GBT 47988-2026《钢板残余应力磁各向异性检测方法》

1GB/T47988-2026《钢板残余应力磁各向异性检测方法》本文件规定了钢板残余应力磁各向异性检测方法的检测原理、一般要求、检测系统、基准零应力试样、检测程序、检测结果以及检测报告。本文件适用于铁磁性钢板及其制品(以下简称“钢板”)表面2mm深度内残余应力的检测。带涂层的钢板及其制品参照本文件执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T2900.60电工术语电磁学GB/T2900.94电工术语互感器GB/T9637电工术语磁性材料与元件GB/T12604.6无损检测术语涡流检测GB/T16825.1金属材料静力单轴试验机的检验与校准第1部分：拉力和(或)压力试验机测力系统的检验与校准GB/T16923钢件的正火与退火GB/T20737无损检测通用术语和定义GB/T38811金属材料残余应力声束控制法3术语和定义GB/T2900.60、GB/T2900.94、GB/T9637、GB/T12604.6和GB/T20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件。磁各向异性magneticanisotropy铁磁性材料由应力引起的磁学性能(如磁导率、磁弹性能等)在不同方向上呈现差异的现象。励磁线圈magnetizingcoils提供激励磁场、磁化被测钢板的传感器线圈组件。励磁电流magnetizingcurrent加载于励磁线圈(3.2)、在被测钢板中产生磁场并形成磁通的电流。2检测线圈detectioncoils提取磁各向异性(3.1)输出信号以获取应力状态的线圈组件。磁应力系数magnetic-stresscoefficient表征应力磁各向异性(3.1)检测设备输出电压与被测钢板应力值之间关系的数值。基准零应力试样tress-freereferencespecimen经过应力消除处理后内部残余应力均值小于被测材料屈服强度5.0%的试样。提离lift-off传感器工作面与被测钢板表面之间存在气隙(非零间距)的现象。有效耦合effectivecoupling在一定提离量范围内，传感器与被测钢板之间的磁耦合满足检测信号稳定性与重复性要求的状态。4检测原理励磁线圈通电后产生交变磁场，经励磁磁极耦合至被测钢板，再由检测磁极耦合至检测线圈形成磁路，其磁阻大小与钢板磁导率相关。由于应力存在时钢板具有磁各向异性，利用载流励磁线圈磁化含有残余应力或载荷应力的钢板，通过分析检测线圈提取反映磁各向异性强弱的信号确定钢板中残余应力的大小和方向，检测示意图如图1所示。355标引序号和符号说明：1——被测钢板；2—-励磁磁芯；3-—检测磁芯；4第一主应力方向；E₁、E₂——励磁磁极；D₁、D₂—检测磁极；02-—第二主应力；0—励磁磁极E₁、励磁磁极E₂连线与第一主应力方向的夹角。图1检测示意图5一般要求5.1检测人员应具备相应的无损检测专业知识和实践经验，熟悉磁各向异性检测方法的检测原理、检测设备结构及操作方法，并能进行测点布置、传感器定位、数据采集和结果分析。5.2检测环境温度应为-5℃~35℃,环境相对湿度不应大于75%,检测区周围应无强烈机械振动、无强磁场干扰。5.3待测钢板表面应清洁、无异物，表面粗糙度不应大于12.5μm。5.4采用接触方式检测时，应确保传感器工作面与钢板表面稳定贴合。5.5存在提离时，提离量不应大于3mm,应建立信号-提离关系曲线，对检测结果进行补偿修正。6检测系统6.1系统组成应力磁各向异性检测系统包括检测主机、传感器。检测主机一般由信号发生系统、信号采集系统、信号处理系统、信号输出系统等几部分组成；传感器由励磁线圈和检测线圈组成。检测系统组成见信号输出系统信号发励磁励磁线圈检测线圈信号处理系统标标定曲线信号采集系统标引序号和符号说明：1-—检测主机；3——被测钢板；图2检测系统组成示意图6.2设备校准检测设备应定期校准，相关要求及步骤可参照JJF1161的有关规定执行，校准周期不应超过12个月。7基准零应力试样7.1应采用基准零应力试样对磁应力系数进行标定，基准零应力试样应与被测钢板牌号、状态相同，或具备相同的磁性特征、组织状态及加工工艺。基准零应力试样参考尺寸见图3,按GB/T228.1中规定的矩形横截面比例或非比例进行试样制作。传感器应放置在图3中标定区域。单位为毫米标引序号和符号说明：1——标定区域；图3基准零应力试样示意图57.2基准零应力试样的初始残余应力可采用以下2种方式之一去除：a)按GB/T16923的规定，采用退火方法去除应力；b)按GB/T38811规定，采用高能声束方法去除应力。7.3基准零应力试样数量应不少于2件，当试样状态改变或发生塑性变形时，应更换新的试样重新进行标定。8检测程序8.1应力标定8.1.1标定环境温度应在检测环境温度的±5℃以内，相对湿度应在检测环境相对湿度的10%以内。8.1.2检测前应用基准零应力试样按GB/T228.1进行拉伸试验(标定试验)。当材料处于弹性阶段且磁化工作点位于准线性区时，输出电压(U)与应力(o)应满足公式(1)的关系；若输出电压(U)与应力(σ)不满足公式(1)的关系，应重新进行标定。注：应力(a)由试验机加载力与基准零应力试样横截面积之比计算得出。式中：a——应力，单位为兆帕斯卡(MPa);k——磁应力系数，单位为兆帕斯卡每伏特(MPa/V);b——为零点修正项，单位为兆帕斯卡(MPa)。8.1.3标定采用的试验机准确度等级应至少为0.5级，其性能应符合GB/T16825.1的规定。8.1.4标定过程中加载应力应在材料弹性范围内，加载应力值不应大于材料屈服强度的80%。8.1.5应力加载后，稳定保持时间应大于30s,待磁信号稳定后采集数据。8.2测点布局8.2.1测点位置可按阵列形式排布，测点间隔宜为16.0mm～40.0mm,测点的行数和列数均为奇数；相邻行间测点按等腰三角形布局，且间隔相等。可根据实际情况设计测点进行测量，测点布局示意图见oooo图4测点布局示意图8.2.2可参考图4设计检测区域测点的横向列数以及纵向行数。8.2.3按照测点设计的列数和行数对待测点进行标记，并按照测点0°、45°、90°及135°方向划分米字辅助线；若不满足，则处理至符合要求后进行标记。8.3励磁频率选择8.3.1励磁频率根据电磁参数及检测目标深度确定，应遵循电磁透射深度与被测应力影响层厚度相匹6配的原则，透射深度按照公式(2)计算。δ——透射深度，单位为米(m);f——励磁频率，单位为赫兹(Hz);μ——磁导率，单位为亨利每米(H/m);γ——电导率，单位为西门子每米(S/m)。8.3.2对于铁磁性钢材(磁导率在100H/m～1000H/m内；电导率在10⁶S/m～10⁷S/m内),当励磁频率约为1kHz时，透射深度为0.5mm～2mm,与焊缝或钢板表层残余应力影响层厚度对应。透射深度与目标应力影响层匹配，见公式(3)。δ≈(0.5～2)×teiδ——透射深度，单位为米(m);tef—目标应力影响层厚度，单位为米(m)。8.3.3可根据目标应力影响层厚度反推励磁频率，励磁频率宜在0.5kHz～5kHz范围选取。其中，钢板深层应力检测时，励磁频率可选取0.5kHz～1kHz;常规应力检测时，励磁频率可选取1kHz~2kHz;表层应力精细检测时，励磁频率可选取2kHz～5kHz。8.4应力检测8.4.1应根据8.2确定检测区域、测点数量与位置进行应力检测。8.4.2检测时令励磁磁极E₁和励磁磁极E2的连线为传感器方向。将传感器对准测点，顺时针旋转至输出电压最大，此时的传感器方向即该测点第一主应力(c₁)方向，第二主应力(o₂)方向与之垂直。也可在被测钢板上预设x方向、y方向，根据o₁方向与预设x方向的夹角，对主应力进行分解得到对应方向8.4.3将传感器中心对准测点，保持与被测钢板紧密接触1s以上，读取检测电压。该测点完成后移动至下一测点，依次进行检测，直至所有测点检测完成。检测时，传感器中心偏移误差不应大于1mm。若需重复检测，应先打开退磁开关进行退磁后再进行应力检测。8.4.4根据8.4.3得到的检测电压，通过标定的磁应力系数(k)和零点修正项(b),利用公式(1)计算出被测钢板测点的x方向与y方向应力或主应力大小及方向数据，并根据需要绘制被测钢板应力分布图，完成检测报告。8.4.5检测后对被测钢板进行退磁。在励磁线圈中通入与励磁信号同频率的交流电，并缓慢将电流幅值降为零，重复该过程3次～5次，直至试样表面磁感应强度低于2mT,宏观磁化趋近于零，完成退磁。9检测结果9.1检测结果可以测点处第一主应力(c₁)、第二主应力(o₂)或者应力o、应力o,的大小和方向表示；也可以应力分