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、加工制作殘余應力、結(jié)構(gòu)不連續(xù)性、焊接殘余應力等原因，不可避免地存在應力集中，這些應力集中部位在環(huán)境和外力的共同作用下容易誘發(fā)裂紋、疲勞損傷、應力腐蝕，進而導致構(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，難以實施有效的評價。
金屬磁記憶法(MMM)是誕生于20世紀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、特種設備等領域有及其廣闊的應用前景。
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，且無法預測焊縫缺陷的發(fā)展。
以Dubov A A教授為代表的俄羅斯學者在1997年第50次國際焊接學術(shù)會議上首先提出金屬磁記憶檢測技術(shù)，并立即得到學術(shù)屆的關注，逐漸發(fā)展成為無損檢測領域的一門新興學科。目前，國際焊接學會標準執(zhí)行的歐洲規(guī)劃《EN-RESS-應力和變形檢測》中，已明確規(guī)定金屬磁記憶法為切合實用的設備和結(jié)構(gòu)應力變形狀態(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)生應力集中，并在應力集中部位出現(xiàn)磁導率減小，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“磁機械效應”。由于這一增強了的磁場“記憶”著構(gòu)件的缺陷或應力集中位置，故又稱為“磁記憶效應”。
    理論與實踐研究證明，鐵磁性金屬構(gòu)件缺陷或應力集中區(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
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：①是目前唯一一種能以高精度(1mm)檢測構(gòu)件應力集中區(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)件進行可靠的檢測。④不需對被檢構(gòu)件表面涂層進行清理或其他預處理。⑤探頭提離效應?。ㄌ犭x20mm以內(nèi)對檢測結(jié)果影響不大）。⑥設備輕便，自帶電源，有記錄裝置，操作簡單，靈敏度高，重復性和可靠性好。
3.        金屬磁記憶檢測設備及標準
3.1金屬磁記憶檢測設備及發(fā)展
金屬磁記憶檢測設備有主機（診斷儀）、探頭和輔助設備組成。
3.2金屬磁記憶檢測的標準現(xiàn)狀
目前，俄羅斯、烏克蘭、保加利亞、波蘭等國已制定了相應的金屬磁記憶檢測方法和儀器標準。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準和一個協(xié)會標準，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國際標準。近年來，我國也已經(jīng)開始對這項技術(shù)進行研究和應用，但還未出臺相應的國家或行業(yè)標準。
4.        金屬磁記憶法在鋼結(jié)構(gòu)檢測中的應用
4.1金屬磁記憶檢測方案
在實際檢測過程中，金屬磁記憶檢測技術(shù)的實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備快速掃查，對其診斷出的高應力集中部位作為常規(guī)無損檢測的重點，以確保重要部位不漏檢。
（2）對重點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)件焊縫高應力部位進行磁記憶診斷監(jiān)控，確定應力是否擴展，可代替常規(guī)無損檢測或作為一種補充。
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)量進行定性和綜合評估，用漏磁場梯度和應力集中強度系數(shù)來查找焊縫缺陷。
4.2.1檢測步驟
（1）儀器校準 先對儀器進行歸一化處理，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，當檢測到漏磁場的法向有過零值點，且存在較大的漏磁場梯度時，在該處作好標記。
（3）缺陷復檢 用超聲、射線、磁粉、滲透等方法對作好標記的焊接接頭部位進行復查，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力集中區(qū)。