45#板材試塊金屬磁記憶檢測技術(shù)試驗(yàn)研究-開題報(bào)告

XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目 45#板材試塊金屬磁記憶檢測技術(shù)試驗(yàn)研究專 業(yè) 名 稱 測控技術(shù)與儀器 班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一、選題的依據(jù)及意義：金屬磁記憶檢測技術(shù)是近年來興起的一種新型的無損檢測方法，它利用鐵磁構(gòu)件的磁記憶信號可以確定被測對象上以應(yīng)力集中為特征的危險(xiǎn)部位，被認(rèn)為是迄今為止，唯一能夠?qū)﹁F磁部件進(jìn)行早期診斷，防止因突發(fā)性的疲勞損傷造成嚴(yán)重事故的無損檢測方法。通過對磁記憶檢測理論指的學(xué)習(xí)，了解到構(gòu)件中應(yīng)力集中區(qū)的形成會(huì)積聚相當(dāng)高的應(yīng)力能，此時(shí)為了使鐵磁構(gòu)件內(nèi)的總自由能趨于最小，在磁機(jī)械效應(yīng)的作用下必將引起構(gòu)件內(nèi)部的磁疇在地球磁場中做疇壁的位移甚至作不可逆的重新取向排列，以增加磁彈性能的形式來抵消應(yīng)力能的增加。同時(shí)，為抵消應(yīng)力能，在磁機(jī)械效應(yīng)的作用下引發(fā)的磁疇組織的重新取向排列亦會(huì)保留，并在應(yīng)力集中區(qū)形成類似缺陷的漏磁場分布形式，磁場切向分量Hp(x)為局部極大值，而法向分量Hp(y)的符號發(fā)生改變，且具有過零點(diǎn)特征。在采用二維的李薩如圖檢測方法時(shí)，可以同時(shí)反映出Hp(x)、Hp(y)兩種信號的特征狀態(tài)，避免了應(yīng)力集中部位帶有缺陷特征的信息丟失。并且，李薩如圖中出現(xiàn)的封閉環(huán)的大小會(huì)隨著應(yīng)力集中程度的增加而呈增大趨勢，故可以利用該封閉區(qū)域來檢測應(yīng)力集中位置。單一的切向或法向分量作為磁記憶信號的特征值會(huì)出現(xiàn)漏檢和誤判等不足，且不能對應(yīng)力集中部位進(jìn)行定量分析。而采用李薩如圖的磁記憶二維檢測方法同時(shí)將法向和切向兩個(gè)分量作為特征值來進(jìn)行分析，不僅可以有效地減少檢測誤差，還能用缺陷環(huán)的大小來判斷應(yīng)力集中的程度，從而為磁記憶檢測的定量分析提供了一種新方法。二、 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：2.1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1.1、國外研究現(xiàn)狀最初的磁記憶檢測是由俄羅斯專家Doubov教授提出：磁記憶現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于工件載荷作用下在鐵磁材料內(nèi)部形成位錯(cuò)穩(wěn)定滑移帶，高密度的位錯(cuò)積聚部位形成磁疇邊界(位錯(cuò)壁壘)，產(chǎn)生自有漏磁場。目前該種方法主要在前蘇聯(lián)和東歐的一些國家和地區(qū)得到推廣和應(yīng)用,西方國家無損檢測學(xué)界對這項(xiàng)技術(shù)的研究尚不夠深入。磁記憶檢測技術(shù)從提出到應(yīng)用已有20余年的歷史,在許多領(lǐng)域得到了有效應(yīng)用。前蘇聯(lián)解體后, Doubov教授在俄羅斯成立了動(dòng)力診斷公司,負(fù)責(zé)向世界各國推廣這項(xiàng)技術(shù)。利用該項(xiàng)技術(shù),對拉伸試驗(yàn)機(jī)上的鐵磁性試件的拉伸過程進(jìn)行了檢測。研究表明,利用該項(xiàng)技術(shù)可以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)將要拉斷的位置。從鐵磁學(xué)和金屬材料學(xué)的微觀角度解釋了之所以產(chǎn)生這種結(jié)果的機(jī)理。利用磁記憶檢測技術(shù)對渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的檢測,顯示了該項(xiàng)技術(shù)在重要工業(yè)設(shè)備安全評估中的巨大潛力。對于整鍛渦輪葉片的檢測,通過磁場Hp的突變區(qū)域,找出了葉輪槽內(nèi)正在發(fā)展的裂紋,有效避免了重大事故的發(fā)生。若從電磁學(xué)角度出發(fā)的電磁感應(yīng)說，即鐵磁性材料垂直于地磁場作用方向的橫截面積，在定向應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生應(yīng)變，因而通過此橫截面的磁通量會(huì)發(fā)生變化。由電磁感應(yīng)定律知，該截面上必然產(chǎn)生感應(yīng)電流，并激勵(lì)出感應(yīng)磁場使工件磁化。又如基于鐵磁學(xué)基本理論的能量平衡說，即磁記憶效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)在原因是金屬組織結(jié)構(gòu)的不均勻性，材料內(nèi)部不均勻處會(huì)出現(xiàn)位錯(cuò)，在地磁場環(huán)境中施加應(yīng)力，則會(huì)出現(xiàn)滑移運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果會(huì)引起位錯(cuò)的增殖，產(chǎn)生很高的應(yīng)力能。能量平衡的結(jié)果，使得鐵磁零件內(nèi)部磁疇的疇壁發(fā)生不可逆的重新取向排列，由于金屬內(nèi)部存在多種內(nèi)耗效應(yīng)，使得動(dòng)載衙消除后，在金屬內(nèi)部形成的應(yīng)力集中區(qū)會(huì)得以保留。為抵消應(yīng)力能，磁疇組織的重新排列也會(huì)保留下來，并在應(yīng)力集中區(qū)形成類似缺陷的漏磁場分布形式，即磁場的切向分量為最大值，而法向分量符號發(fā)生改變，且具有過零值點(diǎn)。2.1.2國內(nèi)研究狀況在磁記憶檢測技術(shù)應(yīng)用研究方面，大慶石油學(xué)院開展的對帶有預(yù)制焊接裂紋的球型容器、爆破試驗(yàn)后破裂的管件和帶有焊接缺陷的管件進(jìn)行了磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)研究，利用已知評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確找出了構(gòu)件中的缺陷，充分驗(yàn)證了金屬磁記憶方法的有效性。然而磁記憶檢測技術(shù)能否得到有效應(yīng)用的關(guān)鍵是檢測設(shè)備。而檢測設(shè)備的核心是磁敏傳感器的研制。很多敏感器件如霍爾磁敏元件、鐵磁線圈和磁敏電阻等，從原理和技術(shù)指標(biāo)衡量，都可以應(yīng)用于磁記憶傳感器的研制。繼俄羅斯動(dòng)力診斷公司推出第一臺(tái)磁記憶檢測傳感器后，國內(nèi)已經(jīng)相繼推出了基于霍爾元件的磁記憶傳感器和基于磁敏電阻的磁記憶傳感器。進(jìn)行針對弱磁測量的傳感器研制，是磁記憶檢測技術(shù)研究的一個(gè)重要方面。雖然磁記憶檢測技術(shù)在我國從開始應(yīng)用到現(xiàn)在只有短短幾年的時(shí)間。但磁但記憶檢測技術(shù)在我國無損檢測學(xué)界引起了巨大興趣和反響,現(xiàn)已有論著、文章和檢測儀器陸續(xù)出現(xiàn)。例如中國科學(xué)院上海精密機(jī)械研究所等單位開展的利用地磁場檢測鋼球表面裂紋的可行性研究，表明鋼球被地磁場磁化后，從位于地磁場中的磁阻傳感器采樣得到的信號就能夠分辨出鋼球表面缺陷，為磁記憶技術(shù)在軸承檢測中的應(yīng)用提供了可行性方案。黃松嶺等研究了焊縫附近殘余應(yīng)力分布和試件表面磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直分量的關(guān)系，研究表明，二者具有較好的一致性。北京理工大學(xué)在北京市自然科學(xué)基金資助下，和俄羅斯動(dòng)力診斷公司及北京科技大學(xué)的研究人員開展合作，探討磁記憶檢測技術(shù)在應(yīng)力腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用在機(jī)理研究方面,近來國內(nèi)的文章分別從不同角度解釋了磁記憶效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理。北京理工大學(xué)在北京市自然科學(xué)基金資助下,和俄羅斯動(dòng)力診斷公司及北京科技大學(xué)的研究人員開展合作,探討磁記憶檢測技術(shù)在應(yīng)力腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用,目前此項(xiàng)研究正在進(jìn)行。磁記憶檢測技術(shù)能否得到有效應(yīng)用的關(guān)鍵是檢測設(shè)備,而檢測設(shè)備的核心是磁敏傳感器的研制。很多敏感器件如霍爾磁敏元件、鐵磁線圈和磁敏電阻等,從原理和技術(shù)指標(biāo)衡量,都可以應(yīng)用于磁記憶傳感器的研制。繼俄羅斯動(dòng)力診斷公司推出第一臺(tái)磁記憶檢測傳感器后,國內(nèi)已經(jīng)相繼推出了基于霍爾元件的磁記憶傳感器和基于磁敏電阻的磁記憶傳感器。進(jìn)行針對弱磁測量的傳感器研制,是磁記憶檢測技術(shù)研究的一個(gè)重要方面。2.2、金屬磁記憶檢測技術(shù)的發(fā)展作為一種新興的檢測技術(shù)金屬磁記億檢測法在擁有廣闊的應(yīng)用前景的同時(shí)，其基礎(chǔ)理論和檢測手段都有待完善，目前尚存在磁記憶現(xiàn)象明確而機(jī)理模糊、檢測標(biāo)準(zhǔn)未定量化、對“危險(xiǎn)區(qū)”的評判手段仍不完善等諸多急需解決的問題，還需進(jìn)行大量研究。對磁記憶的研究涉及磁性物理學(xué)、鐵磁學(xué)、金屬材料學(xué)、彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、磁彈性理論、信號與系統(tǒng)分析等多個(gè)學(xué)科的知識。而且缺陷的定量檢測是一個(gè)十分重要的問題。磁記憶效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是一種廣義的漏磁場效應(yīng)，和漏磁檢測一樣，也應(yīng)該可以進(jìn)行定量化研究。但總體說來，這方面的研究還有待于深入，對于缺陷大小、形狀和磁記憶參數(shù)之間的關(guān)系，還未見到系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。這方面的研究進(jìn)展,對于工程檢測實(shí)踐具有重要價(jià)值和意義。在進(jìn)行磁記憶機(jī)理研究時(shí),可以更系統(tǒng)地開展實(shí)驗(yàn)研究,例如微裂紋在萌生初期至擴(kuò)展階段乃至產(chǎn)生宏觀裂紋的整個(gè)過程,裂紋周圍的磁場分布情況和應(yīng)力之間的關(guān)系問題?？梢酝ㄟ^預(yù)制人工缺陷,在疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行循環(huán)加載,實(shí)現(xiàn)微裂紋的萌生與擴(kuò)展,利用金屬磁記憶檢測儀記錄裂紋處磁場分布,利用X射線探傷法、金相顯微分析法、電鏡分析法和能譜分析法等現(xiàn)代材料學(xué)分析測試手段,對裂紋形狀、裂紋處的金相組織、應(yīng)力分布等進(jìn)行精確分析,總結(jié)缺陷形狀的特點(diǎn)并進(jìn)行分類,根據(jù)實(shí)際微缺陷的幾何形狀特點(diǎn),歸納經(jīng)驗(yàn)公式。三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：3.1、研究內(nèi)容研究當(dāng)材料在低于靜強(qiáng)度極限的交變應(yīng)力的持續(xù)作用下，萌生多種類型的的微觀內(nèi)部缺陷，以磁性物理學(xué)、材料學(xué)、損傷與斷裂力學(xué)、位錯(cuò)理論為指導(dǎo)，探討磁記憶效應(yīng)的本質(zhì)。通過磁場的切向分量Hp（x）具有最大值，而法相分量Hp（y）改變符號且具有零值點(diǎn)。利用測磁儀器通過測定鐵制工件表面Hp（y）量的變化強(qiáng)度便可以很準(zhǔn)確的推斷工件內(nèi)部殘余應(yīng)力集中的區(qū)域。通過分析應(yīng)力集中位置磁記憶信號的分布特征，得到磁記憶信號特征參量在疲勞過程中的變化規(guī)律，從而以此為基礎(chǔ)做磁記憶信號檢測方向的基礎(chǔ)性研究。3.2、實(shí)驗(yàn)方案3.2.1. 查找外文翻譯，搜集和整理資料，了解磁記憶檢測方面的技術(shù)發(fā)展及相應(yīng)應(yīng)用。3.2.2. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)試驗(yàn)方案選取材料做低周疲勞試驗(yàn)，根據(jù)材料特性和疲勞試驗(yàn)機(jī)對材料進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)。3.2.3. 測量不同疲勞階段下材料的法向和切向磁信號，利用origin軟件對測量的值分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，研究不同疲勞階段下磁信號的變化規(guī)律，從中得出試件在試驗(yàn)過程中的各個(gè)階段的二維磁記憶特征曲線及李薩如圖。3.2.4. 通過對以上數(shù)據(jù)的分析，來檢測了解不同缺口鋼在同樣負(fù)載力情況下磁記憶信號的變化，觀察缺陷開口對磁記憶信號特征參量的影響。3.2.5. 結(jié)合切向法向兩個(gè)方向上的磁信號，進(jìn)行二維檢測分析，利用二維磁記憶特征曲線對不同疲勞階段的試件進(jìn)行定量分析。 圖3.1 試件結(jié)構(gòu)示意圖圖3.2 中心缺孔示意圖圖3.3 中間缺陷示意圖四、目標(biāo),主要特色及工作進(jìn)度4.1研究目標(biāo)采用同時(shí)提取法向和切向磁記憶信號的二維檢測方法，研究磁記憶信號的分布，從而形成完整有效的二維磁記憶檢測方法。4.2主要特色采用二維的檢測方式，同時(shí)提取法向和切向磁記憶信號，使檢測結(jié)果有更精準(zhǔn)的對比。比單一的檢測方法更加可靠，可以作為磁記憶檢測定量分析的判據(jù)，并可望為磁記憶檢測定量化打下基礎(chǔ)，通過進(jìn)一步的研究，在今后的磁記憶檢測定量化分析中得到實(shí)際應(yīng)用。4.3工作進(jìn)度1.英文資料翻譯及相關(guān)資料檢索 2月24日3月15日2.開題報(bào)告的完成 3月15日3月20日3.學(xué)習(xí)磁記憶檢測的原理、方法 3月21日4月15日4.相關(guān)試件的設(shè)計(jì)及制作 4月16日5月12日5.實(shí)驗(yàn) 5月13日5月28日6.數(shù)據(jù)分析及相關(guān)參數(shù)的修正 5月29日6月11日7.試件磁信號結(jié)果分析 6月12日6月01日8.撰寫論文 、準(zhǔn)備答辯 6月02日6月20日五、參考文獻(xiàn)：1.任吉林，林俊明，等.金屬磁記憶檢測技術(shù)M中國電力出版社，20002.任吉林，鄔冠華，等.金屬磁記憶檢測機(jī)理的探討J無損檢測，2002，24（1）：29-313任吉林，羅聲彩，王進(jìn)，等.金屬磁記憶二維定量檢測試驗(yàn)研究C全國第九屆無損檢測學(xué)術(shù)年會(huì)論文集上海：2010，473-4814.任吉林，王進(jìn)，范振中，等一種磁記憶檢測定量分析的新方法J儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，31（2）：431-4355.任吉林,林俊明.電磁無損檢測M.北京:科學(xué)出版社,2008:377-379.6.仲維暢.金屬磁記憶法診斷的理論基礎(chǔ).無損檢測,2001