基于磁力效应法的无损检测系统开发与测试研究

摘要

由于铁磁材料综合性能良好，成本较低，已被广泛应用于油气输送管道、储罐压力容器等多种在役设备。这些装置需要长时间在高温、高压的恶劣环境里工作，长期的服役容易造成构件内部的腐蚀、疲劳或应力变形等，若已经失效却未能察觉，就可能会造成巨大的经济损失，甚至灾难性后果。因此，需要对铁磁材料的早期损伤进行检测。本论文基于磁力效应技术进行了铁磁材料早期损伤检测系统的开发与测试研究。
　　首先，本文从微观角度解释铁磁材料的磁畴和磁化机理，分析材料在磁化过程中的磁畴变化，研究材料相应磁性参数的意义，为构件的失效分析奠定理论基础，并以此为依据进行装置整体方案的设计和工作原理介绍。
　　其次，基于磁力效应技术，对铁磁材料无损检测系统进行开发。该系统包括硬件检测系统与上位机程序系统。其中，硬件系统主要包括激励电流源电路设计、退磁电路设计和磁传感器的设计三大部分;上位机的软件测试系统包括信号采集模块、数据处理模块、数据库访问模块、生成报表模块和参数显示模块的设计。
　　最后，用自主研发的检测系统测试构件受拉应力时的磁滞回线及磁特性参数，结合应力对磁化过程的影响机理，分析矫顽力、剩磁、磁滞损耗等参数的变化规律，结果显示本装置能够灵敏的检测出材料内部的应力变化。此外，通过测量试样在氢腐蚀作用前后的磁特性参数变化，发现材料氢腐蚀后磁滞回线变宽，矫顽力发生突变，说明其力学性能已发生变化，从而实现了铁磁材料早期损伤的预判。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 铁磁材料早期损伤检测研究现状

1．2．1 金属磁记忆法

1．2．2 巴克豪森效应法

1．2．3 漏磁检测法

1．2．4 磁力效应法

1．3 存在的问题

1．4 课题主要研究内容

第2章 基于磁力效应法的检测系统设计的理论基础

2．1 引言

2．2 铁磁材料的磁化机理

2．2．1 磁畴和磁化的微观分析

2．2．2 铁磁材料的磁化过程分析

2．3 铁磁材料的磁滞特性

2．4 基于磁力效应法的无损检测系统方案设计

2．5 本章小结

第3章 基于磁力效应法的检测系统硬件开发

3．1 引言

3．2 磁传感器的设计

3．2．1 探头形状和材料的选择

3．2．2 线圈设计

3．3 激励电流源电路的设计

3．3．1 激励电流源设计原理

3．3．2 激励电流源电路设计

3．4 消磁电路设计

3．4．1 消磁电路设计原理

3．4．2 集成消磁装置的实验验证

3．5 本章小结

第4章 基于LabVIEW的上位机系统程序开发

4．1 引言

4．2 LabVIEW及系统功能简介

4．3 上位机程序设计的理论基础

4．4 上位机程序设计的关键技术

4．4．1 采集系统设计

4．4．2 数据库访问技术

4．4．3 生成报表技术

4．5 信号处理技术

4．6 本章小结

5．1 引言

5．2 材料磁特性参数对拉应力的响应

5．2．1 材料与实验过程

5．2．2 应力对磁化的影响

5．2．3 实验结果分析

5．3 材料受氢腐蚀的损伤测试

5．３．1 氢腐蚀机理研究

5．3．2 实验装置与材料准备

5．3．3 实验结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士期间取得的科研成果及奖励

致谢