磁記憶技術在再制造壽命評估中的應用研究

韓洪雄，張法光

(貴州省機電研究設計院，貴州 貴陽 550001)

0 引言

金屬磁記憶是一種利用金屬磁記憶效應來檢測部件應力集中部位的快速無損檢測方法。克服了傳統無損檢測的缺點，能夠對鐵磁性金屬構件內部的應力集中區，即微觀缺陷和早期失效及損傷等進行診斷，防止突發性的疲勞損傷，是無損檢測領域的一種新的檢測手段。由于應力集中往往早于缺陷產生之前出現，所以金屬磁記憶檢測方法的突出優點是具有預報作用，可在零件失效之前采取措施，避免事故的發生，使損失降至最低程度[1-2]。然而，由于該技術發展時間較短，研究少，金屬磁記憶信號非常微弱，會受到多種干擾因素的影響，這就使得實現金屬磁記憶信號的定量化存在諸多困難。金屬磁記憶技術如何應用于再制造毛坯壽命預測領域，一直是再制造壽命評估研究的重點和難點問題。

本文主要通過對光滑試棒進行拉伸扭轉試驗，對預制缺陷試驗件進行拉伸疲勞試驗，然后進行磁記憶檢測，記錄磁記憶信號的變化規律，分析磁記憶信號與材料累積損傷及裂紋擴展之間的關系，建立基于磁記憶信號的損傷基礎模型，通過這些基礎試驗工作及收集的磁記憶變化規律建立初步的剩余壽命的指標體系，為磁記憶檢測技術在電機主軸中的評估提供試驗依據。

1 拉伸和扭轉試驗及分析

1.1 試驗方法

拉伸和扭轉試驗研究對象為45#鋼試棒，試棒按照GB/T228—2002標準進行設計并制造，考慮到加工過程中產生的殘余應力對磁記憶信號的影響，所有試驗件均進行850 ℃正火處理，檢測方向沿AB方向，檢測長度100 mm，光滑試驗件簡圖見圖1，試驗件化學成分與力學性能見表1，應力應變圖見圖2、圖3。

表1 45#鋼試驗件化學成分與力學性能

拉伸和扭轉試驗均在某公司配備的電子萬能試驗機(CMT5305)和電子萬能扭轉試驗機(CTT1003)上進行，其中拉伸試驗拉力從3000 N到7000 N共5組，扭轉試驗從360°到900°共4組，試驗參數設置如表2和表3所示。

表2 拉伸試驗

表3 扭轉試驗

磁記憶檢測在渦流/磁記憶檢測儀上進行。對磁記憶探頭進行大地校準后即開始檢測，檢測過程中，探頭行進速度為10 mm/s。

1.2 試驗結果與分析

拉伸試驗后，對工件磁記憶信號的檢測結果如圖4所示。

扭轉試驗后，對工件磁記憶信號的檢測結果如圖5所示。

對拉伸和扭轉試驗后工件的磁記憶信號分析可知：隨著拉伸力與扭轉角度的變化，磁記憶檢測信號斜率變化極其不規律，經過對工件拉伸和扭轉后表面觀察和分析，由于工件變形導致表面不連續，工件表面距離探頭距離不定，進而影響了檢測信號，導致檢測信號呈現出不規律性。

2 拉伸疲勞試驗及分析

2.1 試驗方法

對預制缺口螺栓進行拉伸疲勞試驗，首先用電火花對螺栓預制缺陷，在光桿部位割0.5 mm深、0.5 mm寬的缺口，對螺栓退磁處理后再進行疲勞試驗。如圖6所示。

本次試驗在QBG-50型高頻疲勞試驗機上進行，高載7.74 kN，低載0.77 kN。先將一件螺栓拉伸斷裂，總頻次為37500次，然后對拉伸次數進行等分，依次對螺栓進行4700次、9400次、14100次、18800次、23500次、28200次、32900次、37600次疲勞拉伸，檢測磁記憶信號變化情況。

2.2 試驗結果與分析

結果分析：隨著螺栓拉伸次數的增加，磁記憶信號斜率隨之增大，但是在28200次時，相較于23500次磁曲線斜率有所下降；磁曲線斜率總體上呈現良好的線性，對斜率K和拉伸次數N進行線性擬合，得到K～8×10-6N。

表4 磁曲線斜率與拉伸次數關系表

3 結論

1)本文對光滑試棒進行了拉伸和扭轉試驗，結果表明，隨著拉伸力與扭轉角度的變化，磁記憶檢測信號斜率變化極其不規律，經過對工件拉伸和扭轉后表面觀察和分析，由于工件變形導致表面不連續，工件表面距離探頭的距離不定，進而影響了檢測信號，導致檢測信號呈現出不規律性。

2)對預制缺陷試件進行了拉伸疲勞試驗，結果表明，隨著螺栓拉伸次數的增加，磁記憶信號斜率隨之增大，但是在28200次時，相較于23500次磁曲線斜率有所下降；磁曲線斜率總體上呈現良好的線性，對斜率K和拉伸次數N進行線性擬合，得到K～8×10-6N。

3)在拉伸疲勞試驗過程中，存在個別磁記憶信號異常輸出現象，其原因可能跟各種磁性金屬構件工作的環境、力學性能及微觀組織不同存在一定關系，后期還需要進行大量的試驗進行深入研究，為金屬磁記憶檢測技術的應用和推廣提供真實試驗依據。