CSTM-无损检测 磁声发射检测编制说明

《无损检测磁声发射检测总则》团体标准编制说明一、工作简况1.任务来源本标准经中国材料与试验团体标准委员会（以下简称：CSTM标准委员会）无损检测技术及设备领域委员会审查，CSTM标准委员会批准《无损检测磁声发射检测总则》立项，标准项目归口管理委员会为CSTM/FC94无损检测技术及设备领域委员会，标准计划编号为CSTMLX940000421-2020，由中国特种设备检测研究院牵头承担《无损检测磁声发射检测总则》团体标准的制定工作。2.标准制定的背景和目的磁声发射是指磁性材料在交变磁场作用下由于磁畴结构变化而产生声发射的现象。由于磁声发射信号对材料的应力和微观组织结构状态非常敏感，磁声发射技术在应力检测、热处理质量评价、材料劣化、疲劳和蠕变损伤程度检测和评估方面展现出极大的应用前景。但是目前对于磁声发射检测方法仅有少量相关的应力监测、热脆性评价等的专利，国内外均未形成相关标准；磁声发射受励磁条件、装置的影响，不利于数据库的形成和建立，难以评价数据的可靠性。因此，建立磁声发射检测标准，规范磁声发射检测方法对于推动磁声发射检测技术的推广和应用具有重要意义。3.工作主要过程按照中国材料与试验团体标准委员会标准制修订程序的要求，《无损检测磁声发射检测总则》团体标准的编制完成了以下工作：（1）起草阶段：CSTM/FC94无损检测技术及设备领域委员会成立之后，积极开展各项标准制定工作，为保证后续标准的规范性，针对《无损检测磁声发射检测总则》组建成立了标准起草工作组，确定了标准编写原则和分工，提出标准编制进度安排。2020.06-2020.07相关标准资料收集2020.07-2020.09本标准文件的编写2020.10-2020.11本标准中方法的验证与修改2020.11.2020.12本标准专家评审与修订（2）征求意见阶段：在中国特种设备检测研究院承担的自然科学基金项目：《铁磁性金属材料疲劳状态磁性无损检测方法研究》（编号：51377173）、“NQI”重点研发计划《铁磁性金属材料早期损伤的磁声发射检测关键技术研究与仪器研制》（编号：2016YFF0203003）等科研项目研究成果的基础上，形成了标准的征求意见稿。北京声华科技有限公司主要负责仪器开发。与多家应用单位交流了相关技术的应用要求，合作单位提供了大量的数据和使用要求。4.主要参加单位及工作组成员主要参加单位包括：中国特种设备检测研究院,北京声华兴业科技有限公司工作组成员包括：沈功田,沈永娜,刘时风,张君娇,郑阳,苑一琳,张文君二、标准化对象简要情况及制修订标准的原则1.标准化对象简要情况本标准为旨在规范本领域内各标准的制修订和发布。2.制修订标准的原则（1）制修订标准的依据或理由依据中国材料与试验团体标准制修订管理细则、中关村材料试验联盟团体标准管理办法（试行）制定本标准，规范本领域内各标准的制修订和发布。（2）制修订标准的原则本标准编制遵循经济社会发展需求原则、技术先进和经济合理原则、适应贸易全球化需求原则、维护公众利益原则、协商一致原则、广泛参与和公开透明原则。本标准在结构编写和内容编排等方面依据GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》进行编写。三、采用国际标准和国外先进标准的情况目前，对于磁声发射检测技术，国内外均为形成相关标准。四、标准主要内容本标准主要包括：范围，规范性引用文件，术语，方法概要，安全要求，人员要求，通用检测工艺规程，检测设备和器材，检测程序，检测结果的评价和处理，检测记录与报告。本标准的全部内容，经过起查人审查而协商一致。五、主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济效果等1主要试验（或验证）结果的分析、综述报告和技术论证 本标准所使用的方法，经国家自然科学基金项目《铁磁性金属材料疲劳状态磁性无损检测方法研究》和“NQI”重点研发计划《铁磁性金属材料早期损伤的磁声发射检测关键技术研究与仪器研制》等科研项的众多实验和现场应用，其有效性的倒了验证。 静载拉伸过程中典型铁磁性金属材料如Q235钢、Q345钢、40钢和45CrNiMoA钢等各材料的MAE信号的变化规律如图1和2所示。随着应力的增大，MAE各参数逐渐下降。弹性阶段，MAE均方根电压的变化比较明显；塑形阶段，各参数最开始几乎保持不变，甚至有略微的增加，而后迅速减小。图120Hz时，Q235钢，MAE均方根电压随应力的变化图220Hz时，Q345钢、40钢和45CrNiMo钢的MAE均方根电压随应力的变化对于Q235钢、Q345钢、40钢和40CrNiMo钢，分别采用最大应力350MPa、420MPa、360MPa以及860MPa，应力比0.1的正弦加载曲线研究其疲劳过程中的MAE信号变化规律，所得结果如图3所示。随着循环周期的增加，MAE信号强度整体呈逐渐下降的趋势，该规律可为材料疲劳损伤状态的检测和监测提供指导。图3励磁频率20Hz的正弦波激励时，Q235钢、Q345钢、40钢和40CrNiMo钢的MAE幅度随疲劳周期的变化 为了提高MAE信号的信噪比，实现MAE信号的在线测量，对于Q235钢采用方波进行励磁。所得MAE信号如图4所示，MAE信号由梭形或者双峰包络转变为“T”形包络，信噪比大幅提高。随着循环周期的增加，MAE信号的变化可分为三个阶段，如图5所示。第一阶段在0-5000次期间，MAE信号并非单调变化，而呈现一定的波动；第二阶段在5000-20000次期间，MAE信号单调下降；第三阶段在20000次至失效，当最高激励电压为40V时，MAE开始单调增大。根据各阶段所占的疲劳寿命，初步断定这三个阶段分别对应于疲劳的三个阶段，其中20000次左右MAE变化的拐点可能与疲劳裂纹由第I阶段扩展至第II阶段有关。为此，分别对出现拐点之前、出现拐点、以及出现拐点之后并循环一定周次的试样沿轴向剖开进行微观组织结构观察，结果如图6和图7所示。对于出现拐点之前的试样，其剖面未观测到微裂纹；对于出现拐点的试样，剖面则出现1条微小裂纹；对于出现拐点且继续循环一定周次的试样，其剖面出现显著裂纹，且裂纹两侧附近出现更小的裂纹。由此可以推断，磁声发射信号的拐点预示着疲劳第II阶段裂纹开始扩展。图4方波激励时，典型的MAE信号图5励磁频率20Hz的方波激励时，MAE幅度随疲劳周期的变化：(a)1#试样；(b)2#试样(b)(a)(b)(a)(c)(c)图6出现拐点前(a)，出现拐点时（b）以及出现拐点后且循环一定周次后（c），Q235钢典型的金相图7出现拐点后且循环一定周次后，Q235钢典型的SEM图2预期的经济效果 本标准制定后，可为市场提供一种磁性材料的磁声发射检测方法，该检测方法可用于应力检测、热处理质量评价、材料劣化、疲劳和蠕变损伤程度检测和评估,为铁磁性金属材料应力状态、早期损伤的检测提供一种快捷、可靠的无损检测方法，进一步保障了构件的安全运行，对构件的寿命的延长也具有重要意义，产生的社会、经济效益不可估量。六、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系本标准符合我国目前法律、法规的规定。七、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据该标准的编制过程中，无重大分歧意见。八、标准