T∕CSTM 00210-2020 无损检测 磁巴克豪森噪声检测

无损检测磁巴克豪森噪声检测Non-destructivetesting—MagneticBarkhausennois 12规范性引用文件 13术语和定义 14方法概要 35安全要求 46人员要求 47检测工艺规程 48检测设备和器材 59检测程序 910检测结果的评价与处理 11检测记录与报告 附录A(资料性附录)磁巴克豪森噪声检测应用 附录B(资料性附录)典型标定方法 附录C(资料性附录)本标准起草单位和起草人 1本部分参照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本标准的某些内容有可能涉及专利。本标准的发布机构不应承担识别这些专利的责任。本标准由中国材料与试验团体标准委员会无损检测技术及设备领域委员会(CSTM/FC94)提出。本标准由中国材料与试验团体标准委员会无损检测技术及设备领域委员会(CSTM/FC94)归口。2无损检测磁巴克豪森噪声检测件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T12604.5无损检测术语磁粉检测GB/T34357无损检测术语漏磁检测3铁磁性材料磁化时，置于材料表面上方用于接收磁巴克豪森噪声信号的传感器。激励磁场，用于磁化铁磁性材料所施加的外界磁场。均方根值Root-Mean-Squarevalue(RMS)磁巴克豪森噪声信号特征参数之一，对磁巴克豪森噪声信号取均方根值。磁巴克豪森噪声信号特征参数之一，为磁巴克豪森噪声信号幅值最大值。磁巴克豪森噪声信号特征参数之一，为得到噪声信号幅值最大值的时间。磁巴克豪森噪声信号特征参数之一，为得到噪声信号幅值最大值所需的励磁电流或电压。振铃数jumpcount磁巴克豪森噪声信号特征参数之一，噪声信号中高于某一幅值门槛的跳跃数量。磁巴克豪森噪声包络magneticBarkhausennoiseenvelope磁巴克豪森噪声信号的特征参数之一，为一系列脉冲信号的包络曲线。磁巴克豪森噪声能量magneticBarkhausennoiseenergy磁巴克豪森噪声信号的特征参数之一，磁巴克豪森噪声波包所具有的能量。4铁磁性材料内部相邻磁畴之间的过渡区域。布洛赫壁Blochwall铁磁性材料内部相邻磁畴方向呈180°时其之间的畴壁。铁磁性材料被磁化时，畴壁的不可逆位移时出现的跳跃现象。畴壁运动domainwallmotion铁磁性材料被磁化时，畴壁向着磁化方向移动。铁磁性材料被磁化时，磁畴磁矩方向朝着磁化场转动。磁性物质的磁性随方向改变的现象，主要表现为弱磁体的磁化率及铁磁体的磁化曲线随磁化方向不同而变化。由轭状电磁铁组成，通常由C字型或Ⅱ字型的实体或叠层的软磁性材料上绕以电流线圈组成，软磁材料一般为锰锌铁氧体、硅钢片以及铁芯等磁导率较大的材料。U型磁轭U-shapedmagne一种U型形状的电磁轭，通常用于将磁场聚集于材料表层从而实现对表层的技术磁化。磁化频率magnetizingfrequ施加激励磁场的频率，用于控制交变磁场磁化材料的周期。施加激励磁场的幅值，用于控制交变磁场使铁磁性材料达到磁化程度。54.1.1在居里温度以下，当铁磁性材料处于交变磁场中，材料内部的磁畴将发生平移和翻转等磁场强度H磁场强度H电压U电压U磁感应强度B磁场强度H(a)磁滞回线4.2.3磁巴克豪森噪声主要是不可逆畴壁位移的结果。应力、材料状态、材料力学性能、材料6磁巴克豪森噪声方法的检测应用见附录A。d)检测时仪器的检测参数，包括激励频率、励磁强度、激励波形；5.1本章没有列出进行检测时所有的安全要求7m)编制(级别)、审核(级别)和批准人；U型磁轭磁巴克豪森噪传感器8用于控制整个仪器的各模块的工作，对磁巴克豪森噪声信号进行信号处理及98.5.1.1校准试块用于对检测系统进行校准和复核。形试块100mm×100mm,或长边尺寸大于磁巴克豪森噪声感器磁轭触头边缘大于20mm,试块短边边缘距传感器磁轭触头边缘大于20mm。8.5.1.3校准试件机加工后热处理前上下平面粗糙度Ra不大于0.1。8.5.1.4校准试块应材质均匀，无内应力。一般需经过完全退火处理，满足表1退火要求。≤100℃/小时保温时间随炉冷却出炉后处理8.5.2.1标定试块用于建立磁巴克豪森噪声特征与检测物理量的对应关系，8.5.2.1标定试块的形状与预处理视具体被测物理量而定。宜根据检测目标设计合理8.6.2.1检测系统(探头、导线、仪器及辅助装置)每次实施检测前都要进行校准，以保证检测结果b)被检构件运行记录资料：运行参数、工作环境、载荷变化情况以及运行中出现的d)确认操作工况，包括操作空间、作业环境、是否易燃易爆。易燃易爆场合作业需采用具有防爆e)确认检测对象状况，如温度、表面状况等。被检构件表面应无影响检测b)采用接触或者固定提离的非接触检b)弧形表面、不规则表面可根据磁化方向与角度需求选择线接触式磁极传感器或点接触式磁极传9.1.5操作指导书或工艺卡的编制对于每个检测工程或每类被检构件，应根据使用的仪器和现场实际情况，按照通用检测工艺规程来编制操作指导书或工艺卡，确定检测要求。检测部位应避免内部或外部附件的影响，同时对每个被检构件进行测绘，画出被检构件结构示意图。9.2仪器调试仪器调试方法：a)将仪器设置恢复为默认设置；b)根据趋肤效应公式确定激励频率，所选激励频率应使趋肤深度小于0.8倍被测部位厚度；c)调整激励电压，使磁巴克豪森噪声信号处于较好水平；d)观察接收信号频谱，观察是否存在强干扰频段信号。若干扰信号频段处于传感器频段范围内，更换其他工作频段的传感器；反之，设置滤波器截止频率，滤掉干扰信号；e)保存仪器参数，在实验室标定和实际现场检测时须使用此设置及传感器和仪器。9.3标定和检测标定的目的是建立被检物理量与磁巴克豪森噪声的关系，标定数据可为标定曲线或筛选曲线。标定数据视具体被检物理量而定。如采用磁巴克豪森噪声测量应力，标定时可在实验室通过拉伸机将试件拉伸和压缩至不同应力下，测量磁巴克豪森噪声均方根值，建立起拉压应力-均方根曲线。再如测量齿轮磨削烧伤时，可通过其他方法事先区分和获取大量烧伤/未烧伤部件，通过测量这些烧伤/未烧伤部件的磁巴克豪森噪声信号的不同，建立区分烧伤/未烧伤的信号阈值，检测时通过此阈值判断部件是否烧伤。标定的操作步骤：a)标定前须对仪器进行校准；b)将仪器参数调整至调试后确定的参数；c)记录MBN特征值与目标测量值的对应关系，制作标定曲线；9.4预处理9.4.1被测部位表面要求为：a)工件表面被检位置须露出材料本体，不得有覆盖物：包括铁锈、氧化皮以及防护层；b)被测部位表面须平整，不得有毛刺。9.4.2被测部位表面处理方法，覆盖物的清理不得使用角磨机打磨等强力去除材料的方法，需使用无应力去除方法，包括酸洗、溶解等。扫查可以采用手动或自动模式进行。9.5检测9.5.1手动点检测时一般采用接触式检测，测量中将传感器贴合被检测部位并压紧，励磁过程中传感器不应出现振动。9.5.2自动扫查检测一般采用固定提离非接触式检测，测量过程中应保证励磁的一致性。9.5.3获取检测信号并保存记录原始检测信号或磁巴克豪森噪声特征值。10检测结果的评价与处理所有记录的保存应符合有关法规、标准和(或)合同的要求。c)被检工件(设备)规格、几何尺寸、盛装介质及使用年限、材料牌号、公称厚度、涂层厚度、k)用草图、标记或照相描述并定位超出验收标准的结果位置示意图；A.1.1铁磁性材料受到应力作用时小，通过标定建立应力-磁巴克豪森噪声均方根值标定曲线可确定材A.1.2通过测量设备整体或区域内应力可得到材之间的数学模型，实现激光增材制造以及激光强化后铁磁性材料机A.6齿轮烧伤检测齿轮在切削加工过程中，易发生表面烧伤，造成表面局部的微观结构改变和机械性能退化。采用接触或者固定提离非接触检测的方式，对齿面、齿根等部位的磁巴克豪森噪声信号进行拾取并提取多个特征值。建立不同烧伤程度与磁巴克豪森噪声信号特征值之间的数学模型，可实现齿轮表面材料的烧伤程度检测。A.7变压器硅钢片疲劳检测变压器硅钢片的疲劳性能主要受化学成分、加工过程、内在微观结构特征、几何形状、环境温度、加载比和加载频率等因素的影响。在电力电子变压器中，变压器硅钢片作为磁芯的主要构成，受高频、大温差等工作环境影响而产生疲劳，造成其微观磁畴结构和宏观磁特性的变化并影响能量转换效率。变压器硅钢片疲劳过程中位错、钉扎以及内应力对畴璧运动的影响，使得磁巴克豪森噪声特征随着疲劳周期的增加先增加后减小。通过建立电工钢疲劳程度与磁巴克豪森噪声特征及电工钢电磁特性之间的数学模型，可实现对变压器硅钢片。A.8齿轮疲劳检测齿轮疲劳主要包含齿根的弯曲疲劳及齿面接触疲劳。齿轮弯曲疲劳失效是由于齿根部受到的最大振幅脉动或交变弯曲应力超过了材料的弯曲疲劳极限而产生的。齿面接触疲劳是由于齿轮啮合过程中齿面受到周期性变化的应力造成的。通过对比未发生疲劳及即将疲劳失效齿轮的磁巴克豪噪声信号均方根值及峰值的区别，可实现对运行过程中的齿轮疲劳的安全预警。A.9钢轨与轮对表面疲劳与脆化检测在高速铁路、普速铁路、重载和城市轨道交通线路的运营中，轮对和钢轨的材料退化损伤一直是造成重大安全隐患的主要因素。在轮轨表面产生明显疲劳损伤之前，由于轮轨接触、运行载荷、刹车运动等因素作用，会造成轮对和钢轨的表面材料微观结构变化，形成马氏体并使得材料表面硬度增大和脆化，机械性能下降。磁巴克豪森噪声多个特征值都可以表征钢轨与轮对表面微观结构的变化。采用接触或者固定提离非接触检测的方式，对钢轨及轮对的接触面进行磁巴克豪森噪声信号拾取，并对不同的表面疲劳程度的样例进行比对或与非承载受力部位进行对比，如钢轨不承载车轮载荷的一侧，实现轮轨表面疲劳和脆化的程度检测。A.10齿轮硬化层检测齿轮在加工过程中需要进渗碳等热处理，以达到对表面进行强化的目的。由于热处理的结果，包括表面的硬度、含碳量、残余马氏体和奥氏体含量、晶粒大小、渗碳层深度等都和材料的微观结构有直接关系，使得磁巴克豪森噪声多个特征值都可以表征其微观结构的变化。采用接触或者固定提离非接触检测方式，对热处理后的齿轮表面磁巴克豪森噪声信号进行拾取，并提取多个特征值。采用抽样的金相分析、理化试验等方法，对热处理后的齿轮硬度、含碳量、残余马氏体和奥氏体含量、晶粒大小、渗碳层深度进行检测，并采用多元回归、神经网络等算法建立起磁巴克豪森噪声多特征值与上述参数之间的数学模型，可实现齿轮硬化层的无损评价。A.11核电设备铁磁性材料辐照脆化检测核电设备中的铁磁性材料，会在辐照作用下发生脆化，即高能粒子和金属的点阵原子发生碰撞造成金属内部产生点缺陷，产生晶体中位错的运动，造成金属发生硬化和脆化，表现为韧脆性转变温度升高、屈服强度增大和断裂韧性值降低等。采用接触或者固定提离非接触检测的方式，对核电设备压力容器结构表面进行磁巴克豪森噪声信号的拾取，并对不同辐照程度的样例进行比对，可以得到辐照脆化程度与磁巴克豪森噪声特征值之间的数学模型，实现核电设备铁磁性材料辐照脆化程度检测。附录B(资料性附录)典型标定方法B.1应力测量标定方法B.1.1实验室条件下，采用材料拉伸实验对应力测量进行标定。通过拉伸机对标定试块在弹性应力范围内加载不同应力，准确获取沿拉伸方向磁化时的磁巴克豪森噪声信号，建立起不同应力与磁巴克豪森噪声特征参量的关系曲线。B.1.2标定试块应满足GB/T228中对拉伸试块尺寸的要求。B.1.3标定试块材料、热处理状态、表面质量应与被测部件完全相同。B.1.4材料部件内部常有一定的残余应力，制作的标定试块在标定前应进行残余应力消除，若使用热处理方法消除残余应力可能导致试块内部微观结构改变及表面氧化，使标定试块磁性能和表面状况发生改变导致标定与实际测量误差较大，故可将标定试块在弹性阶段进行多次(≥10次)反复加载-卸载应力至零，以消除残余应力。B.2磨削烧伤标定方法B.2.1磨削烧伤一方面引起部件表面金相组织发生变化，导致表面硬度下降，另一方面，由于部件表面与内部温度的差异引起各层热变形的不同表面形成拉应力，即残余应力。B.2.2一般通过观察磨削部位金相和测量表面硬度判断部件是否发生烧伤。B.2.3磨削烧伤的试块可直接从实际部件中获取，通过金相和表面硬度得到未烧伤试块和已烧伤试块，这两种试块共同组成标定试块，通过测量这两种试块的磁巴克豪森噪声信号，区分试块是否烧伤。B.2.4标定试块要求如下：·考虑磁化时边缘效应，磨削烧伤标定试块检测区域应大于传感器磁轭底面尺寸的1倍；·标定试块需包含并已区分未烧伤试块和已烧伤试块。附录C(资料性附录)本标准起草单位和起草人本标准起草单位：中国特种设备检测研究院、南京航空航天大学、电子科技大学、中北大学、南昌航空大学、钢铁研究总院、北京工业大学、合肥通用机械研究院有限公司、安微华夏高科技开发有限责任公司、南京市锅炉压力容器检验研究、山东科捷工程检测有限公司本标准主要起草人：沈功田、郑阳、谭继东、王平、高斌、周进节、朱雨虹、李翔、宋凯、张宗健、张建卫、何存富、李卫、李寰、业成、梁玉梅、李素军、戚青丽。[1]GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法[3]孙昊，陈娟，祁欣.温度和激励磁场对磁巴克豪森跳跃平均体积的影响[J].无损检[4]王平，杨雅荣，田贵云，姚恩涛，王海涛.基于巴克豪森效应的钢轨表面应力研究[J].无损检[5]H.Barkhausen:ZweimitHilfederneuenVerstärker401-403(1919)(Twophenomena,discoveredwiththehelpofthenewamplifiers)[6]PerkovicO,DahmenKA,SethnaJP,etal.AVALANCHES