金屬磁記憶檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

蔣滿姣 桂林福達(dá)股份有限公司

一、金屬磁記憶檢測技術(shù)工作原理和技術(shù)原理分析

對鐵磁性金屬零件進行加工或者是使用 的過程中，有可能會由于受到地磁場與載荷的共同作用和影響，在變形及相關(guān)應(yīng)力所聚集的地區(qū)產(chǎn)生磁致伸縮屬性的磁疇組織定向或者是不可進行逆轉(zhuǎn)的重新取向等嚴(yán)重問題，需要注意的是，這種不可進行逆轉(zhuǎn)的磁狀態(tài)是不會由于載荷的消除或者是其他因素的而改變而消失的，還會對最大作用應(yīng)力產(chǎn)生影響[1]，這種現(xiàn)象也叫做磁記憶現(xiàn)象。主要發(fā)生在金屬構(gòu)件表面應(yīng)力集中或微觀缺陷的區(qū)域，也就是通常說的磁記憶效應(yīng)。具有鐵磁屬性的金屬零件如果收到磁場環(huán)境以及相關(guān)載荷的影響和作用就會在很大程度上導(dǎo)致上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，即磁疇組織定向與不可逆取向，這時鐵磁性構(gòu)件的位置將會有磁疇的固定點出現(xiàn)，進而使得磁極的出現(xiàn)，最終導(dǎo)致退磁場的形成，這樣可以將該位置的導(dǎo)磁率降到最低，有利于金屬零件的表面產(chǎn)生和形成漏磁場。其強度的法向分量Hpy與切向分量Hpx分別是不同的數(shù)值，Hpy改變符號且其數(shù)值為零，而Hpx為最大值。同時這種不可逆的磁狀態(tài)時不會隨著其他屬性（如相關(guān)載荷）的消失而消失的，仍然在應(yīng)力集中的區(qū)域保留“記憶”。如下圖所示[2]。

圖1 磁記憶檢測原理圖

根據(jù)其磁記憶的屬性和原理，相關(guān)專門的檢測儀器由此誕生，其可以對和金屬零件與其垂直于其表面的磁場強度分量分布在某一個方向的基本情況進行準(zhǔn)確的記錄和分析，進而判斷出該零件是否存在某方面的問題。

二、金屬磁記憶檢測技術(shù)的特點及應(yīng)用

目前已經(jīng)有很多檢測方法能夠有效對結(jié)構(gòu)應(yīng)力與評定設(shè)備的變形狀態(tài)進行檢測，比如X光檢測、超聲波法、磁聲發(fā)射法等等[3]。而該項技術(shù)與這些方法不同的是，它在檢測金屬零件是其狀態(tài)時基本平衡且靜止的，因此對被測表面不用做任何處理，完全是利用最原始的信息開展工作。另外該方法更有利于實現(xiàn)點磁測量以及檢測儀器的簡易化與小型化。

實質(zhì)上該檢測方法與漏磁檢測方法有一些共性，都是在相關(guān)金屬零件的表面來取得有關(guān)磁場作用及相關(guān)的信息和影響。不同的是，該方法獲取的磁化信息相對來說受地磁場作用比較微弱，因此信息都來源于構(gòu)件本身，具有“天然”性特點，處于這種狀態(tài)中的金屬構(gòu)件應(yīng)力的分布情況能夠由磁場分布清晰的呈現(xiàn)；但是漏磁檢測中的強度要比金屬零件表面自然存在的磁強度要相對較大, 在進行人工磁化的過程中早已覆蓋了零件表面的原始磁信息, 因此，對金屬零件進行漏磁檢測很難從金屬零件的表面出發(fā)進而得到相關(guān)應(yīng)力的基本分布信息，但是其存在著有效強化零件缺陷所在處的漏磁場強度的優(yōu)勢，因此其更多的應(yīng)用在檢測具有某種缺陷的宏觀檢測工作當(dāng)中。

實際上，磁記憶檢測也可以在一定程度上對相關(guān)缺陷進行檢測，但是只能獲取應(yīng)力變化相對強烈位置的微觀信息，對該位置的應(yīng)力集中程度進行評價從而找出缺陷，所以說該方法對于檢測人眼難以發(fā)現(xiàn)的微觀缺陷具有很大優(yōu)勢，在前期診斷更加適用。

應(yīng)力集中一般比缺陷的產(chǎn)生時間要早一些，這就突出了該項技術(shù)的預(yù)報功能優(yōu)勢，能夠在零件失效之前采取有效措施，避免或減少事故的發(fā)生，將損失程度最小化。根據(jù)國外研究數(shù)據(jù)可以知道, 該項技術(shù)能夠檢測零件表面缺陷，并且其內(nèi)部至幾十毫米的深處缺陷也都能檢測。除此之外，它節(jié)省了金屬表面的清理工作，因為零件表面和探頭的細(xì)小變化不會對檢測結(jié)果造成影響，另外，它還具有檢測速度快的特點，十分適用于現(xiàn)場應(yīng)用。

三、金屬磁記憶檢測研究應(yīng)用分析

該方法從誕生到現(xiàn)在，一直受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，尤其是其機理的解釋和研究更是其中的重中之重。國外著名學(xué)者Doubov曾表明觀點：由于工作載荷有可能對鐵磁材料的內(nèi)容產(chǎn)生一定的作用最終造成位錯穩(wěn)定滑移帶的產(chǎn)生，進而使得位錯積聚的高度區(qū)域組成位錯壁壘，形成自有漏磁場，從而出現(xiàn)磁記憶現(xiàn)象。

最近幾年國內(nèi)很多文章對機理方面有了新的研究，其從不同的角度和方面解答和闡述了其產(chǎn)生的機理。以電磁感應(yīng)說為例，當(dāng)鐵磁性材料和地磁場產(chǎn)生實際作用方向的橫截面積呈現(xiàn)出垂直的角度時，其就會受到定向應(yīng)力的影響，最終發(fā)生一定的應(yīng)變。所以經(jīng)過這個橫截面的磁通量也都會產(chǎn)生變化，從電磁感應(yīng)定律的角度來說，其橫截面十分有可能形成感應(yīng)電流，進而造成感應(yīng)磁場的出現(xiàn)和形成，最終造成相關(guān)工件的磁化。再說到能量平衡說，也是產(chǎn)生磁記憶效應(yīng)的內(nèi)在原因，主要是由于不均勻的金屬組織結(jié)構(gòu)，不均勻的部位就會形成位錯，這時對地磁場環(huán)境施加應(yīng)力就會產(chǎn)生滑移運動，最終導(dǎo)致位錯增殖存在的應(yīng)力能強度相對較大。而能量平衡又會在很大程度上導(dǎo)致鐵磁零件的內(nèi)部出現(xiàn)不可進行逆轉(zhuǎn)的重新取向排列的磁疇疇壁，另外在加上金屬內(nèi)部普遍存在的內(nèi)耗效應(yīng)，因此在動載荷消除以后，其也能夠在應(yīng)力所集中的區(qū)域停留。為了對應(yīng)力能進行抵消，也會在一定程度上對其重新排列進行保留，同時也會在應(yīng)力聚集的部分形成一種疑似某種缺陷存在的漏磁場分布。

在其應(yīng)用研究方面，例如大慶石油學(xué)院展開了一系列的研究和分析，如爆破實驗后的破裂管件等檢測研究，根據(jù)已有評價標(biāo)準(zhǔn)，精準(zhǔn)的找到缺陷，這也充分說明了該方法的有效性。再如中國科學(xué)院及其他科研單位也進行了相關(guān)實驗，如通過對地球磁場的充分利用來檢測鋼球或其他金屬零件表面是否存在缺陷的可行性等，都證明了地磁場對鋼球進行磁化后，能夠從專用的傳感器或其他設(shè)備中獲得有效的信息和數(shù)據(jù)，進而檢測出鋼球表面或其他金屬零件表面是否存在缺陷，其在軸承檢測中得到了很好的應(yīng)用。

成功研制敏感器件能夠更好的實現(xiàn)磁記憶檢測的全面持續(xù)發(fā)展。目前來說，全球第一臺專門用于檢測磁記憶的傳感器是由俄羅斯的動力診斷公司開發(fā)制造出來的，自此之后，國內(nèi)也開始研制磁記憶傳感器。而目前來說，我國所研發(fā)和制造的用于檢測磁記憶的傳感器大多都是運用了磁敏電阻、磁敏線圈和慈敏線圈以及傳感器等。其中的磁敏傳感器是整套檢測設(shè)備和系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心，關(guān)關(guān)乎到了該項技術(shù)是否可以得到有效且充分的利用。因此，我們也可以說加大對磁敏傳感器以及其他傳感器的研發(fā)力度，對于促進磁記憶檢測技術(shù)的進一步發(fā)展來說有著十分重大的促進作用。

但是，從目前的情況來看，金屬磁記憶檢測技術(shù)仍舊存在著讓人無法忽視的一些問題，例如對缺陷和危險的判斷標(biāo)準(zhǔn)不明確、機理模糊等等，要想從真正意義上解決這些問題，就必須要從其技術(shù)原理和檢測方法出發(fā)對其進行解決。

四、實現(xiàn)金屬磁記憶檢測技術(shù)進一步完善和發(fā)展的建議和措施

一方面，該項技術(shù)涵蓋了諸多方面的學(xué)科，例如磁性物理學(xué)、金屬材料學(xué)、斷裂力學(xué)、磁彈性理論等等，而且其發(fā)展至今仍舊沒有形成較完整嚴(yán)密的理論體系。雖然學(xué)術(shù)界和科學(xué)領(lǐng)域有一部分相關(guān)的文獻(xiàn)和資料，但是系統(tǒng)性和理論性相對較差，仍舊需要進步加強對其機理和原理的研究和分析工作。

另一方面，其與漏磁檢測一樣, 以漏磁場效應(yīng)為核心的磁記憶效應(yīng)也應(yīng)該對其進行定量化處理和分析，以便相關(guān)檢測工作的標(biāo)準(zhǔn)化和有效化開展。因為磁記憶效應(yīng)的定量化研究還不盡如人意。其中，最主要的就是磁記憶檢測標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)的定量化程度相對較低，缺乏明確的標(biāo)準(zhǔn)和判斷。只有系統(tǒng)的定量化研究，能夠更好的解決無損檢測技術(shù)中缺陷的定量檢測存在的問題。