專利名稱：利用金屬磁記憶檢測信號(hào)診斷管道焊接裂紋的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用金屬磁記憶檢測信號(hào)診斷管道焊接裂紋的方法，屬于無損檢測技術(shù)中的金屬磁記憶檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
焊接裂紋是最為危險(xiǎn)的一種焊接缺陷，對(duì)焊接裂紋進(jìn)行檢測一直是無損檢測領(lǐng)域所必須關(guān)注的問題。目前，常用的無損檢測方法如超聲波檢測和射線檢測都能夠檢測出已經(jīng)存在的宏觀裂紋，但是對(duì)于微觀裂紋卻顯得無能為力。一般情況下，焊接裂紋產(chǎn)生的根源在于應(yīng)力集中的作用，在應(yīng)力集中的誘導(dǎo)下，裂紋尖端首先發(fā)射位錯(cuò)，形成無位錯(cuò)區(qū)，然后納米尺寸的微裂紋在無位錯(cuò)區(qū)或已經(jīng)鈍化的原裂紋頂端形核，因此對(duì)未擴(kuò)展之前的微裂紋進(jìn)行檢測對(duì)于防止結(jié)構(gòu)和設(shè)備的突發(fā)性破壞具有重要的意義。
金屬磁記憶檢測技術(shù)的基本原理是利用鐵磁構(gòu)件的磁記憶效應(yīng)來檢測構(gòu)件內(nèi)部的缺陷，金屬磁記憶效應(yīng)是指鐵磁性材料在承載情況下，其應(yīng)力和變形集中區(qū)域受地磁場激勵(lì)發(fā)生的具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向，從而在該區(qū)域產(chǎn)生的自有漏磁場。利用金屬磁記憶檢測儀可以檢測到這個(gè)自有漏磁場法向分量信號(hào)。金屬磁記憶檢測集成了無損檢測、斷裂力學(xué)、金相學(xué)等相關(guān)學(xué)科的潛在能力，它以局部應(yīng)力集中區(qū)自有漏磁場的法向分量為檢測參數(shù)，漏磁場的檢測步長精度可以達(dá)到1mm，因此，利用金屬磁記憶檢測信號(hào)可以確定工件上應(yīng)力集中的位置，這是與其它常規(guī)檢測方法相比磁記憶方法最突出的優(yōu)點(diǎn)。但是由于磁記憶檢測方法尚無法將裂紋處的應(yīng)力集中和一般應(yīng)力集中區(qū)別開，因此該方法目前只能為裂紋的檢測提供一種定性的參考，這從很大程度上限制了這種檢測方法的推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用金屬磁記憶檢測信號(hào)診斷管道焊接裂紋的方法，該方法不僅能準(zhǔn)確確定工件上應(yīng)力集中的位置，而且能將裂紋處的應(yīng)力集中和一般應(yīng)力集中區(qū)別開，并能準(zhǔn)確的診斷出工件上存在的裂紋，具有操作簡便、診斷靈敏度高的特點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。首先采用金屬磁記憶檢測儀對(duì)管道焊接裂紋進(jìn)行檢測，可以得到金屬磁記憶信號(hào)。所述的金屬磁記憶檢測儀包括磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器、長度傳感器、以及濾波、放大電路組成。根據(jù)檢測得到的金屬磁記憶信號(hào)診斷焊接裂紋的方法，其特征包括以下過程1、依據(jù)小波變換理論，應(yīng)用小波變換公式(1)對(duì)金屬磁記憶檢測儀檢測到的磁記憶信號(hào)進(jìn)行分解，將信號(hào)分解為細(xì)節(jié)部分和大尺度逼近部分。在小波變換過程中選用的母小波為Morlet小波，其定義由公式(2)給出。
式中Wf(a，b)為小波變換系數(shù)，β為控制Morlet小波的空間分解和頻率分解的參數(shù)，a，b分別表示小波的尺度因子和平移因子。
2、依據(jù)傅里葉變換理論，應(yīng)用離散傅里葉變換公式(3)對(duì)經(jīng)過小波變換后的金屬磁記憶信號(hào)的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行離散傅里葉變換，并按照公式(4)進(jìn)行取模運(yùn)算，這樣就可以得到距離起始測量位置L的在窗函數(shù)寬度內(nèi)的磁記憶信號(hào)的模。
DFT[f(n)]=Σn=0N-1f(n)e-iπnkN(k=0,1,2,······,N-1)----(3)]]>式中f(n)為金屬磁記憶信號(hào)采樣點(diǎn)的漏磁場強(qiáng)度檢測值，N為采樣總數(shù)。
A(n)＝abs(DFT(f(n))W(L-n)(4)式中abs為取模函數(shù)，W(x)為窗函數(shù)，即W(x)=1,-l2≤x≤l2,0,0]]>其中l(wèi)為窗寬，其大小可以根據(jù)檢測精度的要求確定。
3、取步驟2的結(jié)果的最大值，并設(shè)其為K，即
K＝max(A(n))(5)其中max為取最大值函數(shù)，根據(jù)金屬磁記憶檢測的原理，K值是被測工件內(nèi)部應(yīng)力水平的一種度量。
4、確定判定尺度K0。K0是一個(gè)與材料的抗拉強(qiáng)度σb有關(guān)的常數(shù)，試驗(yàn)研究表明，它們之間存在如下關(guān)系K0＝kσb(6)其中k是與鐵磁材料相關(guān)的常數(shù)，其取值范圍為k＝0.095～0.110。
5、裂紋判別若K≥K0，則該檢測段的應(yīng)力集中處有焊接裂紋；若K＜K0則判定該檢測段沒有焊接裂紋。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠區(qū)分焊接裂紋引起的應(yīng)力集中與一般應(yīng)力集中，并在預(yù)定精度范圍內(nèi)給焊接裂紋定位，可以快速的對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測，判斷其焊接的質(zhì)量，便于實(shí)現(xiàn)在線檢測。


圖1為本發(fā)明所采用金屬磁記憶檢測儀的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明采用的運(yùn)算流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中利用TSC-1M-4型金屬磁記憶檢測儀測得的金屬磁記憶曲線；具體實(shí)施方式
利用TSC-1M-4型金屬磁記憶檢測儀對(duì)材質(zhì)為X70管線鋼的焊接接頭進(jìn)行檢測，鋼管的幾何尺寸為Φ1016×21mm，檢測結(jié)果如圖3所示。由于焊接裂紋都具有一定的長度，本實(shí)例中設(shè)定檢測裂紋位置精度為±15mm，即窗函數(shù)的寬度為30，這樣就可以確定在30mm的檢測范圍內(nèi)是否有焊接裂紋存在。因?yàn)镵0和被測材料的抗拉強(qiáng)度有關(guān)，對(duì)于X70管線鋼，其抗拉強(qiáng)度為σb＝656MPa，所以K0的取值在63.32～72.16之間。將測得的磁記憶信號(hào)進(jìn)行步驟1～4的處理后，在距起測位置137mm和241mm兩個(gè)部位，其K值分別為95.15和87.47，均滿足K≥K0的判定條件，可判定在距起測位置137mm和241mm的兩個(gè)窗體部位存在裂紋。為了確認(rèn)該位置確實(shí)存在焊接裂紋，后經(jīng)使用CTS-26A型超聲波探傷儀進(jìn)行超聲波檢測，分別在該位置發(fā)現(xiàn)長度為3mm和7mm的焊接裂紋，在其它部位沒有發(fā)現(xiàn)任何裂紋缺陷。由實(shí)施例可以看出，采用本發(fā)明對(duì)管道進(jìn)行無損檢測，其檢測結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。
權(quán)利要求
1.一種利用金屬磁記憶檢測信號(hào)診斷管道焊接裂紋的方法，該方法采用金屬磁記憶檢測儀對(duì)管道焊接裂紋進(jìn)行檢測，可以得到金屬磁記憶信號(hào)，所述的金屬磁記憶檢測儀包括磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器、長度傳感器、以及濾波、放大電路組成，根據(jù)檢測得到的金屬磁記憶信號(hào)診斷管道焊接裂紋，其特征包括以下過程1)依據(jù)小波變換理論，應(yīng)用小波變換公式(1)對(duì)金屬磁記憶檢測儀檢測到的磁記憶信號(hào)進(jìn)行分解，將信號(hào)分解為細(xì)節(jié)部分和大尺度逼近部分，在小波變換過程中選用的母小波為Morlet小波，其定義由公式(2)給出， 式中Wf(a，b)為小波變換系數(shù)，β為控制Morlet小波的空間分解和頻率分解的參數(shù)，a，b分別表示小波的尺度因子和平移因子；2)依據(jù)傅里葉變換理論，應(yīng)用離散傅里葉變換公式(3)對(duì)經(jīng)過小波變換后的金屬磁記憶信號(hào)的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行離散傅里葉變換，并按照公式(4)進(jìn)行取模運(yùn)算，這樣就可以得到距離起始測量位置L的在窗函數(shù)寬度內(nèi)的磁記憶信號(hào)的模，DFT[f(n)]=Σn=0N-1f(n)e-iπnkN(k=0,1,2,······,N-1)---(3)]]>式中f(n)為金屬磁記憶信號(hào)采樣點(diǎn)的漏磁場強(qiáng)度檢測值，N為采樣總數(shù)，A(n)＝abs(DFT(f(n)))W(L-n) (4)式中abs為取模函數(shù)，W(x)為窗函數(shù)，即W(x)=1,-l2≤x≤l2,0,0]]>其中l(wèi)為窗寬，其大小可以根據(jù)檢測精度的要求確定；3)取步驟2)的結(jié)果的最大值，并設(shè)其為K，即K＝max(A(n)) (5)其中max為取最大值函數(shù)，根據(jù)金屬磁記憶檢測的原理，K值是被測工件內(nèi)部應(yīng)力水平的一種度量；4)確定判定尺度K0，K0是一個(gè)與材料的抗拉強(qiáng)度σb有關(guān)的常數(shù)，試驗(yàn)研究表明，它們之間存在如下關(guān)系K0＝kσb(6)其中k是與鐵磁材料相關(guān)的常數(shù)，其取值范圍為k＝0.095～0.110；5)裂紋判別若K≥K0，則該檢測段的應(yīng)力集中處有焊接裂紋；若K＜K0則判定該檢測段沒有焊接裂紋。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用金屬磁記憶檢測信號(hào)診斷管道焊接裂紋的方法，屬于無損檢測技術(shù)中的金屬磁記憶檢測領(lǐng)域。該方法過程包括依據(jù)小波變換理論，采用Morlet小波函數(shù)對(duì)金屬磁記憶檢測儀檢測到的磁記憶信號(hào)進(jìn)行分析，將磁記憶信號(hào)分解為細(xì)節(jié)部分和大尺度逼近部分；依據(jù)傅里葉變換理論，應(yīng)用離散傅里葉變換公式對(duì)經(jīng)過小波變換后的金屬磁記憶信號(hào)的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行離散傅里葉變換，并對(duì)變換幅值進(jìn)行取模運(yùn)算，得到K值；設(shè)定判定尺度為K
文檔編號(hào)G06F19/00GK1793895SQ20051012219
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者李午申, 白世武, 邸新杰, 嚴(yán)春妍, 劉方明 申請(qǐng)人:天津大學(xué)