弱磁检测技术在热处理质量评价中的应用.pdf

2010年l0月 第38卷第20期 机床与液压 MACHINE T00L&HYDRAULICS 0ct．2010 Vo1．38 No．20 DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．20．035 弱磁检测技术在热处理质量评价中的应用 张经充，于凤云，胡金平，吴维华，徐东昊 (黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027) 摘要：应用弱磁检测技术，对去应力退火前后焊接试样的磁场强度进行检测和分析。结果表明：在法向磁场强度过零 点处切向磁场强度最大；焊接试样去应力退火后，应力集中程度显著降低。提出采用残余磁场强度标准差变化比来评价热 处理质量。 关键词：焊接；热处理；弱磁检测技术 中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2010)20～104—2 The Application of Weak Magnetic Testing Technology in the Heat Treatment Ouality Evaluation ZAHNG Jingchong，YU Fengyun，HU Jinping，WU Weihua，XU Donghao (Heilongjiang Institute of Science&Technology，Harbin Heilongjiang 1 50027，China) Abstract：Detection and analysis of magnetic field intensity was done with weak magnetic testing technology for the welded speei— men before and'after stress relief annealing．The results show that the tangential magnetic field intensity is maximum at the zero-cross— ing of normal magnetic field intensity．Stress concentration degree of welded specimen decreased significantly after stress relief annea— ling．Based on these works，the parameter of standard deviation variation ratio of residual magnetic field intensity was presented to evaluate heat treatment quality． Keywords：Weld；Heat treatment；Weak magnetic testing technology 金属磁记忆检测技术是俄罗斯学者于20世纪90 年代提出的一种无损检测新技术，其原理是基于铁磁 体的磁弹性效应。与其他磁学无损检测方法的两大根 本区别在于它利用的磁化源是地磁场，而不是人为的 外加磁化场，且该方法能对铁磁性构件的应力集中、 早期失效和早期损伤等进行快速诊断…。湖南省特种 设备检测中心采用磁记忆检测技术研究了某热处理工 艺的去应力效果，证明金属磁记忆检测技术能有效监 测焊缝内部应力分布状况，可对该热处理工艺进行评 价 。为了了解存在应力集中构件的磁记忆信号特 点，有效评价钢件的热处理质量，对焊接构件退火前 后的磁场强度进行了弱磁检测。 1 焊接材料的确定 在锅炉、压力容器等承受高温、高压的焊接结构 中，普通低合金钢的应用最多，作者选用16MnR钢 和12Crl MoV钢两种材料，二者均属工程结构用钢。 焊接件设计成如图1形状，将上述材料分别加工 成半个试样形状后，焊接成需要的试样。采用同种材 料焊接(12CrlMoV 12CrlMoV、16MnR一16MnR)和 异种材料焊接(12CrlMoV·16MnR)两种形式，x型 坡口，焊接后的试样如图1所示。 IlllIIIIIIIIIIllIIIIIIIIIIIlIIIIIII1 0 l0 20 30 40 50 60 70 图1板状焊缝试样 2试验所用检测仪器、设备 拉伸实验机采用CSS一44100电子万能材料实验 机，检测仪器采用SG一4L特斯拉计，它根据霍尔效 应原理并采用了低零漂磁敏传感器。为使特斯拉计的 探头在移动过程中保持与检测面的距离固定不变，特 别设计了一个移动装置，完成测试功能。 3试验结果及分析 (1)焊接件的原始磁场强度 检测范围确定为以焊缝为中心，其左右各35 mlTl 收稿日期：2009—10—19 基金项目：黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项目(1152G033)；黑龙江省教育厅项目(11541305) 作者简介：张经充(1966一)，男，工学硕士，高级工程师。电话：13633620827，E—mail：yufengyun179@sohu．corn。 第20期 张经充等：弱磁检测技术在热处理质量评价中的应用 ·105· 范围内。测点位置的确定如图1所示，测点间距为 2 mm。以12CrlMoV一16MnR为例分析焊接试样的残 余磁场强度分布情况，不同测点的残余磁场强度日 及其梯度dHy／dL如图2所示。可以看出，焊缝及热 影响区产生了明显的磁场畸变，在图2的28～42 mm 内 存在过零点，而相应位置的d ／dL最大，这符 合漏磁检测的原理。金属磁记忆方法是一种特殊形式 的漏磁检测，说明可以用该方法检测焊接结构的残余 应力分布。 ／ 一应力集中区j ’+●●■^▲▲▲J● f‘ 1 l l0 20 ： 。 4( 50 6O 7 厂＼ J_ tH’●+‘ 图2 12Crl MoV一16MnR的残余磁场强度及其梯度 (2)去应力退火后的磁场强度 上述焊接结构经过去应力退火处理后，焊缝应 力集中区域的残余磁场强度会如何变化?焊缝区域 的应力集中现象是否还会存在?不同热处理状态下 焊接结构的残余磁场强度分布情况有何区别?为有 效评价热处理质量，采用残余磁场强度标准差变化 比 ，即热处理前后残余磁场强度标准差的变化量 与热处理前残余磁场强度标准差的比值，如式(1) 所示： ： 生 ×100％ (1)1 ( W 式中： (Hy) 为无热处理状态下的残余磁场强度标 准差(mT)； (Hy) 为热处理后残余磁场强度标准 差(mT)。 采用电加热方式，在箱式电阻炉中对焊接件进行 去应力退火处理。3个焊接试样退火前后的残余磁场 强度如图3所示，表1是试样退火前后残余磁场强度 的变化情况。试样在去应力退火前，在焊缝及其附近 处的残余磁场强度梯度均比其他部位大。变化最大的 是3号试样，从一0．047 mT变化到0．16 mT。去应力 退火后，焊缝处仍然存在应力集中现象，但残余磁场 强度波动范围明显缩小。去应力退火前后的应力集中 程度差别较大，焊接试样去应力退火后应力集中程度 明显降低，消除焊接应力的效果较好，残余磁场强 度、残余磁场强度标准差 ( )急剧减小。这是因 为焊接试样经过去应力退火后不发生相变重结晶，在 缓慢的加热、保温及缓慢的冷却过程中，残余应力通 过塑性变形或蠕变变形而产生松弛，消除了焊接残余 应力，导致了去应力退火后的焊接试样残余磁场强度 梯度明显降低。 0．1 鑫0．08 醴0．06 o 0．02 0 测点位置／ram (a)16MnR一1 6MnR __0．2 曩o．15 骥0．1 05 0 铤0．05 吕 熊 蠼 篷 。 ． 测点位置／ram fb1 12CrlMoV-12Cr!MoV 测点位置／ram (c)1 2Cr1Mo V．16MnR 图3去应力退火前后的残余磁场强度 另外，从残余磁场强度减小的比例来看，去应力 热处理的效果较好。应用 ( )也可评估热处理的 效果，由文献[3—4]计算得到3个焊接件的 (Hy) 如表1所示，再根据式(1)得到 ( )变化比 的 范围在58．84％～72．95％之间，如表2所示。2号试 样和3号试样去应力退火的效果较好，消除了大约 75％的残余应力，而1号件去应力的效果较差。因 此，可以从热处理后残余磁场强度的变化情况对热处 理效果进行有效的评价，若残余磁场强度标准差的变 化比 较大，证明热处理的质量较好；反之，就没 有达到热处理应有的效果。这为金属磁记忆检测方法 增加了一个新的应用领域。 表1 退火前后残余磁场强度变化情况 参数 试样号 1 2 3 残余磁场焊接0．005—0．1—0．051～0．09—0．047～0．16 强度／mT退火0．036～0．077 0．027～0．07 0．033～0．077 残余磁场强度焊接0．0368 1 0．049 6 0．090 24 标准差／mT退火0．015 15 0．015 43 0．024 41 rcr／％ 58．84 68．89 72．95 4结论 铁磁性构件在使用过程中，除了材料本身的结构 和强度外，多数是由于应力集中或残余应力的影响造 成意外事故。因此对焊接残余应力的测量技术进行研 (下转第114页) ·114· 机床与液压 第38卷 零部件的清洗修复以及其他附加过程中，所使用的 维修设备、维修场所都可能成为污染源，由于没有 考虑到维修过程中所造成的环境污染、人体伤害及 资源的合理利用等问题，结果造成大量的资源能源 的浪费和环境污染，甚至是人体伤害，如火灾、高 压液体冲击等。 绿色维修是综合考虑环境影响和资源利用效率的 现代维修模式，其目标是除达到保持和恢复产品的规 定状态这一物理目标外，还应满足可持续发展的目标 要求，即在维修过程及产品维修后直至产品报废处理 这一段时期内，最大程度地使产品保持和恢复原来的 规定状态，又要使维修废弃物和有害排放物最少，即 对环境的负面影响最小，且对人员(维修者和使用 者)的劳动保护性好，还要使资源利用率最高。绿 色维修是可持续发展战略和清洁生产模式在维修业中 的具体体现，是现代维修业的可持续发展模式。 3绿色液压技术的推广 推广绿色液压技术体系主要包括3个途径、4个 目标、2个过程和3项内容。 推广绿色液压技术主要途径有3个：首先是改变 传统观念，加强立法(行业规范化)及对可持续发 展战略、清洁生产模式的宣传，加强从业人员有关节 能环保的法律法规的宣传教育，使人们在思想上认识 到实施绿色液压技术的重要性；其次，进行技术革 新，对设备工艺和技术进行更新和改造，从技术方面 控制污染的产生；再次，加强管理，制定严格的规章 制度，杜绝耗能大、耗材多、污染环境等事件或现象 的发生。 推广绿色液压技术的4个目标是要做到资源能够 综合利用，在液压系统工作整个过程中，能够节省能 源、节省资源、保护环境和避免人员伤害。在绿色液 压技术实施内容中贯彻可持续发展思想，每一部分每 一细节都要考虑到绿色问题，例如设计产品注意节 能，维修过程中注重回收使用及工作环境的绿色性 等。在资源利用方面主要考虑到绿色材料和绿色能源 要求来源丰富、便于利用、便于回收，而且不污染环 境即环保性好。 推广绿色液压技术的两个过程是指设计过程和使 用维护过程。产品是否具有绿色理念关键看设计，在 设计中融入绿色技术，是落实的重要环节；产品使用 过程中会产生浪费和污染，应加强管理，完善管理制 度，推广新的维护，做到清洁生产、降低成本、提高 效益，对环境和人类危害最小，对生产全过程进行科 学的改革和严格的绿色管理，使用过程中排放的污染 最少。 推广绿色液压技术3项内容指新技术研发和使 用、行业规范化和从业人员整体素质提高。没有新的 技术进步就不会有更好的节能环保的绿色技术的新的 进步，加大新技术的研发和对现有设备进行技术改造 都是绿色技术推广的重要内容；在液压行业内外部之 间进行交流，规范技术标准，提高行业整体水平，对 推广新的绿色技术和研发提供有力的支持；打造一支 高素质的从业人员，是绿色液压技术推广落实的根本 保证。 4结语 绿色液压是生产和环境和谐的表现，是技术仓Ⅱ新 的要求，同时能推动液压技术进步。现在已经取得部 分成果，将来必会得到更大的发展。 参考文献： 【1】黄志坚，等．冶金设备液压润滑使用技术[M]．北京：冶 金工业出版社，2006．2． 【2】姜继海．液压传动[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版 社，1999． 【3】成大先．机械设计手册(单行本)液压控制[M]．北京： 化学工业出版社，2004．1． 【4】刘超臣，蒋辉．环境学基础[M]．北京：化学工业出版社， 2003 6． (上接第105页) 究，具有重要的现实意义。无论焊接构件处在原态还 是去应力退火状态，均不影响应力集中区域的判断， 但对磁场强度及其梯度的大小影响显著，去应力退火 状态的磁场分布特征与原态的差别较大。可以用磁记 忆方法判别应力集中区域的位置，估计应力集中的程 度。同时，提出了用磁场强度标准差评价热处理的质 量及有效性，使金属磁记忆检测技术的应用范围更加 广泛。 参考文献： 【1】杜波夫A A．金属磁记忆法诊断管路、设备和结构[M]． 莫斯科：莫斯科出版社，2002． 【2】罗更生，王华明，陈曙光．金属磁记忆检测技术在热处理 工艺评定中的应用[J]．无损检测，2008，30(6)：353— 354，387． f 3】于凤云．不同热处理状态下焊接结构应力集中的金属磁 记忆检测[J]．金属热处理，2007，32(9)：86—89． 【4】于凤云，毛成龙．焊接结构的金属磁记忆检测[J]．黑龙 江科技学院学报，2008，27(10)：126—128．