專(zhuān)利名稱：鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是鐵磁材料裂紋無(wú)損檢測(cè)的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法。涉及測(cè)量磁變量和借助于測(cè)定材料的物理性質(zhì)分析材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，鐵磁材料是使用范圍最廣、用量最大的金屬材料。為了安全和正常的生產(chǎn)運(yùn)行，我們常常要對(duì)一些重要設(shè)備所用的鐵磁材料、鐵磁材料的重要另部件、構(gòu)件的加工制造中以及制成后的機(jī)器、設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行中進(jìn)行鐵磁材料內(nèi)部裂紋的無(wú)損檢測(cè)?，F(xiàn)在廣泛采用X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它雖可對(duì)金屬內(nèi)部進(jìn)行“透視”來(lái)檢測(cè)裂紋，但盡管采取了嚴(yán)格而笨重的防護(hù)措施仍對(duì)操作人員有放射性傷害且對(duì)于金屬內(nèi)部的微小裂紋分辨力不高，往往顯得力不從心。1997年俄羅斯專(zhuān)家將鐵磁材料的金屬磁記憶特性用于鐵磁性金屬構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)，它可以檢測(cè)出鐵磁構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力集中區(qū)域以及應(yīng)力集中的程度，能夠提示裂紋及其萌生的危險(xiǎn)區(qū)域，可用于對(duì)鐵磁構(gòu)件或焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行早期診斷和預(yù)測(cè)。是一種對(duì)鐵磁材料裂紋進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)有潛在力的技術(shù)。但就目前的技術(shù)水平而言，金屬磁記憶檢測(cè)方法尚不能將其表征物理量(鐵磁結(jié)構(gòu)表面漏磁場(chǎng))的特征與內(nèi)部裂紋或焊接裂紋定量化的基本信息相關(guān)聯(lián)，即還無(wú)法直接確定造成應(yīng)力集中的裂紋的大小、空間位置及其取向。因此，在目前條件下，金屬磁記憶檢測(cè)技術(shù)還只能用于尋找鐵磁構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力集中部位，不能對(duì)造成應(yīng)力集中的缺陷或焊接裂紋進(jìn)行定量的檢測(cè)分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種能對(duì)被測(cè)鐵磁材料裂紋進(jìn)行定量檢測(cè)的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法。
本發(fā)明解決這個(gè)問(wèn)題的技術(shù)方案是利用現(xiàn)在廣泛采用的金屬磁記憶檢測(cè)裝置—應(yīng)力集中磁指示儀先對(duì)被測(cè)鐵磁材料或構(gòu)件進(jìn)行金屬磁記憶檢測(cè)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行后續(xù)處理。具體就是按應(yīng)力集中磁指示儀的檢測(cè)方法，開(kāi)啟三個(gè)通道并按一定的間距采樣檢測(cè)，記錄金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)和采樣點(diǎn)之間的距離數(shù)據(jù)，將測(cè)到的三通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)先進(jìn)行消噪處理和傅立葉變換，消除附加在低頻磁記憶曲線上的高頻噪音信號(hào)，取得金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的幅值和相位，由相位的突變就可確定被測(cè)鐵磁材料或構(gòu)件有無(wú)裂紋和裂紋的位置；在取得金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的幅值后，從中取出最大值Hpmax、最小值Hpmin和它們之間的差值Deta，取出三個(gè)通道在同一采樣點(diǎn)上的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值Hp1、Hp2、Hp3之間的三個(gè)差值ΔHP12、ΔHP23、ΔHP13中最大的一個(gè)差值ΔHp，再取出兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間Hp差值的絕對(duì)值與采樣點(diǎn)之間距離之比ΔHP/ΔLX，由Deta、ΔHp和ΔHp/ΔLx算出裂紋的長(zhǎng)度X，深度Y和角度Z。其中對(duì)測(cè)到的三通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的消噪處理是把金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)經(jīng)采用非線性小波信號(hào)變換消噪方法濾波器的濾波。對(duì)測(cè)到的三通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的傅立葉變換則由傅立葉變換軟件包來(lái)完成。這里的消噪方法和傅立葉變換是信號(hào)處理學(xué)中最常用的技術(shù)。所述金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的最大值與最小值之差值Deta是在被測(cè)鐵磁材料或構(gòu)件全部檢測(cè)完畢后，在檢測(cè)到的所有三通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)中選取幅值的最大值和最小值及它們的差值。各檢測(cè)通道在同一采樣點(diǎn)之間的最大差值ΔHp是將每一個(gè)采樣點(diǎn)上三個(gè)通道所測(cè)到的三個(gè)金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值HP1、HP2、HP3中取出每?jī)蓚€(gè)值之間的差值ΔHp12、ΔHp23、ΔHp13及該三個(gè)差值中最大的一個(gè)差值ΔHP，再在所有采樣點(diǎn)的最大差值中選取最大的一個(gè)差值ΔHp。而所述兩個(gè)采樣點(diǎn)之間Hp差值的絕對(duì)值與采樣點(diǎn)之間距離之比ΔHp/ΔLx是在兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)的每一個(gè)采樣點(diǎn)所測(cè)到的三個(gè)通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值中先取其平均值，兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值平均值之差的絕對(duì)值與從應(yīng)力集中磁指示儀計(jì)程輪上指示的兩個(gè)采樣點(diǎn)之間距離之比值。在取得上述三個(gè)值Deta、ΔHp、ΔHp/ΔLx后就可計(jì)算出裂紋的長(zhǎng)度X、深度Y和角度Z。
本發(fā)明由上述三個(gè)值來(lái)計(jì)算裂紋的尺寸是基于大量的研究、實(shí)驗(yàn)證明金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的該三個(gè)值是表征鐵磁材料或構(gòu)件內(nèi)部裂紋應(yīng)力特征的本質(zhì)特征。其中Deta值的變化與裂紋處的應(yīng)力變化成正比，它是一個(gè)能夠描述裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的本質(zhì)特征；ΔHp/ΔLx的物理意義是漏磁場(chǎng)Hp沿著檢測(cè)方向的變化率，此值大的位置不但表示有裂紋，而且也表征了裂紋的長(zhǎng)度X；ΔHp是描述沿檢測(cè)方向的垂直方向上Hp的分布情況的值，在應(yīng)力集中磁指示儀的三個(gè)通道上檢測(cè)的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象也不僅可以表示有裂紋，而且也可以表征裂紋的深度Y和角度Z。根據(jù)研究、實(shí)驗(yàn)并通過(guò)二次正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，得到上述三個(gè)特征值與裂紋的長(zhǎng)度X、深度Y、角度Z的關(guān)系式為ΔHp/ΔLx＝6.46+0.78X+0.31Z-0.03XZ^2-0.002Z^2ΔHP＝12.32+0.25X+0.40Z-0.01X^2-0.004Z^2Deta＝77.67+0.47X-0.37Y-0.04XY+0.05Y^2只要將測(cè)取得ΔHp/ΔLx、ΔHp和Deta三個(gè)值代入上述關(guān)系式就可計(jì)算出裂紋的三個(gè)尺寸X、Y、Z。其中裂紋的長(zhǎng)度X、深度Y和角度Z在工程中是三個(gè)相互獨(dú)立的幾何特征參數(shù)，任何的裂紋都只是它們的相互組合。長(zhǎng)度X是裂紋在檢測(cè)方向的水平方向上的尺寸；深度Y是裂紋在檢測(cè)方向的垂直方向上的尺寸；角度Z是裂紋在檢測(cè)方向的水平方向上與檢測(cè)方向的垂直面的夾角。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例.以此例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本例是在國(guó)家管道焊接中心對(duì)管道焊接縫進(jìn)行裂紋檢測(cè)的實(shí)例。取一段兩管段已對(duì)焊好的Φ508mm管，在焊縫上人造一個(gè)裂紋(具體方法是用線切割制備裂紋，對(duì)裂紋進(jìn)行埋焊，去應(yīng)力退火，對(duì)接焊)，用俄羅斯動(dòng)力診斷公司開(kāi)發(fā)的TSC-1M-4型應(yīng)力集中磁指示儀順著焊縫進(jìn)行三通道的金屬磁記憶檢測(cè)，檢測(cè)前在該指示儀的輸出端接一采用非線性小信號(hào)變換消噪方法的濾波器，再將濾波器的輸出用串行接口RS-232將存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)有傅立葉變換軟件包的PC機(jī)。檢測(cè)時(shí)每隔1mm一個(gè)采樣點(diǎn)，共160個(gè)采樣點(diǎn)。從傅立葉變換后的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的相位圖上可看出，在予制的裂紋處相位有突變。從金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的幅值中確定最大值與最小值的差值Deta為79.2A/m；各檢測(cè)通道在同一采樣點(diǎn)上的最大差值ΔHp為30A/m；兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間的Hp差的絕對(duì)值與采樣點(diǎn)之間距離之比ΔHp/ΔLx為14(A/m)/mm。將該三值代入關(guān)系式ΔHp/ΔLx＝6.64+0.78X+0.31Z-0.03X^2-0.002Z^2ΔHp＝12.32+0.25X+0.40Z-0.01X^2-0.004Z^2Deta＝77.67+0.47X-0.37Y-0.04XY+0.05Y^2得出X＝7mm，Y＝4mm，Z＝18°，與預(yù)制裂紋的數(shù)據(jù)相符，且準(zhǔn)確度高。實(shí)際上，上述三個(gè)值的確定和最后的計(jì)算可以方便地編程由PC機(jī)快捷完成，檢測(cè)起來(lái)并不費(fèi)時(shí)。
可見(jiàn)，本方法僅利用現(xiàn)有金屬磁記憶檢測(cè)設(shè)備作基本檢測(cè)后再經(jīng)簡(jiǎn)單的處理和計(jì)算就可方便、無(wú)遺漏地確定被檢測(cè)鐵磁構(gòu)件裂紋的有無(wú)及定量化數(shù)據(jù)，為鐵磁構(gòu)件裂紋的無(wú)損檢測(cè)提供了一種可靠的手段。
權(quán)利要求
1.一種鐵磁材料裂紋無(wú)損檢測(cè)的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法，包括用應(yīng)力集中磁指示儀對(duì)被測(cè)鐵磁材料進(jìn)行金屬磁記憶檢測(cè)，其特征在于將應(yīng)力集中磁指示儀測(cè)到的三通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)先進(jìn)行消噪處理和傅立葉變換，取得金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的幅值和相位，由相位的突變確定裂紋的位置；從檢測(cè)到的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的幅值中取出最大值Hpmax、最小值Hpmin和它們之間的差值Deta，取出三個(gè)通道在同一采樣點(diǎn)上的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值Hp1、Hp2、Hp3之間的三個(gè)差值中最大的一個(gè)差值ΔHp，再取出兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間Hp差值的絕對(duì)值與采樣點(diǎn)之間的距離之比ΔHp/ΔLx，由Deta、ΔHp和ΔHp/ΔLx算出裂紋的長(zhǎng)度X、深度Y和角度Z。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法，其特征在于所述將測(cè)到的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行消噪處理是把金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)經(jīng)采用非線性小波信號(hào)變換消噪方法的濾波器的濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法，其特征在于所述金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的傅立葉變換是將金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)經(jīng)由傅立葉變換軟件包進(jìn)行變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法，其特征在于所述金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)最大值與最小值之差Deta是在被測(cè)鐵磁材料全部檢測(cè)完畢后，在檢測(cè)到的所有三通道全部金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)中選取幅值的最大值與最小值之差值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法，其特征在于所述各檢測(cè)通道同一采樣點(diǎn)之間的最大差值ΔHp是將每一個(gè)采樣點(diǎn)上三個(gè)通道所測(cè)到的三個(gè)金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值Hp3、Hp2、Hp1中取出每?jī)蓚€(gè)值之間的差值ΔHP12、ΔHP23、ΔHP13及該三個(gè)差值中最大的一個(gè)差值ΔHp，再在所有采樣點(diǎn)的最大差值中取最大的一個(gè)差值ΔHp。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法，其特征在于所述兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間Hp差值的絕對(duì)值與采樣點(diǎn)之間的距離之比ΔHp/ΔLx是在兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)的每一個(gè)采樣點(diǎn)所測(cè)到的三個(gè)通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值中先取其平均值，兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值平均值之差的絕對(duì)值與從應(yīng)力集中磁指示儀的計(jì)程輪上指示的兩采樣點(diǎn)之間的距離之比值。
全文摘要
本發(fā)明是涉及測(cè)量磁變量和借助于測(cè)定材料的物理性質(zhì)分析材料技術(shù)領(lǐng)域的對(duì)鐵磁材料裂紋進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的鐵磁材料裂紋的金屬磁記憶檢測(cè)方法。它是用應(yīng)力集中磁指示儀對(duì)被測(cè)件進(jìn)行檢測(cè)并將所測(cè)到的三通道金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)先進(jìn)行消噪處理和傅立葉變換，得到金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的幅值和相位，由相位的突變確定裂紋的位置；從檢測(cè)到的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)的幅值中取出最大值與最小值之間的差值Deta，取出三個(gè)通道在同一采樣點(diǎn)上的金屬磁記憶檢測(cè)信號(hào)幅值之間的三個(gè)差值中最大的一個(gè)差值ΔHp，再取出兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間Hp差值的絕對(duì)值與采樣點(diǎn)之間的距離之比ΔHp/ΔLx，由該三個(gè)值計(jì)算出被測(cè)鐵磁材料裂紋的定量化數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1948961SQ200510107939
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者劉方明, 白世武, 劉宇, 郭曉疆, 馮斌, 梁志芳, 程學(xué)蘭, 石榮滿, 舒霞, 周俊紅 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 中國(guó)石油天然氣管道局