Q345鋼板拉伸試驗磁記憶檢測信號特性的研究

錢立鋒

（海油發展安全環保分公司 工程監理公司，天津300345）

Q345鋼板拉伸試驗磁記憶檢測信號特性的研究

錢立鋒

（海油發展安全環保分公司 工程監理公司，天津300345）

分別研究了Q345鋼板標準拉伸試樣、開橫向V形槽試樣、開深度方向形槽試樣在拉伸試驗不同階段的磁記憶檢測信號表征。依據ISO 24497《無損檢測－金屬磁記憶檢測》對信號特征進行了分析，結果表明，應力集中部位的磁性指數m隨著應力集中程度的增加而增大。應力集中程度越高，磁場法向分量過零點，磁場切向分量和磁場梯度具有最大值的對應性越好。不同材料的磁性指數極限值對于現場檢測時應力集中程度的判定具有指導意義。

檢測；拉伸試驗；磁記憶；磁性指數；應力集中

由于磁記憶檢測技術能夠對鐵磁構件的早期損傷進行診斷，近年來該技術在石化、電力等各行業得到了日益廣泛的應用[1]。磁記憶檢測技術利用工作載荷和地磁場共同作用下在工件應力集中區域形成的磁疇組織的定向和不可逆的重新取向，借助漏磁場信號法向分量改變過零點，切向分量及磁場梯度具有最大值等特點來定性評估應力集中區[2-3]。對金屬拉伸試驗過程中磁記憶檢測信號變化的研究已有多篇文獻報道[4-5]，但依據ISO 24497《無損檢測－金屬磁記憶檢測》對信號特征進行分析還未見相關報道，本研究通過對不同類型拉伸試樣在試驗過程的磁記憶檢測，結合ISO 24497標準對信號特征進行分析，以期指導磁記憶檢測技術在現場的應用。

1 試驗材料及過程

拉伸試驗材料選用t=12mm厚Q345鋼板，按照GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分》[6]標準要求，線切割加工試樣，三種典型的拉伸試樣如圖1所示。

圖1 拉伸試樣示意圖

圖1中V形槽為采用拉槽機加工的標準夏比V形缺口[7]，V形槽分別沿試樣厚度方向（試樣B）和試樣表面垂直于拉伸方向（試樣C）加工。試驗在SHT4605電子萬能試驗機上進行，利用俄羅斯動力診斷公司生產的TSC-2M-8型磁記憶檢測儀沿試樣拉伸方向測量，對每種類型試樣，分別在試驗的不同階段進行磁記憶檢測。

2 試驗結果

標準拉伸試樣A在屈服階段及最大載荷階段的磁記憶檢測結果如圖2所示。由圖2可以看出，存在磁場法向分量過零點的現象，說明在此部位存在應力集中，但此時對應的切向分量并不是最大值，其對應的磁場梯度也無最大值，ISO 24497對于磁記憶信號的判讀通常是通過磁性指數的大小來分析應力集中的程度，對于磁性指數標準定義為[8]

圖2 標準試樣A屈服階段及最大載荷段的力－位移曲線及磁記憶檢測結果

其中Kmax,in為應力集中區磁場梯度的最大值，Kmed為應力集中區磁場梯度的平均值，標準對材料m的大小規定了一個極限值mlim，定義為材料抗拉強度對應的應力集中部位磁場梯度的最大值與材料屈服強度對應的應力集中部位磁場梯度的平均值之比，在磁記憶檢測過程中，如果被檢試樣應力集中區的磁性指數超過了該極限值，則應當引起注意，必要時輔以其他無損檢測方法進行檢測，且標準規定當磁性指數m＞2時，應再次測量一次確認，利用檢測設備隨機離線軟件計算標準拉伸試樣的mlim=2.6，其在屈服極限處和最大載荷處的m分別為2.6及2.9，可見當材料處于屈服階段后，其磁性指數已達到極限值mlim，說明此時試樣內部已經有明顯的應力集中。

厚度方向V形槽試樣B在屈服階段和最大載荷階段的磁記憶檢測結果如圖3所示。由圖3可見，在屈服階段，磁場法向分量過零點，磁場梯度無明顯最大值，此時軟件計算屈服階段m=3.0，縮頸階段m=3.3。

垂直于拉伸方向V型槽試樣C彈性階段及縮頸階段的力－位移曲線及磁記憶檢測結果如圖4所示。由圖4可見，由于V形槽的位置原因，其應力集中程度明顯大于上述兩種情況，磁記憶檢測信號特征存在明顯的法向分量過零點的同時，切向分量具有最大值，同時磁場梯度具有最大值，此時利用軟件計算，其彈性階段磁性指數m=3.6，縮頸階段磁性指數m=5.4。

對比圖2、圖3和圖4，綜合分析可以得出，各試樣無論在屈服階段還是在以后的縮頸階段，m均隨應力集中程度的增加而增大，標準拉伸試樣屈服階段的m最小 （m=2.6），但也達到了Q345材料的磁性指數極限值 （mlim=2.6），垂直于拉伸方向V形槽試樣應力集中程度最大，其各階段的m也越大。

圖3 厚度方向V形槽試樣B屈服階段及最大載荷段的力-位移曲線及磁記憶檢測結果

從磁記憶檢測信號特征分析，標準拉伸試樣應力集中處雖然磁場法向分量過零點，但切向分量與磁場梯度均無最大值，試驗結果與部分文獻的試驗結論一致[9-10]，但此時磁性指數值已超過mlim，說明在m較低時，應力集中處不一定存在切向分量及磁場梯度的最大值，但隨著應力集中程度即m的增加，三者之間的對應關系逐步增強。

圖4 垂直于拉伸方向V形槽試樣C彈性階段及縮頸階段的力－位移曲線及磁記憶檢測結果

3 結 語

拉伸試驗磁記憶檢測結果表明，低應力集中可通過磁場法向分量過零點來判斷，此時磁場切向分量無最大值，其對應的磁場梯度也不一定具有最大值，隨著應力集中程度提高，磁場法向分量過零點，磁場切向分量和磁場梯度具有最大值，應力集中程度越高，三者位置的重合性越好。

依據ISO2447計算了Q345的磁性指數極限值，拉伸試驗結果表明，隨著應力集中程度變大，應力集中部位的磁性指數值變大，通過試驗測定不同材料的磁性指數極限值，對于現場檢測時應力集中程度的判定具有很好的指導意義。

［1］邸新杰，李午申.金屬磁記憶在焊接缺陷檢測領域的研究現狀及發展[J]．焊接技術， 2009， 38（2）：2-4.

［2］杜波夫 阿 阿，考羅考利尼柯夫CM.焊接缺陷的金屬磁記憶檢測法[J]．焊管， 2008， 31（2）： 44-48.

［3］李濟民，張亦良，沈功田.拉伸變形過程中磁記憶效應及微觀表征的試驗研究[J]．壓力容器，2009，26（8）：15-20．

［4］石常亮，董世運.單向靜載拉伸下合金鋼表面的磁記憶效應[J]．材料保護， 2008， 41（10）： 238-239．

［5］梁志芳，王迎娜.拉伸試驗中的金屬磁記憶信號總體特征研究[J]．哈爾濱工業大學學報， 2009， 141（5）：10-101.

［6］GB/T 228.1—2010，金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法[S]．

［7］GB/T 229—2007，金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法[S]．

［8］ISO 24497-3， Non-destructive testing-metalmagnetic memory-Part 3： Inspection ofwelded joints[S]．

［9］張靜，周克印.不同應力狀態下金屬磁記憶檢測信號特征[J]．合肥工業大學學報（自然科學版）， 2007， 30（3）：381-383.

［10］董麗虹，徐濱士.拉伸及疲勞載荷對低碳鋼磁記憶信號的影響[J]．中國機械工程，17（7）：743-745.

Study on the Characteristics of M agnetic Memory Testing Signal in Q345 Steel Plate Tensile Test

QIAN Lifeng
（Project Supervision Company,CNOOC Ener Tech-Safety&Environmental Protection Co.,Tianjin 300345,China)

The magnetic memory testing signal characteristics of Q345 steel plate several specimens in tensile test different stages were respectively studied,including tensile sample,transverse V-type tensile sample and depth direction.The test signal was analyzed based on the ISO 24497 “Non-destructive testing-Metalmagnetic memory”.The results showed that the magnetic index（m） increases with the increase of stress concentration degree,and the higher correspondence among tangential component ofmagnetic field hasmaximum value and the normal component ofmagnetic field acquires zero value and maximum magnetic field gradientwith higher stress concentration degree.The limiting value of themagnetic index(mlimn)for differentmaterials has important significance on the judgement of stress concentration degree formagnetic memory testing on site.

testing;tensile test;magneticmemory;magnetic index;stressconcentration

TG115

B

1001－3938（2015）11-0052-04

錢立峰（1973—），男，天津塘沽人，中國石油大學石油工程研究生畢業，高級工程師，主要從事項目管理及工程質量控制研究。

2015-08-16

修改稿收稿日期：2015-10-08

謝淑霞