钢结构检测技术——金属磁记忆法

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1.        引言
钢结构由于材料组织缺陷、加工制作残余应力、结构不连续性、焊接残余应力等原因，不可避免地存在应力集中，这些应力集中部位在环境和外力的共同作用下容易诱发裂纹、疲劳损伤、应力腐蚀，进而导致构件发生脆性断裂。传统无损检测方法（超声、射线、磁粉、渗透检测等）只能检测构件中已发展成形的缺陷，而对于构件的早期损伤，特别是尚未成形的隐性不连续性变化，难以实施有效的评价。
金属磁记忆法(MMM)是诞生于20世纪90年代的一种新的无损检测技术。该技术对铁磁性金属构件由于变形、疲劳、损伤产生的裂纹等缺陷可进行早期诊断，并且是目前唯一一种能以1mm精度确定构件应力集中区域的方法，因而在建筑、桥梁、航空、航天、铁道、电力、特种设备等领域有及其广阔的应用前景。
2.        金属磁记忆检测技术概述
2.1金属磁记忆法的产生背景
传统的无损检测方法的发展已有上百年的历史，但至今仍存在一些解决不了的问题。例如焊缝中焊接残余应力的大小决定了焊缝的可靠性，但传统无损检测方法不能测出其大小，且无法预测焊缝缺陷的发展。
以Dubov A A教授为代表的俄罗斯学者在1997年第50次国际焊接学术会议上首先提出金属磁记忆检测技术，并立即得到学术届的关注，逐渐发展成为无损检测领域的一门新兴学科。目前，国际焊接学会标准执行的欧洲规划《EN-RESS-应力和变形检测》中，已明确规定金属磁记忆法为切合实用的设备和结构应力变形状态检测方法。
2.2金属磁记忆法的基本原理
在地球磁场存在的条件下，承载的铁磁性金属构件中会产生应力集中，并在应力集中部位出现磁导率减小，构件表面的漏磁场增大的现象，铁磁性金属构件所具有的这一特性称为“磁机械效应”。由于这一增强了的磁场“记忆”着构件的缺陷或应力集中位置，故又称为“磁记忆效应”。
    理论与实践研究证明，铁磁性金属构件缺陷或应力集中区磁场的切向分量Hp(x)具有最大值，法向分量Hp(y)改变符号且具有零值。实践中通过检测法向分量Hp(y)来完成检测。
2.3金属磁记忆法的特点
金属磁记忆法和传统无损检测方法相比，具有下列优点：①是目前唯一一种能以高精度(1mm)检测构件应力集中区域的无损检测方法。②既能检测宏观缺陷又能检测微观缺陷，并实现早期诊断。③无需专门的磁化装置就能对铁磁性构件进行可靠的检测。④不需对被检构件表面涂层进行清理或其他预处理。⑤探头提离效应小（提离20mm以内对检测结果影响不大）。⑥设备轻便，自带电源，有记录装置，操作简单，灵敏度高，重复性和可靠性好。
3.        金属磁记忆检测设备及标准
3.1金属磁记忆检测设备及发展
金属磁记忆检测设备有主机（诊断仪）、探头和辅助设备组成。
3.2金属磁记忆检测的标准现状
目前，俄罗斯、乌克兰、保加利亚、波兰等国已制定了相应的金属磁记忆检测方法和仪器标准。印度和澳大利亚也正大力推广该技术。2003年俄罗斯采用了两个国家标准和一个协会标准，如Гостр52012-2003《无损检测、金属磁记忆方法、名词定义和代表符号》，
Гостр52005-2003《无损检测、金属磁记忆方法、通用规范》，стрнтсо000-04
《设备和结构的焊接，金属磁记忆方法（金属磁记忆检测）》。стрнтсо000-04已由国际焊接研究所建议作为ISO国际标准。近年来，我国也已经开始对这项技术进行研究和应用，但还未出台相应的国家或行业标准。
4.        金属磁记忆法在钢结构检测中的应用
4.1金属磁记忆检测方案
在实际检测过程中，金属磁记忆检测技术的实施可以采用以下方案：
（1）对所有需要探伤的部位采用磁记忆设备快速扫查，对其诊断出的高应力集中部位作为常规无损检测的重点，以确保重要部位不漏检。
（2）对重点工程和重要部位的磁记忆诊断结果，可存档作为定期抽查的参展依据，对在役构件焊缝高应力部位进行磁记忆诊断监控，确定应力是否扩展，可代替常规无损检测或作为一种补充。
4.2焊缝质量的检测
金属磁记忆方法能用漏磁场参数对焊缝质量进行定性和综合评估，用漏磁场梯度和应力集中强度系数来查找焊缝缺陷。
4.2.1检测步骤
（1）仪器校准 先对仪器进行归一化处理，以消除地磁场对检测结果的影响。
（2）扫查检测 将探测器垂直置于焊缝表面，分别沿焊缝金属周边移动，然后再横切焊缝移动，当检测到漏磁场的法向有过零值点，且存在较大的漏磁场梯度时，在该处作好标记。
（3）缺陷复检 用超声、射线、磁粉、渗透等方法对作好标记的焊接接头部位进行复查，记录检测结果。
4.2.2检测结果处理
焊缝质量用漏磁场Hp沿焊缝表面及热影响区的分布特性加以评估。漏磁场短程多次跳变和过零值是我们要查找的应力集中区。