金属磁弹磁和记忆检测信号铁磁材料应力检测仪器系统的研讨

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第一章绪论

1.1本课题研究的目的和意义众所周知,目前工业设备及工件的生产制造中对铁磁材料的使用极为广泛,铁磁材料具有良好的弹性、塑性和强度,取之方便。每年铁磁材料的产量比任何其他金属材料的产量都要高,铁磁材料及其零部件强度高、硬度大、耐腐,以其构成的产品具有耐久性、实用性,以其构成的工程项目坚固、持久。由于铁磁材料具有目前所有材,料都不可替代的抗拉、压、抗疲劳、抗弯曲的特性。利用铁磁材料坚固、耐用、抗震的特点,它经常在工程材料中起骨架、支撑作用。在民用及日用工业中,利用铁磁材料的良好的弹性和塑性,把它们加工成汽车外壳、压力容器、板簧、麻花钢筋等等。这些产品具有柔软、强劲、刚硬、坚韧、使用周期长等优点。毫无疑问,铁磁材料不仅目前是而且在将来相当长的一段时间内也必将仍然是最重要、应用最广泛的工程及建筑材料之一。随着现代工业的迅猛发展,越来越多的设备及工件被长期应用到高温、高速、高负载的环境当中,使得设备及构件经常处于满负荷或过负载的工作状态。由铁磁材料构成的机械构件,在加工制作和使用的过程中,由于受外力作用,温度变化等因素的影响,在其内部会产生局部的应力集中或松弛,从而会引起构件局部或全部的塑性扭曲,变形,造成构件整体强度的降低,特别是构件疲劳强度的降低,从而造成事故隐患。在工业生产中,由铁磁材料加工成的零部件及其它产品,人们最关心的是在使役过程中它们的受力状态。在工程技术领域,如建筑物、桥梁、铁塔等,人们关心的是在使役过程中它们的寿命。这是因为,这些产品的工程技术指标不仅仅关系到产品的质量、寿命和价格,而且还关系到人们的生命安全。如铁磁材料构成的压力容器、核容器、炼油蒸汽塔、锅炉等等,它们都是由焊接结构件构成的,当容器内温度、压力达到一定程度时,铁磁材料受力是十分惊人的,应力超过设备的限度,就要发生爆炸,危险事故经常发生。因此,对铁磁材料的各种缺陷,如腐蚀,疲劳,裂纹,弹性变形及塑性变形等的检测引起了广泛的重视。而在铁磁材料结构构件中,应力是一个重要的参数,为了判定在役铁磁材料结构构件的实际受力情况,验证设计计算结果的正确性及可靠度,对结构构件尤其是一些重要的结构构件实施应力检测就有着十分重要的意义。这不仅有助于提高产品的质量,判断产品的使用寿命,而且能及时发现隐情,提前采取有效措施,从而避免重大的灾难性的事故发生。

1.2目前常用的应力检测方法(1)X一射线法传统的X一射线法检测应力,是通过测定具有应力的晶粒、晶格之间的应变来测定应力的大小,无损伤的对材料表面进行定量分析。该方法的缺点是:检测设备昂贵,检测精度不高,多次检测重复性不好,检测深度仅达数微米或几十微米。特别是对大晶粒材料的应力测定,X一射线衍射线变得不连续时,测得的应力值将会有相当大的误差。(2)电阻应变片法应变片法是目前应用相对较普遍的一种应力检测方法。应变片法检测应力是将由基片和电阻丝栅组成的应变片贴在材料的表面,基于材料受力后产生的形变,由应变片的电阻丝栅随材料的相对变化所发生长短变化,来测量材料内部的应力,是连续测量过程。此方法的缺点是:一个应变片只能测量构件表面一个点在某一方向的应变,不能实现全域性的测量。另外由于它是依靠材料的相对形变来测量作用力,若材料未发生形变,或找不到起始的应变应力值,则无法测量应力,特别是残余应力。另外,贴应变片程序繁琐,测量周期长,而且成本不低,故在线及工程检测应用受到限制。(3)超声波法超声波法是通过测量超声波在铁磁材料中力学性能相异方向上的传播速度差异来测定应力。但由于超声波在材料中传播速度很快,因此,在材料受力后,相异方向传播速度差异小。且超声波在材料中的传播速度受材料冶炼处理,各向异性影响较大,因此要达到准确测量服役应力困难较多,目前的研究尚未达到实用阶段。(4)光测法包括光弹法,激光超声干涉发,散斑干涉法。它是利用偏振光通过具有双折射效应的透明受力模型获得干涉条纹图,直接观察模型的全部应力分布,特别是可以观察到应力集中的部位,并可迅速确定应力集中系数。这种方法的缺点是:应力测量周期长,检测成本高,不是在线应用检测发展的方向。(5)机械测量法包括切割法,逐次去层法,环孔法,钻孔法等。这些方法都是破坏或半破坏的检测方法。它们都是利用构件局部破坏,应力重新分布这一古老测量技术,在线检测不方便,己逐渐被其它方法代替。另外,穆斯堡尔效应及中子衍射法等,各有其优缺点,但离工程上测量应力还相差的较远。