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【记忆效应】无损探伤技术“零”的突破:金属磁记忆效应微型磁量子探伤(3)

国家的长治久安依赖于社会各领域的安全和秩序。各生产、服务单位的安全运行至关重要。但是媒体上经常可以看到各种安全事故造成生命财产损失的报道。原因是桥梁倒塌、房屋倒塌、列车脱轨、电梯事故、煤矿事故等安全事故大多是钢结构的疲劳损坏、缺陷没有及时发现和处理。

经常检测钢结构的疲劳损伤和缺陷是很重要的。长期以来,探伤仪利用肉眼观察、触摸配探伤仪、电、光学探伤仪、磁学探伤仪,即现代物理学、化学、地球物理学原理,逐步实现科学化、精密探伤仪。但是,我国高端无损探伤技术和设备依赖进口的局面长期没有改变。目前,发达国家还对我国进行技术封锁。自主开发,生产新型高精度无损探伤机是非常必要和紧迫的。

TS401

传统无损检测技术原理及缺陷

由于缺乏检查手段,钢丝绳断裂事故很难预防。一旦发生断线事故,就会造成人员伤亡和设备损坏,造成重大损失。

2010年8月,某塔式起重机司机正在工作,突然悬挂的东西和挂钩一起坠落,塔机升降钢丝绳突然断裂。这是因为钢丝绳在很多地方都有大浪和Z形的扭曲,一根钢丝绳有笼形的扭曲,外层有5根以上的钢丝绳断裂。

2012年7月,在浙江某地进行吊装工作时,一辆起重机的钢丝绳突然断裂,切割的横梁从支架上脱落,钢管支架倒塌,造成1人死亡,3人受伤的重大事故。

2016年7月,一家硫酸厂原料仓库驾驶操作人员使用正常材料时,在抓举时发现升降钢丝绳断裂,其余三根同时断裂。原因是钢丝绳的力量不均匀,疲劳而损坏。

分析了以上钢丝绳安全事故的原因,发现不能利用传统无损探伤技术和设备来保证钢丝绳设备的安全。传统的无损探伤技术包括x光、伽马射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色)等。各自都有自己的缺陷,很难确保钢丝绳操作的安全。

X射线探伤和伽马射线探伤原理是利用X射线、伽马射线或其他高能射线穿透金属材料,射线检测工作表面光滑,严重依赖检查人员的经验,只能区分缺陷的种类,不能直观地表示缺陷形态。而且,辐射会严重威胁运营者的健康。

超声波探伤原理是,均匀材料中缺陷的存在会导致材料的不连续性,从而导致声学阻抗的不一致。根据反射定理,超声波在两种不同声音阻抗的介质交叉界面上形成反射,反射波的能量大小与交叉界面两侧介质声音阻抗的差异和交叉界面的方向、大小有关。超声波不能检测应力集中部位,如果其他缺陷的大小小于波长,超声波就不能绕过缺陷反射。

磁粉探伤原理是利用工件缺陷的漏磁场和磁粉的相互作用。在铁磁性材料产品缺陷中,磁导率与正常部位的磁导率存在差异。磁化后,这些材料的不连续磁场会发生扭曲,磁通泄漏时工件表面会出现泄漏磁场,从而使磁粉吸附形成缺陷的磁粉积累——磁粉标记在适当的光照条件下可以显示缺陷位置和形状。磁粉检测需要磁化,操作程序太复杂。

涡流检测利用电磁感应原理,利用磁线圈在导电元件内产生涡流电流,通过感应线圈测量涡流电流的变化量,得到元件缺陷的信息。涡流检查要检查线圈刺激。

渗透探伤是利用摩西现象检查材料表面缺陷的无损检测方法,包括渗透、清洁、成像和检测四个基本步骤,但不适用于结构松散的粉末冶金零件和其他多孔材料探伤。

金属磁记忆无损检测的原理和优点

磁探测可以从空中到地面,再到水下,全范围、全天候进行。金属磁记忆检测是一种新的磁检测技术,是一种利用金属磁记忆效应检测零件应力集中部位的快速无损检测方法,具有被动自主性的特点。

金属磁记忆效应是指铁磁性物质在加工和运行时,在应力和变形集中区域会发生磁畴组织方向和不可逆的重定向。金属元件表面的这种磁状态“记住”微观缺陷或应力集中的位置,即磁记忆效应。

磁异常检测理论认为,当磁感应传感器位置与铁磁大象之间的距离大于3倍目标几何尺寸时,可以将铁磁目标简化为磁偶极子模型。磁场的总强度B大小可以根据以下公式计算:

地磁环境中的铁磁构件受到外部载荷后,相应部位会出现磁球的固定节点,形成磁极,形成退磁场,形成金属表面漏的磁场。此漏磁场强度的相切分量Hpx具有最大值,垂直分量Hpy改变符号并具有零值。这种自我状态的不可逆转的变化在工作量消除后仍然存在。

基于金属磁记忆效应的基本原理制作的测试仪器通过记录垂直于金属元件表面的磁场强度元件的特定方向分布,可以诊断铁磁性金属元件内部的应力集中区域,即微观缺陷和早期失效、损伤等。防止突发性疲劳损伤是无损检测领域的一种新的检测手段。

金属磁记忆法和x射线、伽马射线、超声波、磁粉、涡流、穿透(荧光)

、着色) 等方法相比较,具有这些优点:不需要专门的磁化装置;不需要对表面进行清洁处理;不需要采用耦合技术;可快速、准确检测出应力集中的部位;既可检测现有缺陷,亦可根据内应力变化预测未来可能发生的缺陷。

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国创智能无损探伤技术设备取得国产化实质性突破

面对国家科技自强需求和生产生活安全需求发展形势,国创智能加大微磁基础传感器及其相关技术设备研发生产力度,助力国家科技发展进步和民生领域安全保障。值得一提的是,国创智能已经取得实质性突破,实现金属磁记忆探伤技术设备国产化。

国创智能GC-TS系列探伤设备基于金属磁记忆探伤原理,采用超高灵敏度GMI磁传感器检测钢丝绳、悬索/斜拉索、钢管、钢棒、钢轨因疲劳产生的裂纹、因磨损产生的断丝、因氧化产生的锈蚀和因形变产生的内应力变化,其精度高(1nT)、速度快(10m/s)、体积小(20mm*10mm*5mm)、重量轻(10g)、功耗低,(200mW),完全被动式测量,不会破坏损伤的漏磁特征,对Φ16mm(619)规格钢丝绳可精确识别1根断丝,其诸多优点必将取代采用励磁、使用霍尔元件的探伤仪,以及一些采用图像识别技术和射线测量方法的探伤产品,其在提升、吊装、牵引、输送、系泊设备方面应用极其广泛,市场巨大。

国创智能在钢丝绳无损探伤领域已经研发生产了一系列产品。其中GC-TS401钢丝绳探伤仪,主要用于钢丝绳、输送带、桥梁悬索、光缆和电缆铠装层的生产过程中的检验,以及使用过程中的实时在线安全监测和定期检查。其内部集成了自主知识产权的GMI四通道超高灵敏度磁传感器,实现消噪、磁异信息特征量提取、识别和判断等系列软件算法,可防水、防尘、防爆、抗振动冲击,同时具备CAN、RS485、WIFI三种通信接口,便于组网,特别适合矿山、港口、码头大型提升设备、企事业单位和住宅小区电梯、货梯、起重机。

其中GC-TS411起重设备钢丝绳探伤仪,主要用于设备钢缆的生产过程中的检验,以及使用过程中的实时在线安全监测和定期检查。国创智能进一步研发了主要用于6mm 钢丝绳、20mm 钢丝绳、100mm 钢丝绳,以及35mm 和42.5mm矿用钢丝绳的探伤设备。

国创智能作为一家集科研、生产于一体的高技术企业,从事微磁基础传感器自主研发及生产,不断进行科技创新,致力于微磁基础传感器及相关技术设备国产化。国创智能高精度微磁基础传感器是一种基于微磁量子巨磁阻抗效应和具有轴向采集原理工作的传感器,可用于包括金属无损探伤在内,及地磁定位导航、地震前兆监测、航道管理、应力监测、生物医疗、水下搜救等数十个行业领域。国创智能微磁基础传感器产业化成果助力经济社会发展,其影响日益广泛。

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