[发明专利]基于金属磁记忆检测技术的焊接裂纹扩展过程的表征方法

说明书

技术领域

本发明属于带焊缝金属构件磁性无损检测领域，更具体地说，是一种基于金属磁记忆信号及其参量变化特征探测构件内部应力集中，定量表征裂纹扩展过程和构件损伤程度的方法，属于无损检测中金属磁记忆检测领域。

背景技术

铁磁材料因其优良的力学性能和低廉的价格而被广泛应用于工业生产中。疲劳断裂是铁磁构件（特别是焊接构件）最常见的一种破坏形式，据统计60%到80%的疲劳断裂是由于各种微观和宏观的应力集中、损伤累计所导致。焊接是一个非平衡加热冷却的过程，经过焊接的结构会产生残余应力，结构的局部位置造成很大程度的应力集中，在循环载荷条件下运行，就很容易导致疲劳损伤断裂。一般情况下，焊接裂纹产生扩展的根源就是各种微观的应力集中，另外裂纹的发生和扩展与结构件所受的载荷波形类型有很大的关系。通过无损检测的方法提前诊断裂纹的扩展过程，找出潜在的扩展路径，对预防试件疲劳破坏非常重要。

进行疲劳分析，有效的评价应力变形状况，特别是导致损伤的临界应力变形状况便成为评价设备与构件的结构强度与可靠性的一个总要依据。为了及时准确地找出最大机械应力变形区域，俄罗斯学者提出了基于材料力磁耦合效应的金属磁记忆检测方法，是利用地球磁场和应力场共同作用下的铁磁性材料自发磁化特性进行检测，可以探测材料内部应力集中区及其应力集中程度，进而确定缺陷的存在或者构件可能发生稳的危险区域。金属磁记忆检测仪器可以检测到构件表面漏磁场的法相分量，这个漏磁场的法相分量反映了焊接裂纹内部应力集中的程度。裂纹及其附近区域往往是应力集中程度最高的地方，因此可以利用金属磁记忆检测仪器探测到的应力集中来表征裂纹的扩展过程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种能够针对磁信号及其特征参量变化特征，对在不同载荷形式作用下的缺口焊接构件的疲劳损伤程度和裂纹扩展过程进行定量表征的基于金属磁记忆检测技术的低周疲劳损伤定量表征方法。

本发明的技术目的通过下述方案予以实现：

本发明的技术方案是将技术磁记忆检测技术与疲劳载荷的动态应力集中系数以及断裂损伤力学相结合，以磁记忆信号法相分量和其梯度变化情况作为焊接接头连续损伤中的变量，建立一种基于金属磁记忆检测技术的针对缺口焊接构件在不同载荷形式下的低周疲劳损伤定量表征方法，所述的方法主要包括以下步骤：

首先（步骤1），对带缺口焊接试样（如附图1所示，试件长为2a，宽为b）在不同波形的疲劳载荷作用下进行低周疲劳试验。实验前在缺口处预制一条垂直于焊缝的裂纹（长约1mm），可以预测裂纹会沿着垂直于焊缝的方向扩展。疲劳加载过程中，检测不同疲劳循环次数下试件表面热影响区（测量通道1，测量时通过预制裂纹）和焊缝中心线处（测量通道2）的磁记忆信号（自发漏磁场强度的法向分量），即得到了裂纹扩展过程中不同测量通道的磁记忆信号，每次测量的起始线都位于焊缝左侧l处，每次测量的终止线都位于焊缝右侧l处，即以预制裂纹为中心，在左右两侧等距离处分别开始测量和终止。

其次（步骤2），提取不同载荷循环次数下热影响区和焊缝处的磁记忆信号过零点的位置P₁(l)、P₂(l)和焊缝处的磁记忆信号最大值Hp₂(y)_max（如附图2所示），由于处在热影响区的测量通道穿过预制裂纹，疲劳加载过程中磁记忆信号过零点位置P₁(l)保持不变，可以作为参照，依此判断焊缝中心线处的磁记忆信号的过零点位置。

再次（步骤3），因为裂纹尖端的应力集中程度高于其他区域，在最高的应力集中区域，漏磁场法向分量过零点，所以可以根据磁记忆信号的零值点位置来分析裂纹尖端在加载过程中的扩展规律。以第N次疲劳循环时焊缝处的磁记忆信号过零点的位置坐标是P₂(l)_N为变量，建立表征裂纹尖端与固定位置P₁(l)的位移差比表达式，即当|L|≤5%就表明测量通道2的磁记忆信号过零点位置P₂(l)_N与测量通道1的磁记忆信号过零点位置P₁(l)越接近，裂纹沿着垂直焊缝的位置扩展。