基于应力腐蚀和腐蚀疲劳的焊缝磁记忆信号分析

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1、大庆石油学院学报第36卷第1期2012年2月JOURNAIOFDAQINGPETROIEUMINSTITUTEV0L36No．1Feb．2012基于应力腐蚀和腐蚀疲劳的焊缝磁记忆信号分析邢海燕，黄保富，张丰达，周福天(东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318)摘要：为了研究不同腐蚀条件下的焊缝磁记忆特征信号，对2O号钢板状焊缝试件进行残余应力腐蚀、35kN恒拉伸应力腐蚀和35kN静载、25kN动载拉拉腐蚀疲劳对比实验，分析焊缝正、反面磁记忆信号的变化规律，获得焊缝腐蚀发展进程中应力腐蚀与腐蚀疲劳各自对应的磁记忆

2、特征信号．结果表明：在应力腐蚀状态下，不同拉伸载荷对应的磁记忆信号特征不同，35kN恒拉伸应力腐蚀与残余应力腐蚀相比，焊缝区磁记忆信号峰峰值及其梯度更大，磁记忆曲线分布的分散度更大；35kN静载、25kN动载拉拉腐蚀疲劳与35kN恒拉伸应力腐蚀相比，焊缝区磁记忆曲线上下波动多，过零点次数多，磁记忆曲线分布的分散度小．这为磁记忆技术在焊缝工程检测的定性与定量分析提供基础数据．关键词：磁记忆；应力腐蚀；腐蚀疲劳；残余应力；无损检测中图分类号：TG115．28文献标识码：A文章编号：1000—1891(2012)01—0095—0

3、60引言在焊接过程中加热和冷却阶段温度变化引起材料变形不均匀，使得焊缝及其热影响区存在一定的残余应力．在工作过程中焊缝不可避免地接触空气、水或腐蚀物质，一旦发生腐蚀失效，往往产生严重的后果，尤其在石油石化、航天航空等领域将会造成严重的损失．在工程腐蚀检测中，常用表观检测法、挂片法等研究腐蚀失效后的结果和现象，不能满足早期腐蚀监测的要求，因此通过声、光、磁、电等方法检测腐蚀的无损检测技术越来越受到重视．磁记忆检测技术不仅能测量宏观缺陷，更能确定早期的应力集中区，预报可能发生缺陷与破坏的危险区域．因为在载荷和地磁场的共同作用下，

4、由于力磁效应焊缝应力集中区发生局部磁场畸变，磁场强度切向分量具有最大值，法向分量过零点]，通过对法向分量及其长度方向的梯度的测定，可以准确推断和预报焊缝损伤的存在．该技术无须对被测表面进行特殊打磨清理，因此被广泛应用于石油化工、能源电力、铁路桥梁等领域．有关磁记忆焊缝检测的研究较多，陈克研究磁记忆技术对于焊接组织结构不均匀和焊接缺陷检测的有效性，证明金属磁记忆技术在检测塑性失效和微观缺陷上有着很大潜力．邢海燕对比焊缝未焊透和夹渣缺陷的磁记忆信号特征，分别以相同级别载荷下焊缝X线检测结果作为参照，研究磁记忆特征信号在焊缝缺陷种

5、类确定和缺陷严重程度评价上的可行性与有效性．金信鸿研究钢板焊接接头残余应力的磁记忆检测，通过测量焊缝附近的磁感应强度，分析焊接残余应力与漏磁场分布的对应关系．邸新杰等研究焊接裂纹磁记忆信号特征，分析含有焊接裂纹信息的金属磁记忆信号规律．刘红光等引入磁偶极子模型与磁记忆检测焊接缺陷进行对比，仿真规律与磁记忆信号曲线关系基本吻合]．目前对于焊缝腐蚀条件下的磁记忆检测研究比较少，尤其不同腐蚀类型的磁记忆特征信号对比研究更少，而在工程中应力腐蚀和腐蚀疲劳最为严重并常见，通过残余应力下的应力腐蚀、恒拉伸载荷下的应力腐蚀和拉拉疲劳载荷下

6、的腐蚀疲劳的对比实验，研究不同腐蚀类型和腐蚀条件下的磁记忆信号规律和特征，为磁记忆技术在焊缝工程检测上的定性与定量分析提供基础数据．收稿日期：2011—1O一28；编辑：任志平基金项目：国家自然科学基金项目(11072056)；黑龙江省教育厅普通高等学校青年学术骨干支持计划(1155G02)；国家大学生创新实验计划项目(101022019)作者简介：邢海燕(1971一)，女，博士后，副教授，主要从事材料损伤与断裂评估方面的研究．·95·大庆石油学院学报第36卷2012年1应力腐蚀和腐蚀疲劳实验1．1材料和设备采用尺寸为300

7、mm×70mrn×6mm、中间带有预制焊缝的板状试件，试件母材为20号钢，焊条型号为J422，采用手工钨极氩弧焊形式焊接工艺，平板沿焊1：3处对齐成“V”形坡口，电弧电压为18v、焊接电流为110A、氩气流量为8L／rain，焊接时间为5～8rain／件．实验药品包括质量分数为10氯化铵水溶液、去离子水、丙酮；其他材料有量杯、砂纸、脱脂棉、纱布、塑料膜、橡胶手套、pH试纸．腐蚀方式选用缠裹法：首先用砂纸将试件的表面打磨光滑；然后用去离子水、丙酮，将试件擦洗干净、晾干；用氯化铵配置成pH值约为5．5、质量分数为10的氯化铵水溶

8、液作为腐蚀介质．2O号钢和J422的化学成分及力学性能见表1和表2．表l20号钢和J422的化学成分实验磁记忆信号测试设备采用俄罗斯动力诊表220号钢和J422的力学性能断公司生产的TSC—lM一4型金属磁记忆检测仪，加载设备为QBG一300疲劳试验机．磁记忆测量方向见网1，试件检测区域尺