極限值mlim，說明此時(shí)試樣內(nèi)部已經(jīng)有明顯的應(yīng)力集中。

厚度方向V形槽試樣B在屈服階段和最大載荷階段的磁記憶檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，在屈服階段，磁場(chǎng)法向分量過零點(diǎn)，磁場(chǎng)梯度無明顯最大值，此時(shí)軟件計(jì)算屈服階段m=3.0，縮頸階段m=3.3。

垂直于拉伸方向V型槽試樣C彈性階段及縮頸階段的力－位移曲線及磁記憶檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，由于V形槽的位置原因，其應(yīng)力集中程度明顯大于上述兩種情況，磁記憶檢測(cè)信號(hào)特征存在明顯的法向分量過零點(diǎn)的同時(shí)，切向分量具有最大值，同時(shí)磁場(chǎng)梯度具有最大值，此時(shí)利用軟件計(jì)算，其彈性階段磁性指數(shù)m=3.6，縮頸階段磁性指數(shù)m=5.4。

對(duì)比圖2、圖3和圖4，綜合分析可以得出，各試樣無論在屈服階段還是在以后的縮頸階段，m均隨應(yīng)力集中程度的增加而增大，標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣屈服階段的m最小 （m=2.6），但也達(dá)到了Q345材料的磁性指數(shù)極限值 （mlim=2.6），垂直于拉伸方向V形槽試樣應(yīng)力集中程度最大，其各階段的m也越大。

圖3 厚度方向V形槽試樣B屈服階段及最大載荷段的力-位移曲線及磁記憶檢測(cè)結(jié)果

從磁記憶檢測(cè)信號(hào)特征分析，標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣應(yīng)力集中處雖然磁場(chǎng)法向分量過零點(diǎn)，但切向分量與磁場(chǎng)梯度均無最大值，試驗(yàn)結(jié)果與部分文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)論一致[9-10]，但此時(shí)磁性指數(shù)值已超過mlim，說明在m較低時(shí)，應(yīng)力集中處不一定存在切向分量及磁場(chǎng)梯度的最大值，但隨著應(yīng)力集中程度即m的增加，三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系逐步增強(qiáng)。

圖4 垂直于拉伸方向V形槽試樣C彈性階段及縮頸階段的力－位移曲線及磁記憶檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié) 語

拉伸試驗(yàn)磁記憶檢測(cè)結(jié)果表明，低應(yīng)力集中可通過磁場(chǎng)法向分量過零點(diǎn)來判斷，此時(shí)磁場(chǎng)切向分量無最大值，其對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)梯度也不一定具有最大值，隨著應(yīng)力集中程度提高，磁場(chǎng)法向分量過零點(diǎn)，磁場(chǎng)切向分量和磁場(chǎng)梯度具有最大值，應(yīng)力集中程度越高，三者位置的重合性越好。

依據(jù)ISO2447計(jì)算了Q345的磁性指數(shù)極限值，拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著應(yīng)力集中程度變大，應(yīng)力集中部位的磁性指數(shù)值變大，通過試驗(yàn)測(cè)定不同材料的磁性指數(shù)極限值，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)應(yīng)力集中程度的判定具有很好的指導(dǎo)意義。

［1］邸新杰，李午申.金屬磁記憶在焊接缺陷檢測(cè)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]．焊接技術(shù)， 2009， 38（2）：2-4.

［2］杜波夫 阿 阿，考羅考利尼柯夫CM.焊接缺陷的金屬磁記憶檢測(cè)法[J]．焊管， 2008， 31（2）： 44-48.

［3］李濟(jì)民，張亦良，沈功田.拉伸變形過程中磁記憶效應(yīng)及微觀表征的試驗(yàn)研究[J]．壓力容器，2009，26（8）：15-20．

［4］石常亮，董世運(yùn).單向靜載拉伸下合金鋼表面的磁記憶效應(yīng)[J]．材料保護(hù)， 2008， 41（10）： 238-239．

［5］梁志芳，王迎娜.拉伸試驗(yàn)中的金屬磁記憶信號(hào)總體特征研究[J]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2009， 141（5）：10-101.

［6］GB/T 228.1—2010，金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法[S]．

［7］GB/T 229—2007，金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法[S]．

［8］ISO 24497-3， Non-destructive testing-metalmagnetic memory-Part 3： Inspection ofwelded joints[S]．

［9］張靜，周克印.不同應(yīng)力狀態(tài)下金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)特征[J]．合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2007， 30（3）：381-383.

［10］董麗虹，徐濱士.拉伸及疲勞載荷對(duì)低碳鋼磁記憶信號(hào)的影響[J]．中國機(jī)械工程，17（7）：743-745.

Study on the Characteristics of M agnetic Memory Testing Signal in Q345 Steel Plate Tensile Test

QIAN Lifeng
（Project Supervision Company,CNOOC Ener Tech-Safety&Environmental Protection Co.,Tianjin 300345,China)

The magnetic memory testing signal characteristics of Q345 steel plate several specimens in tensile test different stages were respectively studied,including tensile sample,transverse V-type tensile sample and depth direction.The test signal was analyzed based on the ISO 24497 “Non-destructive testing-Metalmagnetic memory”.The results showed that the magnetic index（m） increases with the increase of stress concentration degree,and the higher correspondence among tangential component ofmagnetic field hasmaximum value and the normal component ofmagnetic field acquires zero value and maximum magnetic field gradientwith higher stress concentration degree.The limiting value of themagnetic index(mlimn)for differentmaterials has important significance on the judgement of stress concentration degree formagnetic memory testing on site.

testing;tensile test;magneticmemory;magnetic index;stressconcentration

TG115

B

1001－3938（2015）11-0052-04

錢立峰（1973—），男，天津塘沽人，中國石油大學(xué)石油工程研究生畢業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事項(xiàng)目管理及工程質(zhì)量控制研究。

2015-08-16

修改稿收稿日期：2015-10-08

謝淑霞