Page 36 - 无损检测2024年第六期
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任 强，等：
基于矫顽力的 12Cr1MoVG 焊接接头应力检测
推导了沿应力方向和垂直于应力方向的矫顽力与应 的磁感应强度不沿原路径减小，且当外部磁场强度
[9]
力的解析式，并进行了试验验证。任尚坤等 研究 为0时，材料的磁感应强度也不为0，此时，可将剩磁
表明铁磁性材料在拉应力作用下，若拉应力小于屈 记作B r ；若继续施加反向磁场使得材料的磁感应强
服强度，其内部应力对矫顽力的影响较小；若拉应力 度为0，那么施加的反向磁场强度即为矫顽力H c ，可
接近或大于屈服强度，矫顽力会急剧增大。宋永生 用来表示着铁磁性材料磁化难易程度；随着反向磁
等 [10] 同样发现相对于弹性应变，矫顽力对塑性应变 场强度的增加，材料达到磁饱和状态；减小反向磁场
更加敏感。IVANOV等 [11] 指出在塑性变形阶段，塑 强度，施加正向磁场，材料再次达到磁饱和状态，从
性变形产生的位错密度是矫顽力增大的主要原因。 而形成磁滞回线。
任旭虎等 [12] 对塑性变形的材料进行拉伸试验，发现
矫顽力值会随着拉应力的增大而增大。杨理践等 [13-14]
发现钢板的磁化强度平行于拉应力方向或垂直于压
应力方向时，磁滞回线的面积会减小，从而使矫顽力
减小；而圆环在受到外力时，矫顽力会随着应力的增
大而增大。李玉坤等 [15] 采用盲孔法与矫顽力法测量
管道环焊缝区域的残余应力发现，两种方法测量得
到的应力分布一致，验证了矫顽力法测量管道环焊
缝区域残余应力的可行性。程凡菊等 [16] 基于单向应
力状态下的矫顽力与应力的关系表达式，推导了双
向应力状态下的矫顽力与应力的关系表达式，并通 图 1 磁化曲线与磁滞回线
过试验验证了其模型的准确性。综上，国内外开展 应力能够对铁磁性材料的磁性参数产生影响。
了很多基于矫顽力的应力检测研究，但研究对象主 在微观上，应力改变了磁畴壁的位置和性质，以及诱
要是单一均料的母材，在应力作用下，焊接接头各区 导磁畴的重新排列。磁畴在无应力情况下呈现杂乱
域的应力-矫顽力关系尚不明确。 的磁矩取向，在宏观上不显示磁性；当施加拉应力
由于焊接接头各区域材料属性不同，在外力作 时，磁矩的方向会发生转变，与拉应力方向一致；当
用下，焊接接头各区域的应力变化规律会与母材大不 施加压应力时，磁矩的方向就会与压应力方向垂直。
相同，那么其矫顽力的变化也会有很大区别，故通过 在理论方面，NOVIKOV等 推导了单轴应力
[8]
矫顽力能够表征各区域应力的变化。笔者通过测量 下矫顽力与应力的解析式，即
平行以及垂直于应力方向的矫顽力，结合力磁耦合理 = H + B A e -βσ + Bk σ
1
论，对比分析了12Cr1MoVG母材、12Cr1MoVG同 cp 1 1 -βσ 11
cv = H - B A e 2 + Bk σ
种钢焊接接头和12Cr1MoVG/P91异种钢焊接接头 2 2 22 （1）
1 = B co - H A 1
在拉应力作用下不同区域矫顽力值的变化规律。 = B + H A
2 co 2
1 矫顽力检测原理 式中： H cp 为平行于应力方向所测得的矫顽力； H cv 为
磁畴是固体材料中磁性行为的微观基础，在没 垂直于应力方向所测得的矫顽力； σ为单轴拉伸所受
有外部磁场的情况下，不同磁畴的磁矩方向是随机 应力； H co 为无应力状态下的矫顽力； A 1 ， A 2 ， B 1 ， B 2
分布的。当外部磁场作用在材料上时，磁畴会重新 为晶体表征常数； β 1 ， β 1 ， k 1 ， k 2 为多晶体中与磁致伸
排列，使大多数磁矩朝向与外部磁场方向一致，即磁 缩常数λ 100 均值成比例的参数。
化过程。磁化曲线与磁滞曲线如图1所示，可见随 因此，可通过测量矫顽力有效地评估材料内部
着外部磁场强度的增加，材料的磁感应强度也随之 的应力状态。
增大，当材料中所有可磁化的原子和磁矩都被完全
2 试验设备及方法
排列在与外部磁场相同的方向时，材料就会达到磁
化饱和状态，进一步增加外部磁场的强度不会再增 试验对象为12Cr1MoVG母材、12Cr1MoVG同
加总磁感应强度，将饱和磁场强度记作H m ，饱和磁 种钢焊接接头和12Cr1MoVG/P91异种钢焊接接头，
感应强度记作B m ；此时，若减小外部磁场强度，材料 试样类型为板材，其厚度为5 mm，拉伸试样尺寸及
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2024 年 第 46 卷 第 6 期
无损检测
