45#板材试块金属磁记忆检测技术试验研究

XX大学毕业设计(论文)题 目:45 #板材试块金属磁记忆检测技术实验研究学 院: 测试与光电工程学院 专 业: 测控技术与仪器 姓 名: 学 号: 指导教师: 二 Oxx 年六月45#板材试块金属磁记忆检测技术实验研究摘要：随着科技的进步，无损检测占据着重要的地位。而在新技术不断涌现的今天，磁记忆检测技术依旧是唯一能够检测缺陷萌生前的无损检测方法。在载荷和地磁场的激励下，引起铁磁性内部应力集中区磁畴重新取向，由此这种状态便被铁磁性工件记录保留下来，这就是磁记忆检测的原理。构件的应力集中是引发后期缺陷的主要原因，利用金属磁记忆检测技术，通过对磁记忆法向分量过值零点的位置来判断应力集中部位，从而便能进一步看出应力集中部位的切向分量与法向分量对定量的具体影响。本文的实验研究主要是对 45#钢试件在不同实验力下进行静载拉伸获取法向和切向分量的数据，再用 origin 软件对数据进行处理，同时对实验数据微分绘制李萨如图，这样便可以同时反映二个不同方向分量的特征，利用其封闭区域的大小来判断应力集中的程度，以达到定量分析的目的，这样可以有效减少误差，根据最后的结果再与 ANSYS 软件对实验试样的应力分布进行有限元仿真的结果进行对比。关键词：磁记忆技术 应力集中 李萨如图 定量分析 有限元仿真Experimental Research on Metal Magnetic Memory Test Piece of 45# SheetAbstract: With the advancement of technology, Non-destructive testing occupies play an important position. In the today new technologies are emerging, Metal magnetic memory detection is still the only method to detect the defect eruption of the NDT method. Under the excitation of load and magnetic field caused by the internal stress of ferromagnetic domain reorientation, which the state will be ferromagnetic work piece records retained; this is metal magnetic memory testing principle. Component of the stress concentration is the main causes of post defect, using metal magnetic memory testing technique, through of metal magnetic memory method to component value zero position to judge the location of stress concentration, which can be further shows that the stress concentrated parts of the tangential component and method to the specific impact of component of quantitative.The experimental study of this paper is to obtain the normal and tangential components of the 45# steel specimen under different experimental loads, Then the Origin Software for data processing. At the same time, the experimental data differential draw Lissajous figure, so that we can also reflect the characteristics of two-dimensional direction component, using the closed area size to determine the extent of stress concentration, in order to achieve the purpose of quantitative analysis. Only in this way can reduce the error effectively. According to the final results using ANSYS software to test the stress distribution to carry out the finite element simulation.Keywords: Metal magnetic memory Stress concentration degree Lissajous figure fatigue damage Finite element simulation目 录1 绪论1.1 引言 11.2 课题研究背景及意义 11.3 国内外研究概况及发展趋势 21.4 课题研究内容 32 磁记忆检测理论基础2.1 地磁感应效应 42.2 磁记忆产生机理 42.3 磁场梯度 53 磁记忆二维检测原理3.1 磁记忆二维检测理论基础 63.2 磁偶极子模型 63.3 矢量合成法在磁记忆二维检测中的应用 94 金属磁记忆检测技术实验研究4.1 实验材料及参数 .114.2 试验设备及条件 .114.3 试验实施过程 .134.4 试块有限元的仿真 .145 实验结果及分析5.1 法向磁信号分析 .185.2 切向磁信号分析 .195.3 李萨如图分析 .205.4 实验结论 .255.5 未来展望 .26参考文献 27致 谢 .28145#板材试块金属磁记忆检测技术实验研究1 绪论1.1 引言钢铁是我们生活中最常用的材料，但是这些铁磁性材料虽然有他的好处，但是材料避免不了产生不同的损伤而失效、断裂，这有可能导致很严重的工业事故。根据前几年美国巴特尔研究所调查表明：全世界由于材料的损伤导致的财产损失达1190 亿美元。所以无损检测是很重要的。随着无损检测从业人员素质的提高，无损检测技术目前不仅要求检测人员除了对已出现的危险部位及其分布有一定了解，更要能够在发生危险前对构件进行早期预判。而常规的无损检测只能检测出以及存在的宏观缺陷，对于预判缺陷的产生却无能为力，此时磁记忆检测的出现解决了这个问题。磁记忆检测原理说明了，构件中应力集中区的应力能要不出现那么高，就必须使磁畴组织重新排列取向，这时磁畴组织便会保留下来，并在应力集中区形成和缺陷差不多的漏磁场分布，此时漏磁场信号的切向分量为局部极大值，而法向分量的符号发生了变化，且具有过零点。单独对切向或法向分量特征作为磁记忆检测的依据是不可靠的，且不能对应力集中部位进行定量分析。而采用李萨如图的磁记忆二维检测方法分别作为两个方向上的分量微分作为 X、Y 轴，然后对做出的曲线围成的面积进行分析，从而来判别应力集中的水平，以此作为磁记忆检测的定量分析依据。1.2 课题研究背景及意义各行各业中最常用的金属材料莫过于钢铁等铁磁性金属材料，但铁磁性金属材料作为受力结构件使用时，会承受不同程度的冲击、疲劳等载荷的作用，从而引发损伤和裂纹，甚至导致、断裂、爆炸等严重事故的发生，尤其在航空、航天、机械、铁路、建筑工程等领域中的设备和构件在长时间的工作下容易受到应力集中而发生疲劳损伤，这就是引起安全事故的源头。由此可见，正确、有效的无损检测与评价技术，对设备的正常在不破坏被检测对象的前提下。无损检测技术通过分析反映构件内部缺陷和异常的光、磁、电、热等信号，来判断缺陷是否存在，然后分析其特征，最后评估其危害，并推测其剩余使用寿命和安全性等。常用的无损检测方法有超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。可是这些方法只可以2检测已形成的宏观缺陷和较大的微观缺陷，但对于形成缺陷前的局部应力集中却无法做出有效的检测和评估。大家都知道，构件的损伤是一个从量变到质变的过程，一般的材料起初出现损伤的原因往往正是应力集中。而常规的无损检测方法是无法捕捉这种应力集中，所以找寻新的有效的检测方法是很必要的 1。在不破坏被检测对象的前提下。无损检测技术通过分析反映构件内部缺陷和异常的光、磁、电、热等信号，来判断缺陷是否存在，然后分析其特征，最后评估其危害，并推测其剩余使用寿命和安全性等。常用的无损检测方法有超声波检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测等。可是这些方法只可以检测已形成的宏观缺陷和较大的微观缺陷，但对于形成缺陷前的局部应力集中却无法做出有效的检测和评估。大家都知道，构件的损伤是一个从量变到质变的过程，一般的材料起初出现损伤的原因往往正是应力集中。而常规的无损检测方法是无法捕捉这种应力集中，所以找寻新的有效的检测方法是很必要的 2。大量的研究发现，对铁磁体施加弹性应力后，除了产生弹性应变外，还会产生磁致伸缩应变。在载荷或地磁场作用时，位错渐渐积累并保留下来，自发漏磁信号会发生不可逆的变化，这一现象被称之为金属磁记忆现象。金属磁记忆检测技术不仅能检测构件中已经形成的宏观缺陷，而且能够对铁磁性金属材料的应力集中、早期损伤等进行快速、准确的诊断，可在零件失效之前采取措施，从而避免事故发生。金属磁记忆检测在无损检测技术中是很有发展前景的，为铁磁性材料早期损伤的评估提供了新的研究思路 3。本课题主要对 45#钢 U 型平板缺口试样分别在不同载荷下测量试件表面法向和切向磁记忆二维分量进行静载拉伸试验，测量试件加载前后的表面漏磁场。并引入李萨如图分析法，对二维分量微分后的数据制作的李萨如图进行分析，以此便可以从李萨如图封闭区域面积的大小来判断不同静载和不同位置的 45#钢 U 型平板缺口试样应力集中程度。 4由此得出的研究结论，可能会有助于真正揭开磁记忆产生的机理。1.3 国内外研究概况及发展趋势自从 1997 年，金属磁记忆检测技术由俄罗斯科学家杜波夫提出以后，国内外学术界关注的焦点便是对该技术机理的解释。随着在各国的深入开展，在金属磁记忆方面的研究不断获得进步。国际上，我们看到围绕金属磁记忆开展的国际会议每年都举行，并且国际焊接学会批准并实施了金属磁记忆检测技术的“Round Robin”计划，这个计划正稳步的3进行，而且这对各个国家的影响不小，比如德国无损检测研究所制定了金属磁记忆欧洲研究计划 ENRESC。到目前为止，有关金属磁记忆方面具有确定性结论的文件超过了 80 个。 5作为金属磁记忆检测技术的提出国家，俄罗斯焊接协会制定了设备和结构焊接接头的磁记忆检测标准，并且俄罗斯动力诊断公司生产的金属磁记忆检测仪，广泛应用于全球金属磁记忆检测方面。在国外，很多学者的关注的焦点在应力与磁记忆漏磁场之间的对应关系，为此他们进行了大量的试验研究，研究内容主要包括了拉压、扭转等不同类型的应力对磁化过程、磁滞回线等参数的影响。在力磁关系研究现今主要有基于磁机械效应的模型、基于铁磁材料的磁畴理论和畴壁运动建立等。在工程应用中得到普遍的认同，但仅适用于弹性阶段磁滞回线和磁化强度随应力变化的描述。到目前为止，对金属磁记忆检测技术应力集中的有限元模拟仿真较少。假定塑性变形的分布对二维模型中进行相应的磁学属性研究，来分析磁记忆信号特征及影响其检测结果的因素 6。我国在 20 世纪 90 年代末引进金属磁记忆检测技术。目前，国内众多高校都在开展相关工作，但对于金属磁记忆还存在很多问题，已经有不少的研究。在双侧 U形缺口试件的研究中，磁场分布状况和应力集中的程度之间有很好的对应关系。尹大伟等发现离线检测时，检测效果较好并发现磁记忆信号的法向分量梯度和之前加载的最大应力呈线性关系。任吉林、唐继红等通过对带中心圆孔缺陷的 20#钢平板试件做静载拉伸试验 0，发现磁信号垂直分量过零点不完全表征应力集中位置，且磁场梯度的变化与应力集中程度有关。任吉林、宋凯利用 ANSYS 软件对典型构件进行弹塑性有限元分析通过对加载铁磁构件表面漏磁场的测量 0，验证了应力集中与磁记忆效应之间的规律。黎连修对磁致伸缩和磁记忆问题进行了研究。检测设备的研制是磁记忆检测技术能否大力推广的关键。磁记忆检测也属于漏磁检测的一种，所以对漏磁场进行检测的磁敏传感器是检测设备的核心。现在世面上有很多敏感器件如磁敏电阻、铁磁线圈和霍尔磁敏元件等，这些都可以应用于磁记忆检测设备上。自从俄罗斯的公司推出第一台磁记忆检测传感器后，国内也研制了多种不同的磁记忆传感器。磁记忆检测的漏磁场很微弱，所以测量技术研究是一个重要方面。1.4 课题研究内容a.本课题采用45 #钢 U 型平板缺口试样做静载拉伸试验，分别在不同载荷下测量试件表面法向和切向磁记忆分量；b.利用 origin 软件对测量的值进行数据处理，从而得出试件在拉伸过程中的各个载荷下的二维磁记忆特征曲线及李萨如图大小；4c.根据二维磁记忆特征曲线和李萨如图对试件应力集中状况进行分析定量；d.用 ANSYS 软件进行有限元仿真。2 磁记忆检测理论基础2.1 地磁感应效应大量研究表明，处于负载和地磁场的共同作用下的铁磁性工件，在缺陷和应力集中的区域会出现磁记忆现象和磁化的增长。地球是一个巨大的磁场，近似的地理南极就认为是地磁北极；相反，地理北极就认为是地磁南极。但是实际上，地球的磁极与地理两极并不相和，他们之间存在一定的夹角，如图 2.1(a)所示。任意一点的地磁场测量可以分为水平分量和径向分量，如图 2.1（b）。（a） （b）图 2.1 地磁场地磁场虽然很大，但是强度却很小，所以对于铁磁性工件的漏磁场的检测技术的影响很小。然而对于磁记忆检测，地磁场尽管很小，可是他却起着激励元的作用，所以地磁感应的影响必须引起我们的注意 7。2.2 磁记忆产生机理磁记忆的检测就是利用工件的磁记忆在表面产生漏磁场，法向分量 会改PHy变符号且具有零值点，我们就可以根据零值点和符号的变化位置来判断应力集中的区域的位置。由于材料结构的组织不均匀，同时铁磁体在载荷和微弱的地球磁场的作用下，会产生磁记忆现象，这些不均匀可能来自材料的形状结构、材料加工的应力残留或缺陷的存在。在磁机械效应的作用下产生的磁畴节点是固定的，因此会产生磁极，并且形成退磁场，金属的磁记忆便就是工件表面微弱的漏磁场。而此时若对工件加5载，会使工件产生形变，使位错加大从而应力能变得很高，并形成应力集中区。工件中应力能最大的地方就是应力集中区，为了抵消应力能的增加，工件会自发的增加磁弹性能。从而，地球磁场强度相对于铁磁性工件的内部产生的磁场强度微乎其微。根据金属力学性能理论，动态载荷消除后，由于金属内部存在着多种内耗效应（如粘弹性内耗、位错内耗等），应力集中会残留下来。因此为抵消应力能，磁畴组织的重新定向排列，并在应力集中区形成类似缺陷的漏磁场分布形式而保留下来。2.3 磁场梯度当磁力线通过缺陷的时候，由于工件内部的磁导率远大于空气的磁导率，所以缺陷处的磁力线会产生压缩畸变，最后过多的磁力线容纳不下便在表面形成漏磁场。同样的，对于应力集中区，也会出现相同的情况，所以就可以利用磁记忆检测技术对漏磁场 进行测定，来对缺陷判断。PH在应力集中区，磁畴体积增加，形成磁畴的固定节点，在工件表面形成漏磁场，再通过测磁仪器检测表面漏磁场的大小。经过研究发现，应力集中区的切向分量具有最大值，而法向分量 改变符号，并且有零值点，如图 2.2 所示。PxPHy磁记忆检测就是利用 的过零点的特征来判断应力集中区的位置 8。Py图 2.2 应力集中区的表面漏磁场分布图大多数情况下，在应力集中比较大的区域或者存在缺陷区域，为了评定该区域的缺陷或应力情况可以用磁场梯度值 或 来表示。xKz（2.1）mamin()()iPyPyi jxHlA(2.2) max()yzL式中： -磁场强度极大值；max()PyH-磁场强度极小值；in-评价区域长度。lA6大量实验表明，存在缺陷或应力集中的区域其磁场梯度值 K 就越大。3 磁记忆二维检测原理 3.1 磁记忆二维检测理论基础在铁磁构件的应力集中部位，其磁记忆切向分量 和法向分量 会变PHxPHy化，根据这个特征来分析应力集中区。而远离应力集中区时， 处于平缓变化，P如图 3.1 所示。图 3.1 二维磁记忆检测原理这对我们来分析应力集中区提供了依据，于是我们引入李萨如图分析法。把同时在 X 轴和 Y 轴上作简谐运动的一个质点形成的图形叫李萨如图。李萨如图的制作基于以下的公式：(3.1)111sinxAt(3.2)222y可以看出，当两个相互垂直的振动的频率为任意值，合成运动的轨迹会变得不稳定而且比较复杂。为了得到一个稳定、封闭的曲线图形，这两个振动的频率就必须成简单的整数比，这就是形成封闭的李萨如图和开口的李萨如图的根本区别。由于构件应力集中区以外的磁记忆信号变化平缓，频率为任意值不成整数比，所以李萨如图形成了不封闭的曲线。而应力集中区附近的磁场，由于法向分量的频率近似是切向分量的两倍左右，所以李萨如图曲线会形成一个封闭的曲线图形。由于实际的情况受很多因素的影响，并且把切向和法向分量微分后的函数也是正弦或余弦函数，所以一般都用切向和法向分量微分后的函数制作李萨如图 9。采用二维的李萨如图检测方法时，根据应力集中部位的两种信号的特征，就能比较准确的收集所有有关应力集中区域的信息，对我们检测和分析都是非常的有利。73.2 磁偶极子模型铁磁构件受定向拉应力作用后，应力集中区产生的漏磁场可以用带磁偶极子模型来等效。如图 3.4 所示。图 3.2 带磁偶极子模型示意图假定有一矩形槽，磁荷分布在槽的两壁形成磁极，这便是磁偶极子模型。如图3.2，槽壁上宽度为 的面元在点 P 处产生的磁场强度为：d(3.3)1120msdHr(3.4)22s式中： -磁荷面密度，为一个常数ms21()()rxby22对上式的 x、y 进行微分得到：(3.5)1220222012220()()()()msxsxmsysyxddHbyddbyHx在对给方向的积分累加可得总的磁场分量 、 分别为：xHy8(3.6)001220()()()ln4yyyhhsmHdHxbxbyh(3.7)012120 0()()2xxxhhsmsmdbxbtgtgyyh 根据上式可得磁记忆信号的法向分量和切向分量的分布曲线，如图 3.3 所示：图 3.3 试件表面漏磁场分布对公式（3.8）进行近似化简，式中， ， ，得到：0.1bhmy(3.8)20=smxHtgx对公式（3.10）求反函数得:(3.9)101()tan()xxsmfH把公式（3.11）带入公式（3，9），此时 y 为变量，x 为常量，得出 与xH之间的变化关系：yH(3.10)1221220()()()-)ln4x xsmyfHhbfbHh 根据上式的计算可得到表面漏磁场的二维分布曲线，如图 3.4 所示:9-100 0 100 200 300 400 500-250-200-150-100-50050100150200250 二二二二二二Hp(x)/A/mHp(y)/A/m图 3.4 表面漏磁场的二维信号分布从 3.4 图我们可以看出：应力集中程度的不同显现在李萨如图中的曲线所围成的面积不同。随着载荷的增加，应力集中程度增加，围成的面积也相应增加。由此我们可以利用这个原理来对应力集中定量。3.3 矢量合成法在磁记忆二维检测中的应用3.3.1 切向分量的检查原理要实现磁记忆的二维检测，就必须得到切向和法向的分量。法向分量的磁场是垂直工件的，单一的，容易检测到。切向分量的检测才是关键，可是对切向分量的测量目前还存在一些问题，主要表现在：（1）切向分量 相对于法向分量 非常微弱，更易受到外界环境的PHxPHy干扰；（2）切向分量 的测量值与传感器的放置方向有很大的关系。由于磁场具有矢量特性，所以可以用矢量合成法来对切向分量进行检测 10。3.3.2 切向分量矢量合成法的基本原理矢量运算中常利用两个分矢量首尾连接，合矢量从第一个分矢量的尾指向第二个分矢量的首围成一个三角形即平行四边形法法则。当两个分矢量相互垂直时，分矢量与合矢量围成一个直角三角形；反之，平面内任意一个矢量都可以分解成两个相互垂直的分矢量 11。为了对切向分量进行测量，我们根据图 3.5 进行分析。选择 XOZ 平面为磁场测试平面 0，在该平面中任选一点 A 为测试点，此时可以得到：(3.11)21coscosHHVIKBI10式中： -磁感应强度与霍尔元件平面法线夹角-磁感应强度与水平方向的夹角1-霍尔元件平面法线与水平方向的夹角2由图 4.1 可知， ， , ，则:10x1z2xz(3.12)22222cossinHXZHHVIKBIKBI所以(3.13)222 2HXHZXZVIKI图 3.5 矢量合成法原理示意图114 金属磁记忆检测技术实验研究4.1 实验材料及参数本次实验采用 45#钢作为研究对象，45#钢是常用中碳调质结构钢。该钢冷热加工性能都不错，机械性能较好，具有较高的强度和较好的可加工性。为了消除其他因素对初始磁记忆信号的影响，试验前对试件应进行去应力退火处理。试验试块规格尺寸如图 4.1 所示。图 4.1 45#钢双侧 U 型缺口平板试样图 4.2 45#钢双侧 U 型缺口平板试样实物图124.2 试验设备及条件4.2.1 拉伸机型号为 WDW-E100D 的微型控制电子式万能试验机一台,如图 4.3图 4.3 WDW-E100D 的微型控制电子式万能试验机4.2.2 高斯计美国 Lakeshore 公司 421 型高斯计两台，如图 4.4 所示。一台用于精确测量试样表面切向漏磁场，一台用于精确测量试样表面法向漏磁场。该高斯计具有较高分辨率。图 4.4 421 型高斯计134.2.3 二维磁记忆测量系统本系统由高斯计、计算机、步进电机扫描系统及驱动电路共同组成。利用两个互相垂直的探头检测工件表面的漏磁场。如图 4.5图 4.5 二维磁记忆测量系统4.3 试验实施过程4.3.1 试块的制作对 45#钢轧制件先进行预备热处理，为了提高 45#钢的塑性，再将其进行低温球化退火，对毛胚件按照图 4.1 进行切削加工，最后调质处理提高硬度和其综合性能，于是实物图就如 4.2 所示。4.3.2 试验准备选取 3 个 45#钢 U 型缺口试块，对不同的试件进行编号和划线（注意方向，正面朝上）。离 U 型缺口 2mm 处，用笔划出一条 60mm 的一条直线，以试件 U 型缺口为中心，左右各 25mm，如图 4.1 所示标出测量线 L1、L2、L3，两条线间距为 3mm。4.3.3 试验方法a.连接好二维磁记忆测量系统；b.打开拉伸软件，在菜单“文件”中选择“创建试验方案”，根据试样的尺寸和要求设置好试验方案；c.调节好拉伸机和磁场扫描仪；14d.打开设置数据采集软件，运行程序；e.开始试验，分别在载荷为 0KN、3KN、6KN、9KN、12KN 下进行静载拉伸，沿测量线离线测量试件表面的法向分量和切向分量。4.3.4 数据处理将得到的切向和法向数据处理后输入到 Origin 软件中，得到切向和法向分量的变化数据图，再分别对法向和切向数据进行微分，求出其各自的磁场梯度值，再以二者的梯度值分别作为横、纵坐标，画出李萨如图，用 Origin 软件求出李萨如图围成的面积，并分析实验结果。4.4 试块有限元的仿真根据图 4.1 的试块尺寸用 ANSYS15.0 软件进行有限元仿真，假定试块为平面应力状态，Z 方向上的尺寸相对应 X、Y 上的很小，因此压力可以认为仅作用于 X、Y平面上。本次对试块分别在 3KN、6KN、9KN、12KN 静拉力下进行有限元仿真。4.4.1 建立几何模型再定义为 45#钢材料，以图 4.6 中的中轴线先画出 1/4 的网格（直线 40 格，弧线 15 格），然后再映射，就可以得到图 4.7 的网格模型。图 4.6 几何模型15图 4.7 网格模型4.4.2 应力加载和求解再对网格模型施加不同的载荷，最后我们就可以得到不同载荷下的，如图 4.8（a）3KN 的应变图（b）3KN 的应力图16（c）6KN 的应变图（d）6KN 的应力图（e）9KN 的应变图（f）9KN 的应力图17（g）12KN 的应变图（h）12KN 的应力图图 4.8 45#钢缺口试块的应力应变图4.4.3 仿真实验小结从上图可以明显看出：A.U 形缺口附近的应力集中是最大的，随着离缺口的距离越远，应力集中程度越小。B.随着外加应力的增大，应力集中也变大。185 实验结果及分析实验主要是对 3 块 45#钢进行静载拉伸实验，通过拉伸机对试件进行不同程度的拉伸实验，再通过二维磁记忆测量系统得出 45#钢试件上不同应力下、不同位置磁信号的切向和法向数据，从而得到我们找寻的规律特征。在应力作用下，图 5.1中试件 1，3 号线中央的 U 型口根部应力集中程度要远远大于 2 号线中央处的应力集中程度。所以取 1 号线或 3 号线的数据输入到 Origin 软件进行分析作图是最能够表现出法向和切向分量特征变化的，1 号线中不同测量点的磁记忆信号的对比，就可以反映出应力集中程度对磁记忆信号的影响。由于实验的 1、2 号试块的数据误差比较大，所以本次实验主要是对 3 号试块的 1 号测量线得到的数据进行分析。5.1 法向磁信号分析利用 Origin 软件处理得到的数据结果如图 5.7 所示。（a）1 号路线 (b)2 号路线(c)3 号路线图 5.1 3 号试件 1,2,3 实验测量路线的法向分量通过对图 5.1 分析发现：a.各条测量线磁记忆法向分量 曲线均有过零现象,并且在 U 型缺口两侧PHy19的符号发生改变；b.2 号线上的测量值会比 1、3 号线上测得的小； c.应力增加，表面的测得值相应也变大；d.不施加静载时，初始磁信号很小，变化也比较平缓；施加静载后，磁信号显著增加，出现很好的过零现象；e.拉力过不过屈服点对法向分量 的特征变化不是很大。PHy5.2 切向磁信号分析图 5.2 所示为切向磁信号的处理结果。（a）1 号路线 （b）2 号路线（c）3 号路线图 5.2 3 号试件 1,2,3 实验测量路线的切向分量从上图可以看出：a. 各条测量线磁记忆切向分量 都有个最大值，进一步发现，最大值都出PHx现在 U 型缺口附近；b.切线磁信号相比法向磁信号变化较小；c.外加力比不加力作用，在同样部位的切向分量 峰值显著增大；Px20d.在屈服点切向分量 最大值变化非常大。PHx5.3 李萨如图分析要进行磁记忆二维检测就要求同时分析切向和法向的磁信号，所以引入李萨如图分析法。通过求曲线围成的面积，就能够判断应力集中程度。这时我们把法向分量和切向分量结合在一起进行二维分析，结果如图 5.3 所示 12。（a）1 号路线 （b）2 号路线（c）3 号路线图 5.3 二维分量李萨如图从上图可以看出，这样分析形成的二维检测曲线是不稳定的开口的李萨如图。其实在实际测量中，我们不可能除去所有的外界的干扰因素，这些因素的存在很大的影响了对李萨如图的结果，研究发现如果对切向和法向的磁信号的结果微分的话，我们就可以对他们的导数（即梯度 K)建立李萨如图，如图 5.4 和 5.5 所示，分别为法向和切向磁信号微分后的梯度 K 曲线 13。梯度 K 曲线的计算公式为：(5.1)Hpx式中: -磁记忆信号检测线上相邻两个检测点间的磁信号之差；Hp-相邻两个磁记忆信号检测点之间的距离。x(1)法向分量微分后的梯度 k 曲线。21（a）1 号路线 （b）2 号路线（c）3 号路线图 5.4 3 号试件 1,2,3 线路上不同载荷下的法向分量微分后的梯度 k 曲线(2)切向分量微分后的梯度 k 曲线。（a）1 号路线 （b）2 号路线22（c）3 号路线图 5.5 3 号试件 1,2,3 线路上不同载荷下的切向分量微分后的梯度 k 曲线(3)最后对法向和切向分量分别微分，以 为横坐标， 为纵坐标建立KyKx的李萨如图，如图 5.6 所示。（a）1 号路线 （b）2 号路线（c）3 号路线图 5.6 3 号试件 1,2,3 路线上不同载荷下对二维分量微分的李萨如图23利用 origin 软件对图 5.6 的李萨如图求当量面积，结果如下 14：（1）1 号路线上不同载荷下的结果如图 5.70KN 3KN6KN 9KN12KN图 5.7 1 号路线上不同载荷下 origin 软件所求得的结果由上图看出，1 号路线不同载荷下的当量面积值依次为：0.0000451 、0.0126983 、0.0193627 、2GSm2GSm2GSm0.0192081 、0.0342521（2）2 号路线上不同载荷下的结果如图 5.80KN 3KN246KN 9KN12KN图 5.8 2 号路线上不同载荷下 origin 软件所求得的结果由上图看出，2 号路线不同载荷下的当量面积值依次为：0.0004133 、0.0128077 、0.0154141 、0.0215317GSm2GSm2GSm、0.0251263 2（3）3 号路线上不同载荷下的结果如图 5.9 所示0KN 3KN6KN 9KN2512KN图 5.9 3 号路线上不同载荷下 origin 软件所求得的结果由上图看出，1 号路线不同载荷下的当量面积值依次为：0.0004068 、0.0100815 、0.0214683 、0.02320252GSm2GSm2GSm、0.02746342 2通过得到的当量面积数据值我们能做出图 5.10 的曲线 15。图 5.10 应力与当量面积的关系通过对上图分析发现：a.随着应力的提升，李萨如图的当量面积值也在提升；b.2 号线的当量面积比 1、3 号线小，应力集中程度小；c.应力与当量面积的关系曲线与应力与应变曲线相似，各个阶段都在各曲线中找得到对应的阶段；5.4 实验结论通过对试验结果的处理分析后，可以得到以下结论：26a.应力集中区的漏磁场的切向分量 有最大值，法向分量 在应力PHxPHy集中的两边改变符号，并在集中区处于零值点。b.试件的法向磁场分量和切向磁场分量都随拉力增加而增大。c.应力较小时磁记忆法向分量 过零点与切向分量 峰值出现位置与PyPx理论位置有偏差，但随着应力的加大，渐渐向理论位置靠拢。d.单靠法向分量或切线分量显现的应力集中位置有一定的偏差不是很准确，但随着应力的加大二者指示的位置相靠拢。e.加大应力后，对两个方向上的磁场分量微分就会形成稳定并且封闭的李萨如图，随着应力的增加李萨如图曲线围成的面积增大，所以这个时候就可以利用李萨如图曲线围成的面积来对应力集中区进行定量。5.5 未来展望（1）磁记忆检测还没得到所有无损检测人员的认可，主要由于基础的理论研究还不完善。由于磁记忆涉及的学科内容广，所以对基础理论的研究是当前的首要任务。（2）要做到像其他常规无损检测方法一样准确定位、定量还有很大的困难。外界因素对磁记忆的影响，如地磁场对磁记忆的影响到底有多大，还不清楚。这是要发展磁记忆检测所以解决的一大问题。（3）应力集中区的损伤程度和磁场强度之间的关系是阻碍磁记忆推广的麻烦，检测标准的建立迫在眉睫。（4）磁记忆的影响因素多，而且还不能确定影响的程度，所以发展多通道、多参量诊断技术，能避免这个问题，例如本文中所利用提取的切向、法向分量，对其微分制作李萨如图的分析方法，为磁记忆检测提供了很好的研究手段。（5）工欲善其事 必先利其器。完善提高磁记忆检测仪器使其在测量精度、测量速度、设备的体积重量、记忆成本和自动化程度等方面进一步提高。