Q345钢板拉伸试验磁记忆检测信号特性的研究

钱立锋

（海油发展安全环保分公司 工程监理公司，天津300345）

Q345钢板拉伸试验磁记忆检测信号特性的研究

钱立锋

（海油发展安全环保分公司 工程监理公司，天津300345）

分别研究了Q345钢板标准拉伸试样、开横向V形槽试样、开深度方向形槽试样在拉伸试验不同阶段的磁记忆检测信号表征。依据ISO 24497《无损检测－金属磁记忆检测》对信号特征进行了分析，结果表明，应力集中部位的磁性指数m随着应力集中程度的增加而增大。应力集中程度越高，磁场法向分量过零点，磁场切向分量和磁场梯度具有最大值的对应性越好。不同材料的磁性指数极限值对于现场检测时应力集中程度的判定具有指导意义。

检测；拉伸试验；磁记忆；磁性指数；应力集中

由于磁记忆检测技术能够对铁磁构件的早期损伤进行诊断，近年来该技术在石化、电力等各行业得到了日益广泛的应用[1]。磁记忆检测技术利用工作载荷和地磁场共同作用下在工件应力集中区域形成的磁畴组织的定向和不可逆的重新取向，借助漏磁场信号法向分量改变过零点，切向分量及磁场梯度具有最大值等特点来定性评估应力集中区[2-3]。对金属拉伸试验过程中磁记忆检测信号变化的研究已有多篇文献报道[4-5]，但依据ISO 24497《无损检测－金属磁记忆检测》对信号特征进行分析还未见相关报道，本研究通过对不同类型拉伸试样在试验过程的磁记忆检测，结合ISO 24497标准对信号特征进行分析，以期指导磁记忆检测技术在现场的应用。

1 试验材料及过程

拉伸试验材料选用t=12mm厚Q345钢板，按照GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分》[6]标准要求，线切割加工试样，三种典型的拉伸试样如图1所示。

图1 拉伸试样示意图

图1中V形槽为采用拉槽机加工的标准夏比V形缺口[7]，V形槽分别沿试样厚度方向（试样B）和试样表面垂直于拉伸方向（试样C）加工。试验在SHT4605电子万能试验机上进行，利用俄罗斯动力诊断公司生产的TSC-2M-8型磁记忆检测仪沿试样拉伸方向测量，对每种类型试样，分别在试验的不同阶段进行磁记忆检测。

2 试验结果

标准拉伸试样A在屈服阶段及最大载荷阶段的磁记忆检测结果如图2所示。由图2可以看出，存在磁场法向分量过零点的现象，说明在此部位存在应力集中，但此时对应的切向分量并不是最大值，其对应的磁场梯度也无最大值，ISO 24497对于磁记忆信号的判读通常是通过磁性指数的大小来分析应力集中的程度，对于磁性指数标准定义为[8]

图2 标准试样A屈服阶段及最大载荷段的力－位移曲线及磁记忆检测结果

其中Kmax,in为应力集中区磁场梯度的最大值，Kmed为应力集中区磁场梯度的平均值，标准对材料m的大小规定了一个极限值mlim，定义为材料抗拉强度对应的应力集中部位磁场梯度的最大值与材料屈服强度对应的应力集中部位磁场梯度的平均值之比，在磁记忆检测过程中，如果被检试样应力集中区的磁性指数超过了该极限值，则应当引起注意，必要时辅以其他无损检测方法进行检测，且标准规定当磁性指数m＞2时，应再次测量一次确认，利用检测设备随机离线软件计算标准拉伸试样的mlim=2.6，其在屈服极限处和最大载荷处的m分别为2.6及2.9，可见当材料处于屈服阶段后，其磁性指数已达到极限值mlim，说明此时试样内部已经有明显的应力集中。

厚度方向V形槽试样B在屈服阶段和最大载荷阶段的磁记忆检测结果如图3所示。由图3可见，在屈服阶段，磁场法向分量过零点，磁场梯度无明显最大值，此时软件计算屈服阶段m=3.0，缩颈阶段m=3.3。

垂直于拉伸方向V型槽试样C弹性阶段及缩颈阶段的力－位移曲线及磁记忆检测结果如图4所示。由图4可见，由于V形槽的位置原因，其应力集中程度明显大于上述两种情况，磁记忆检测信号特征存在明显的法向分量过零点的同时，切向分量具有最大值，同时磁场梯度具有最大值，此时利用软件计算，其弹性阶段磁性指数m=3.6，缩颈阶段磁性指数m=5.4。

对比图2、图3和图4，综合分析可以得出，各试样无论在屈服阶段还是在以后的缩颈阶段，m均随应力集中程度的增加而增大，标准拉伸试样屈服阶段的m最小 （m=2.6），但也达到了Q345材料的磁性指数极限值 （mlim=2.6），垂直于拉伸方向V形槽试样应力集中程度最大，其各阶段的m也越大。

图3 厚度方向V形槽试样B屈服阶段及最大载荷段的力-位移曲线及磁记忆检测结果

从磁记忆检测信号特征分析，标准拉伸试样应力集中处虽然磁场法向分量过零点，但切向分量与磁场梯度均无最大值，试验结果与部分文献的试验结论一致[9-10]，但此时磁性指数值已超过mlim，说明在m较低时，应力集中处不一定存在切向分量及磁场梯度的最大值，但随着应力集中程度即m的增加，三者之间的对应关系逐步增强。

图4 垂直于拉伸方向V形槽试样C弹性阶段及缩颈阶段的力－位移曲线及磁记忆检测结果

3 结 语

拉伸试验磁记忆检测结果表明，低应力集中可通过磁场法向分量过零点来判断，此时磁场切向分量无最大值，其对应的磁场梯度也不一定具有最大值，随着应力集中程度提高，磁场法向分量过零点，磁场切向分量和磁场梯度具有最大值，应力集中程度越高，三者位置的重合性越好。

依据ISO2447计算了Q345的磁性指数极限值，拉伸试验结果表明，随着应力集中程度变大，应力集中部位的磁性指数值变大，通过试验测定不同材料的磁性指数极限值，对于现场检测时应力集中程度的判定具有很好的指导意义。

［1］邸新杰，李午申.金属磁记忆在焊接缺陷检测领域的研究现状及发展[J]．焊接技术， 2009， 38（2）：2-4.

［2］杜波夫 阿 阿，考罗考利尼柯夫CM.焊接缺陷的金属磁记忆检测法[J]．焊管， 2008， 31（2）： 44-48.

［3］李济民，张亦良，沈功田.拉伸变形过程中磁记忆效应及微观表征的试验研究[J]．压力容器，2009，26（8）：15-20．

［4］石常亮，董世运.单向静载拉伸下合金钢表面的磁记忆效应[J]．材料保护， 2008， 41（10）： 238-239．

［5］梁志芳，王迎娜.拉伸试验中的金属磁记忆信号总体特征研究[J]．哈尔滨工业大学学报， 2009， 141（5）：10-101.

［6］GB/T 228.1—2010，金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法[S]．

［7］GB/T 229—2007，金属材料夏比摆锤冲击试验方法[S]．

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

［9］张静，周克印.不同应力状态下金属磁记忆检测信号特征[J]．合肥工业大学学报（自然科学版）， 2007， 30（3）：381-383.

［10］董丽虹，徐滨士.拉伸及疲劳载荷对低碳钢磁记忆信号的影响[J]．中国机械工程，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

钱立峰（1973—），男，天津塘沽人，中国石油大学石油工程研究生毕业，高级工程师，主要从事项目管理及工程质量控制研究。

2015-08-16

修改稿收稿日期：2015-10-08

谢淑霞