专利名称：基于自然磁化现象的奥氏体不锈钢塑性损伤定量检测方法
技术领域：
本发明属于无损检测技术领域，特别涉及一种基于自然磁化现象的奥氏体不锈钢 塑性损伤定量检测方法。
背景技术：
奥氏体不锈钢材料无磁性而且具有高韧性、耐腐蚀等特性，在工业中得到了广泛 的应用。尤其是在核电站等特种设备中，常使用奥氏体不锈钢制作压力容器、管道、阀门等。 为防止设备部件失效造成的严重事故，其宏观缺陷产生前早期机械损伤的检测非常重要。 同时也为了防止过度维修造成的经济性指标下降，对早期机械损伤的程度进行定量检测也 很有必要。现有常规无损检测方法(如超声、涡流)主要针对裂纹等宏观缺陷。有望用于 机械损伤检测的无损检测方法中，巴克豪森检测方法仅对材料弹性变形程度较为敏感，而 磁记忆检测方法只能做到对集中损伤的判别和定位。因此发展一种能够对宏观缺陷产生前 的机械损伤进行定量检测的无损检测方法很有必要。1997年，日本核能研究开发机构(JAFA)的研究小组发现在SUS304奥氏体不锈 钢中导入疲劳裂纹后，虽然没有人为施加外部磁场进行着磁，在裂纹附近也检测到了明显 的磁场变化，即材料中产生了由于疲劳损伤诱发的磁化。即在没有外加激励磁场的条件下 (地磁除外)在裂纹附近区域可检测到明显漏磁场变化(以下称这一现象为损伤诱发磁化， 也称为自然磁化现象)，对于这一现象的机理，科学家们尚未给出一致的解释。虽然研究者对机械损伤诱发磁化的机理解释不同，但都认为磁化产生的原因是裂 纹区域的机械损伤而非宏观裂纹本身，即诱发磁化在宏观裂纹产生前已经存在。这意味着 如果能够确定材料内部的局部磁性特性(磁化状态)和机械损伤(塑性损伤、疲劳损伤、蠕 变损伤等)状态的关联性，则有可能通过检测材料附近的自然漏磁场来推测材料内部的损 伤状态。由于不施加外部磁场，这将构成一种被动型机械损伤无损检测方法，可以简化检测 系统，也可避免激励源引起的额外噪声。在了解到奥氏体不锈钢损伤诱发磁化现象后，发明人从1998起就较早地开展了 相关的理论和应用研究。本专利是基于以上理论和实验研究结果，首次提出的利用损伤诱 发磁化现象对弱磁性奥氏体不锈钢材料塑性损伤进行定量无损检测的方法。鉴于目前国内 外对奥氏体不锈钢材料塑性损伤定量无损检测尚不完善，本发明提出的检测方法具有先进 性和重要的工程应用价值。

发明内容
本发明提出了一种基于自然磁化现象的奥氏体不锈钢塑性损伤定量检测方法。本发明的技术方案是这样实现的包括损伤-磁化标定曲线的建立方法和实际构件塑性损伤的定量测量方法；损伤-磁化标定曲线的建立方法，具体步骤包括1)制作拉伸试件，试件选用奥氏体不锈钢材料，制作包括无预置缺陷试件和含多种形式预置缺陷的试件；2)利用拉伸疲劳试验机对试件进行拉伸，施加设定载荷，在试件中导入塑性变形 损伤；3)在对试件拉伸的加载卸载过程中，利用非接触光学表面应变测量装置对试件表 面残余塑性变形量进行在线测量，用残余塑性变形量表征材料的损伤程度；4)对拉伸卸载后的试件，应用磁通门磁力仪对损伤诱发漏磁场分布进行测定；5)依据步骤4)中测量的损伤诱发漏磁场分布信息，采用逆问题优化重构算法对 材料内部磁化分布进行重构，得到试件材料内部损伤诱发磁化分布结果，以此来表征试件 诱发漏磁场的特征；6)改变设定载荷，对多种形式试件重复步骤幻至步骤幻，得到各试件在多种设定 载荷损伤条件下的塑性变形量和磁化分布重构结果；7)依据步骤6)所得的各试件在多种设定载荷下塑性变形量和磁化分布重构结 果，以塑性变形量为横坐标，对应的磁化分布重构结果幅值参数为纵坐标，建立损伤-磁化 标定曲线；实际塑性损伤的定量检测方法，具体步骤包括a)对实际的奥氏体不锈钢材料检测对象，应用磁通门磁力仪对部件的漏磁场分布 进行测定，得到部件表面漏磁场分布信息；b)对步骤a)中测量所得实际部件表面漏磁场分布信息，应用逆问题重构优化算 法对材料内部磁化分布进行重构，得到试件材料内部损伤诱发磁化分布结果；c)根据步骤b)中得到的磁化分布信息，与已经建立的损伤-磁化标定曲线进行比 对，根据已计算出的磁化分布重构结果，为损伤-磁化标定曲线的纵坐标，对应出实际构件 的实际塑性变形量，为损伤-磁化标定曲线的横坐标。从而定量检测出对象的塑性损伤程 度。本无损检测方法可对弱磁性奥氏体不锈钢材料宏观缺陷产生前塑性损伤进行定 量检测，填补了该领域检测方法的空白。本方法具有无励磁，操作简单，无需表面处理等优 点，可广泛用于核电、化工、特种设备等高安全要求构件的无损评价。


图1为本发明的测量原理与测量方法示意2为损伤-磁化分布标定曲线建立方法示意3为实验建立损伤-磁化分布标定曲线流程下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施例方式参照图1所示，本发明的测量方法是基于损伤诱发磁化现象，即材料内部的损 伤-塑性变形1会导致材料附近的漏磁场2变化。该种变化由微磁场测量仪4(磁通门磁 力仪)的探头3拾取，得到损伤诱发漏磁场分布信号；将测量得到的漏磁场分布信号经逆问 题重构优化算法处理，得到材料内部磁化分布结果，与已经建立的损伤-磁化标定曲线5进 行比对，从而确定材料内部的塑性损伤程度。
参照图2所示，制作多种形式的拉伸试件；利用拉伸疲劳试验机施加不同载荷在 试件中导入损伤2 ；在加载卸载过程中利用非接触光学表面应变测量装置7的光学测量头8 对各试件表面残余塑性变形量进行测定；对施加设定载荷后卸载的试件应用微磁场测量仪 4对损伤诱发漏磁场分布2进行测定，应用逆问题优化磁化重构方法6得到材料内部的磁化 分布；将重构得到的材料内部磁化分布与测量所得的塑性应变分布进行比对、分析，建立两 者之间的定量关系，形成损伤-磁化分布标定曲线5。 参照图3所示，为损伤_磁化分布标定曲线建立的实验流程，具体包括1)设计、制作多种形式的拉伸试件，包含没有人工预置缺陷试样和含有多种形式 人工预置缺陷的试样。2)为了避免不同试样的磁化履历对实验结果的影响，对所有试样进行了消磁处理。3)通过拉伸将损伤导入到不同的试样，同时在试样加载卸载过程中采用非接触光 学应变测量系统，对试样的残余塑性变形分布进行测量。4)采用微弱磁场测量仪器——磁通门磁力仪对卸载后试样进行损伤诱发漏磁场 强度分布进行测量。5)重复步骤3)、步骤4)数次。
权利要求
1.基于自然磁化现象的奥氏体不锈钢塑性损伤定量检测方法，其特征在于，包括损 伤-磁化标定曲线的建立方法和实际构件塑性损伤的定量测量方法；损伤-磁化标定曲线的建立方法，具体步骤包括1)制作拉伸试件，试件选用奥氏体不锈钢材料，制作包括无预置缺陷试件和含多种形 式预置缺陷的试件；2)利用拉伸疲劳试验机对试件进行拉伸，施加设定载荷，在试件中导入塑性变形损伤；3)在对试件拉伸的加载卸载过程中，利用非接触光学表面应变测量装置对试件表面残 余塑性变形量进行在线测量，用残余塑性变形量表征材料的损伤程度；4)对拉伸卸载后的试件，应用磁通门磁力仪对损伤诱发漏磁场分布进行测定；5)依据步骤4)中测量的损伤诱发漏磁场分布信息，采用逆问题优化重构算法对材料 内部磁化分布进行重构，得到试件材料内部损伤诱发磁化分布结果，以此来表征试件诱发 漏磁场的特征；6)改变设定载荷，对多种形式试件重复步骤幻至步骤幻，得到各试件在多种设定载荷 损伤条件下的塑性变形量和磁化分布重构结果；7)依据步骤6)所得的各试件在多种设定载荷下塑性变形量和磁化分布重构结果，以 塑性变形量为横坐标，对应的磁化分布重构结果幅值参数为纵坐标，建立损伤-磁化标定 曲线；实际塑性损伤的定量检测方法，具体步骤包括a)对实际的奥氏体不锈钢材料检测对象，应用磁通门磁力仪对部件的漏磁场分布进行 测定，得到部件表面漏磁场分布信息；b)对步骤a)中测量所得实际部件表面漏磁场分布信息，应用逆问题重构优化算法对 材料内部磁化分布进行重构，得到试件材料内部损伤诱发磁化分布结果；c)根据步骤b)中得到的磁化分布信息，与已经建立的损伤-磁化标定曲线进行比对， 根据已计算出的磁化分布重构结果，为损伤-磁化标定曲线的纵坐标，对应出实际构件的 实际塑性变形量，为损伤-磁化标定曲线的横坐标。从而定量检测出对象的塑性损伤程度。
全文摘要
本发明公开了基于自然磁化现象的奥氏体不锈钢塑性损伤定量检测方法，属于无损检测技术领域。本方法基于奥氏体不锈钢损伤诱发磁化现象，由损伤-磁化标定曲线的建立和实际塑性损伤的定量测量构成。具体步骤包括通过基准试验建立机械损伤-磁化标定曲线，应用磁通门微磁传感器测量对象构件附近的自然磁场分布，通过反问题方法求解材料内部自然磁化的分布，和建立的损伤-磁化标定曲线进行比对，对检测对象的塑性损伤进行定量。本无损检测方法可对弱磁性奥氏体不锈钢塑性损伤程度进行定量检测，填补了这类奥氏体不锈钢塑性损伤程度检测方法的空白。
文档编号G01B11/16GK102128879SQ20101056806
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者李红梅, 陈振茂 申请人:西安交通大学