Page 104 - 无损检测2023年第三期

金新玖, 等:

基于磁弹效应的管道弯曲应力检测方法

为图4所示阴影范围。 表1 钢板上表面中心位置的阻抗检测结果

应力 / MPa 阻抗 / Ω 阻抗变化率 / % 相角 /( ° )

13.30 2211.01 - 59.99

50.76 2151.73 2.68 59.96

88.60 2050.14 4.72 59.36

126.44 1983.22 3.26 59.97

164.29 1935.36 2.41 60.08

202.13 1899.61 1.85 60.40

200Hz的激励频率对钢板进行磁化, 检测钢板下表
图4 磁弹性应力检测传感器与受力位置示意
面阻抗随应力的变化情况, 结果如表2所示。
如图4所示, 受力区域沿宽度方向位于钢板中
表2 钢板下表面中心位置的阻抗检测结果
线处, 距离d 表示磁弹性探头移动位置后, 探头中
应力 / MPa 阻抗 / Ω 阻抗变化率 / % 相角 /( ° )
心点与钢板中线的距离, 挠度 f 表示钢板中线位置
6.64 2388.02 - 58.77
受外力作用产生的垂直向下位移。
31.24 2288.47 4.17 59.90
4.1 钢板上下表面阻抗分析
56.10 2197.83 3.96 60.62
为进一步分析管道内外壁受力情况的差异, 研
80.95 2127.38 3.21 61.56
究管道弯曲的具体情况, 分别对钢板上下表面中心 105.80 2048.37 3.71 62.47

位置阻抗进行测量与分析。 130.65 2001.82 2.27 63.19
将磁弹性传感器置于钢板上表面, 传感器方
表2数据表明, 钢板下表面阻抗随应力增加持
向与钢板长度方向相同, 置于受力区域上方并处
续下降。将表1 , 2中阻抗与相角随应力的变化情况
在钢板正中心位置。为确保 Q235 钢板处于弹性
绘制成折线图, 结果如见图5所示。

范围, 试验过程中外力F 为0~500N , 加载步长为

100N 。
由于励磁频率与磁化深度呈负相关 [ 7 ] , 为避免
铁磁性材料不完全磁化以及涡流效应的影响 [ 8 ] , 更
好地获 得 阻 抗 与 弯 曲 应 力 间 的 关 系, 试 验 采 用

2mA 的激励电流以及 200Hz的激励频率对钢板

进行磁化, 根据趋肤效应定理 [ 9 ]
2
D = ( 18 )
ξμ 0 μ r f
式中: D 为检测深度; 为材料电导率; 为真空磁 图5 钢板上下表面阻抗与相角随应力的变化曲线
ξ
μ 0
f
导率; 为材料相对磁导率; 为交流激励频率。 图5 ( a ) 表明钢板上下表面阻抗与应力均具有
μ r
在应力增大的过程中 不断增大 [ 10 ] , 检测深 近似线性的关系, 在相同电流强度、 频率、 应力数值
μ r

度相应减小, 初始状态下检测深度小于1.6mm , 当 的情况下, 下表面阻抗测量值高于上表面阻抗测量
应力达到最大值时, 检测深度小于0.6mm , 检测结 值, 阻抗的变化率普遍更高。图5 ( b ) 表明钢板下表

果反映了磁弹性传感器所在位置近表面区域的应力 面相角随应力的增大均匀上升, 变化幅度大于上表
状况。对逐步施加外力的 Q235 钢板进行阻抗测 面测量值的。受趋肤效应影响, 检测回路中磁通多
量, 结果如表1所示。 靠近钢板表面传导, 而切应力在表面附近趋近于零,
表1数据表明, 在外力加载过程中, 钢板上表面 因此引起上下表面阻抗与相角差异的主要因素为正
阻抗始终随应力的增加而下降, 阻抗变化率随应力 应力。图5曲线表明管道在受外力作用向下产生弯
的增加先增大后减小。 曲的过程中, 上半部分外壁比内壁承受更多的弯曲
为研究钢板弯曲过程中下表面应力状态对阻 应力, 更易产生破损。
抗、 相角测量结果的影响, 将磁弹性传感器放置于钢 4.2 检测位置影响分析

板 下表面中心位置, 采用 2mA的激励电流以及 为研究管道弯曲对一定距离范围内管道应力状
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2023年 第45卷 第3期
无损检测