磁测应力技术的现状及发展

　　金属结构的各种微观缺陷和局部应力集中,是导致机械结构和设备失效乃至发生事故的重要原因,并且疲劳损伤的发展往往也与应力集中密切相关。各种铁制构件加工后,即使构件设计合理,材料内部也不可避免地存在着应力,而在额定负荷下工作,也有可能因为载荷与内应力叠加,导致构件产生二次变形和应力重新分配,从而降低构件的刚性和尺寸的稳定性,引起事故。因此,对钢结构内应力的改变状况,特别是对导致损伤的临界应力改变状况进行测量与分析,是评价机器设备零部件结构强度、工作安全性和寿命的一个重要依据,进而防止重大事故发生,具有重大的社会效益和经济效益。

　　应力的评定可分为预见性计算方法和试验方法。预见性计算方法,目前尚处于开发性研究阶段。试验法测定应力,目前按其对被测构件是否具有破坏性,又将其分为有损检测和无损检测。有损检测是采用局部切割分离的机械加工方法使应力局部释放,并根据由此产生的变形求得应力,如盲孔法、截条法和剥层法等;无损检测则是利用材料的物理性质与应力应变的关系,通过对易于检测的物理性质应测应力法^[1,2]、X光检测法^[3,4]、巴克豪森磁噪声法^[5~7]、磁声发射法^[8,9]和超声波法^[10,11]等。

　　铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变,其材料尺寸都要发生微小的变化,这种现象被称为磁致伸缩效应。反之,铁磁材料在如拉力、压力和扭转力等外力作用下,其材料内部的磁畴结构发生变化,导致磁特性发生相应变化的现象被称为逆磁致伸缩效应。

　　近几年发展起来的金属磁记忆(MMM)检测技术和磁各向异性检测技术就是利用铁磁材料的逆磁致伸缩效应对铁磁材料的应力进行无损检测。

　　1　金属磁记忆检测法

　　在20年前,以Doubov^[12]教授为代表的俄罗斯专家,率先开始研究铁磁材料的金属磁记忆性能同设备、构件的应力集中区域之间的关系,通过大量实验室研究和工业试验,揭示出铁磁材料自磁化现象、漏磁场分布状况和强度同应力和变形集中区域以及缺陷部位之间关系的规律性,并提出了金属应力集中区-金属微观变化-磁记忆效应的相关学说,形成了一套全新的应力无损检测与诊断技术———金属磁记忆技术,并开发出具体的检测评估准则和方法,研制出相应的检测仪。

　　金属磁记忆检测实质上是从金属表面拾取地磁场作用下的金属构件漏磁场信息,与漏磁检测方法有相似之处。但金属磁记忆检测方法获取的是在微弱地磁场作用下构件本身具有的天然磁化信息。这时,金属构件的应力分布情况可以通过磁场分布清晰地显现出来。而漏磁检测需要进行人工磁化,其强度远远超过了构件表面的天然磁化信息,人工磁化的同时,重重地遮盖了构件表面反映的天然磁化信息,因此,漏磁检测无法从零件表面获取应力分布信息,但人工磁化增强了缺陷处的漏磁场强度。因此,漏磁检测在检测宏观缺陷时更具优势^[13]。