焊缝应力集中的磁记忆信号特征研究

论文摘要

压力容器的焊缝在工作中常承受着高温、高压、腐蚀、疲劳等影响,工作条件非常复杂、苛刻,又由于焊接位置往往是高应力集中区并常存在着焊接缺陷,因此很容易发生焊接失效。所以焊接设备安全可靠的运行、防治事故的发生,是涉及国家财产及人民安全的重要问题,具有重大的经济价值和社会效益。磁记忆检测技术作为一门新兴的无损检测方法,不仅能够检测出材料塑性变形及宏观裂纹,还能有效评价焊缝的应力集中及微观缺陷,因而在焊缝的质量评定方面有广阔的应用前景。本文通过焊缝的磁记忆检测试验,分别从梯度、极值、差值、零值、过零点次数等多方面、多角度,对拉、压两种载荷状态、未焊透和固体加渣两种缺陷类型、静拉伸与拉-拉疲劳载荷、应力腐蚀与腐蚀疲劳下焊缝的磁记忆信号特征做了对比分析。通过本文的研究,分析了拉、压载荷状态对应的不同磁记忆信号特征,并且把磁记忆技术与焊缝典型缺陷类型检测评定结合起来,得出了未焊透磁记忆信号波宽的变化比较大,而固体夹渣用磁记忆信号梯度来表征更为敏感。通过对比固体加渣和未焊透两种缺陷试件受载荷下的磁记忆信号变化规律,研究了磁记忆特征信号在焊缝缺陷种类确定和缺陷严重程度评价上的可行性与有效性,使磁记忆技术在对焊缝的质量评价上扩展到了缺陷定型、定量的领域。同时本文总结了静拉伸与拉-拉疲劳载荷下磁记忆信号的变化规律,以及应力腐蚀和腐蚀疲劳下磁记忆信号的不同表征,结果发现,静载荷下磁记忆信号随载荷增加斜率逐渐变大,并在弹性阶段内较屈服阶段内变化明显;疲劳载荷下,磁记忆信号曲线波动起伏较多;应力腐蚀磁记忆信号常出现两种曲线形貌交替变化的特征变化;而腐蚀疲劳下磁记忆信号曲线位置、形貌没有较大波动。通过本文的研究,也为磁记忆技术在工程实际中对各种破坏形式的判据提供了数据基础与实验基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题的背景、目的及研究意义
• 1.3 传统无损检测方法
• 1.4 磁记忆无损检测技术
• 1.4.1 磁记忆技术的提出及其与传统无损检测技术的对比
• 1.4.2 磁记忆技术应用的研究现状
• 1.4.3 磁记忆检测仪器及软件的研究现状
• 1.4.4 磁记忆技术在焊缝检测中研究现状、存在问题、发展方向
• 1.5 论文研究的内容
• 第二章 焊缝应力集中的磁记忆检测机理
• 2.1 引言
• 2.2 焊缝的应力场与磁场
• 2.2.1 焊接残余应力的产生和分布
• 2.2.2 焊接残余应力的影响
• 2.2.3 焊缝的磁偶极子模型
• 2.3 铁磁性物质的磁化原理
• 2.3.1 自发磁化与技术磁化
• 2.3.2 磁致伸缩和磁弹性效应
• 2.4 磁记忆检测机理
• 2.4.1 磁记忆现象及原理
• 2.4.2 应力与磁记忆信号的关系
• 2.5 检测方式对磁记忆信号的影响
• 2.5.1 磁记忆信号的影响因素
• 2.5.2 试件放置方向与检测方向对MMM 信号的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 拉、压不同静载级别下焊缝的磁记忆信号特征
• 3.1 引言
• 3.2 焊接缺陷及成因
• 3.3 试验方案及检测结果
• 3.3.1 实验材料和仪器
• 3.3.2 焊接缺陷的制备
• 3.3.3 磁记忆检测方法
• 3.3.4 实验结果
• 3.4 拉、压不同载荷下焊缝正反面MMM 信号研究
• 3.4.1 拉伸载荷下焊缝正反面磁记忆信号对比分析
• 3.4.2 压缩载荷下焊缝正、反面比较
• 3.4.3 拉、压载荷MMM 信号对比及力学原理分析
• 3.5 未焊透和固体夹渣MMM 对比分析
• 3.5.1 焊缝未焊透磁记忆信号特征研究
• 3.5.2 固体加渣缺陷磁记忆信号特征分析
• 3.5.3 未焊透和固体夹渣磁记忆信号特征比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 疲劳载荷下焊缝的磁记忆信号特征
• 4.1 引言
• 4.2 疲劳累积损伤概述
• 4.2.1 疲劳破坏过程及特点
• 4.2.2 应力对疲劳强度的影响
• 4.2.3 疲劳累积的磁记忆检测
• 4.3 实验方案
• 4.3.1 实验材料和仪器
• 4.3.2 实验目的和实验过程
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 静拉伸载荷下磁记忆信号检测结果
• 4.4.2 拉-拉疲劳载荷下磁记忆信号检测结果
• 4.4.3 静拉伸及拉-拉疲劳载荷下磁记忆信号对比分析
• 4.4.4 高、低两种应力水平疲劳载荷下磁记忆信号对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 应力腐蚀与腐蚀疲劳下焊缝的磁记忆信号特征
• 5.1 引言
• 5.2 应力腐蚀及腐蚀疲劳
• 5.2.1 应力腐蚀及其特点
• 5.2.2 应力腐蚀机理
• 5.2.3 腐蚀疲劳及其特征
• 5.3 实验方案
• 5.3.1 实验材料和实验设备
• 5.3.2 实验过程和实验目的
• 5.4 实验结果及分析
• 5.4.1 应力腐蚀磁记忆检测结果
• 5.4.2 腐蚀疲劳磁记忆检测结果
• 5.4.3 无外加载荷与加载两种应力腐蚀磁记忆信号对比分析
• 5.4.4 应力腐蚀与腐蚀疲劳磁记忆信号对比分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 论文摘要