奥氏体304不锈钢磁检测法探头设计及实验研究-开题报告.doc

1、XX大学毕业设计（论文）开题报告题目 奥氏体304不锈钢磁检测 法探头设计及实验研究 专 业 名 称 测控技术与仪器班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日- 7 -一、 选题的依据及意义：在不锈钢中，奥氏体不锈钢是一个重要的品种，其钢种最多、使用量最大：在不锈钢的总产量中，奥氏体不锈钢占到了 70%。奥氏体不锈钢是指含铬大于18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素，在使用状态基体组织为稳定的奥氏体的不锈钢。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，被广泛应用于石油化工、机械制造和核电

2、等行业的重要部位，使用条件比较恶劣。随着承压设备运行参数的提高，奥氏体不锈钢的腐蚀作用而引起的承压设备损伤失效日益成为工业生产中的一个重要问题。因此，在工业生产中，每隔一段时间停产检修奥氏体材质设备存在的各种腐蚀缺陷，以便在发生断裂或泄漏前及时将腐蚀损伤的设备更换下来。此外，人们开展了奥氏体不锈钢为材质的承压设备在腐蚀介质中的腐蚀失效分析研究。通过对失效的奥氏体不锈钢设备的检测，发现了奥氏体不锈钢的腐蚀缺陷主要类型为应力腐蚀：加工不锈钢的残余应力和腐蚀介质的共同作用下，出现的腐蚀开裂现象。结构内部的残余应力会发生不可忽略的变化，一旦发生应力腐蚀开裂，其后果不堪设想。如何在早期发现奥氏体不锈钢压

3、力容器的腐蚀裂纹等缺陷，并延长设备的生命周期，已经是摆在研究人员面前的一项重要的难题。因此，实时有效的检测分析腐蚀情况，特别是容易导致腐蚀的敏感区域，成为评估承压设备安全性、使用寿命的一个重要的依据。虽然奥氏体不锈钢具有弱磁性，但形变后会诱发马氏体相变，马氏体组织具有铁磁性，且其磁性大小与应力应变存在一定的联系，基于此背景,提出了一种在地磁场环境下的磁法检测技术。通过对试样进行人工加载,建立合适、稳定的磁法检测装置的方式进行试验研究，通过对磁传感器采集到的磁场强度进行处理分析。磁法检测的前提是检测出系统的磁场泄漏量，因此探头的设计，即测量磁场泄漏量的传感器设计尤为重要。图1 磁法检测过程图二、

4、 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：国外对漏磁检测技术的研究很早并于1933年首先提出应用磁敏传感器测量漏磁场的思想,但直至1947年Hastings设计了第一套漏磁检测系统,漏磁检测才开始受到普遍的承认。20世纪50年代,西德Forster研制出产品化的漏磁探伤装置。但运用于奥氏体不锈钢的检测还相对较少。其中有Kazumi Aoto14等人提出了一种对奥氏体不锈钢通过测量由机械损伤诱发磁化现象而产生的磁场实现无损评价的方法，通过拉伸或疲劳试验引入机械损伤，然后用磁通门传感器测量磁场，结果表明塑性变形或疲劳损伤是可以通过自然磁化漏磁场的信号识别的。M. Smaga等人研究了室温下单调循环

5、载荷下形变诱发亚稳奥氏体钢中的马氏体相变，实验对机械应力应变，温度和磁场的测量进行了表征，特别要注意的变形诱发马氏体形成对AISI304，AISI32和AISI348不锈钢循环变形行为。Ishigaki7等人发现由奥氏体向马氏体转变时由于摩擦的压力，有可能诱发相变，这反过来又产生本地铁磁化表面，结果表明，有关外部磁场分布的信息被保留在不锈钢试样。近年来,在国内无损检测工作者的共同努力下,目前已有许多的高校和研究单位在这方面取得了可喜的成果,逐步缩小了与国际水平的差距。但是国内尚未有学者将磁法检测缺陷方面的优势引入到弱磁性的奥氏体不锈探伤领域中，有关研究报告和文章很少。国内研究漏磁检测技术的高校

6、有清华大学、华中科技大学、上海交通大学、沈阳工业大学、南昌航空大学等等。其中有针对奥氏体不锈钢管在出厂前可能存在的横、纵裂纹对在役过程中的安全使用存在的巨大威胁,提出了基于地磁场环境下的磁法检测技术，利用阵列式检测装置的方式和二维成像进行试验研究。中国空气动力研究与发展中心的马学荣，左继峰等对奥氏体不锈钢焊接缺陷进行了磁记忆检测。通过对奥氏体不锈钢以及其晶相的研究，磁法检测在检测奥氏体不锈钢上是可行的。目前，国外的爱德森公司已经能够采用多信息融合技术研制成集涡流、漏磁、磁记忆、低频电磁场于一体的便携式检测仪器,该仪器能同时获取多种检测信号,适用于奥氏体不锈钢的检测以及其流动现场在役的检测。三、

7、 研究内容及实验方案：1. 研究内容：由于奥氏体不锈钢是顺磁性材料，其相对磁导率大于空气的相对磁导率，根据磁路中磁阻的作用原理，研究分析磁法检测的工作原理,对特定材料奥氏体304不锈钢的磁法检测的探头设计及实验研究，从而通过实验对比选取合适检测奥氏体不锈钢材料的探头。2. 实验方案：（1）查阅相关文献，了解国内外研究现状，熟悉相关资料；探头有多种类型，设计研究探头设计的几种方案，对探头设计有一个设计思路。随着科技的发展，利用不同技术、不同原理制成的磁传感器越来越多，并且它们都朝着更高的灵敏度、更好的温度性和更小的体积等方向发展。在这些磁传感器中，较为常见的是：霍尔元件传感器和线圈传感器。检测过

8、程中为了能够检测出奥氏体不锈钢表面微小的磁信号变化，在确保周围没有强磁源干扰的情况下，采用磁阻传感器，其通常可以测量10-510 Gauss的磁场，其具有尺寸小、功耗低、灵敏度高、抗干扰能力强等特点，原理如图2。图2 磁阻传感器原理图 （2） 校准试验校准探头，完成其校准曲线。在奥氏体不锈钢试块所能承受应力的范围之内，其中奥氏体不锈钢屈服强度205Mpa，抗拉强度520MPa， 对板材试块进行拉伸或压缩实验。用软件处理分析如表1中实验数据，得到应力与磁场的关系。制作出探头的校准曲线， 根据其应力应变与磁场的关系及规律得到相关评价指标，完成对探头校准。表1 拉伸试验载荷0KN3KN6KN9KN1

9、2KN磁场强度（4）完成对探头的校准之后，利用实验器材和探头的校准曲线，就可以对奥氏体不锈钢板材进行应力检测试验。（5）总结实验研究过程，得出研究成果。四、 目标、主要特色及工作进度 1.目标：完成奥氏体不锈钢磁检测探头的合理设计并通过拉压实验测量磁信号强弱，分析其应变应力与磁场的关系及规律并对探头进行优化改良，从而得到奥氏体不锈钢损伤和应力集中的相关评价指标。2.主要特色：通常对奥氏体不锈钢304这种材料进行无损检测时，采用的是超声检测或射线检测，由于其在常态下是弱磁性，通常不考虑使用磁性法，但本次实验研究就是利用奥氏体不锈钢形变诱发马氏体相变使之具有磁性，再分析其应力应变与磁场的关系及规律

10、，从而得到奥氏体不锈钢损伤和应力集中的相关评价指标。3.工作进度：（1）查阅文献资料，撰写开题报告，外文翻译； 2015.03.092015.04.10（2）熟悉和掌握磁法检测原理和方法； 2015.04.112015.04.15（3）设计磁法检测探头； 2015.04.162015.04.30 （4）开展磁法检测试验研究； 2015.05.012015.05.26（5）总结试验规律，撰写毕业论文； 2015.05.282015.06.10（7）修改论文，准备答辩 2015.06.112015.06.17五、 参考文献1 王欢,陈厚桂,康宜华等.钢丝绳疲劳的磁记忆检测系统J.无损检测.2006

11、,28(6): 78-83.2 胡 钢,许淳淳,袁俊刚. 奥氏体304不锈钢形变诱发马氏体相变与磁记忆效应J.无损检测,2008,30(4): 216-219.3 李路明,胡斌,黄松岭等.掌上型金属磁记忆检测仪J.无损检测,2004,26(5): 249-252.4 任吉林,邬冠华,林俊明等.金属磁记忆检测机理的探讨J.无损检测,2002,24(1): 29-31.5 胡钢. X70管线钢和304不锈钢应力腐蚀与磁记忆效应的相关性研究D.北京化工大学,2005.6 Dubov A A. Study of metal properties using metal magnetic memory

12、C. 7th European Conference on Nondestructive Testing .Copenhagen, 1998: 920-927.7 H. Ishigaki, Y. Konishi, K. Kondo, K.Koterazawa. Possibility as a magnetic recording media of austenitic stainless steel using stress-induced phase transformation J. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1999, 1

13、93: 466-469.8 李红梅,赵天飞,陈振茂. 基于自然磁化现象的损伤定量无损检测方法J.西安交通大学学报，2011,45(1)：58-63.9 沈建民,邱法聚,王小华.奥氏体不锈钢换热器管的涡流检测J.无损检测,2008,30(8): 547-549.10 鲁强.奥氏体不锈钢大型锻件超声波检测工艺及特点分析J.无损探伤NDT,2006，30(5):9-16.11 唐明智，李兆太.渗透液中S Cl F 含量对镍基合金奥氏体不锈钢及钦材的影响J.无损检测,1997,19(3): 77-78.12 任吉林,高春法,宋 凯,邬冠华,唐继红.电站铁磁构件的磁记忆检测J.仪器仪表学报，2003，2

14、4(5)：472-476.13 李光霁,孙国豪,潘家祯.用金属磁记忆方法进行缺陷检测J. 华东理工大学学报(自然科学版)，2006，32(8)：1007-1011.14 Zhenmao Chen, Kazumi Aoto, Shyoichi Kato, Yuji Nagae and Kenzo MiyaAn experimental study on the correlation of natural magnetization and mechanical damages in an austenitic stainless steelJ. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2002, 16: 197206.15 P. Hauild, V. Davydov, J. Drahokoupil, M. Landa, P. Pilvin. Characterization of strain-induced martensitic transformation in a metastable austenitic stainless steel J. Materials and Design, 2010, 31: 18211827.