本期專家：黎連修 1949年出生，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院研究員，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無損檢測(cè)分會(huì)第3屆至第10屆委員會(huì)委員，長(zhǎng)期從事鐵道行業(yè)無損檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用方面的研究。
金屬磁記憶檢測(cè)是利用應(yīng)力在材料中激發(fā)的磁場(chǎng)而進(jìn)行檢測(cè)的，自出現(xiàn)之日起便一直受到我國(guó)廣大無損檢測(cè)人員的普遍關(guān)注，并成為近年來最具活力的科研題材之一。其中任吉林、黃松齡、周俊華、李路明、黎連修等從不同角度對(duì)磁記憶現(xiàn)象的機(jī)理開展了研究；李路明、鐘力強(qiáng)等還對(duì)地磁場(chǎng)的影響進(jìn)行了深入探討；仲維暢特別關(guān)注了材料斷裂時(shí)磁場(chǎng)的瞬態(tài)變化情況；耿榮生、沈功田等則分別對(duì)航空飛行器和特種設(shè)備開展了磁記憶檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用方面的研究。
磁記憶是鐵磁材料在應(yīng)力和外磁場(chǎng)作用下所產(chǎn)生的一種磁現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)是一種力磁效應(yīng)或磁致伸縮的逆效應(yīng)，亦即壓磁效應(yīng)。在應(yīng)力和外磁場(chǎng)的作用下，磁疇會(huì)產(chǎn)生定向和不可逆的重新取向，甚至在載荷消除后這種磁狀態(tài)還依然存在或部分存在，形成磁記憶磁場(chǎng)。通過對(duì)這種磁記憶磁場(chǎng)的檢測(cè)，可發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域或其它潛在危險(xiǎn)，是一種非接觸式的無損檢測(cè)新方法。
經(jīng)過十幾年的研究和觀察，我國(guó)對(duì)磁記憶的認(rèn)識(shí)取得重大進(jìn)展，并且繼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 24497）后，也制定了相關(guān)的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 26641、JB/T 11605），有力促進(jìn)了該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。但該技術(shù)目前還存有諸多問題沒有達(dá)成共識(shí)，例如：
磁記憶現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？規(guī)律如何？
磁記憶與哪些因素有關(guān)？如何有關(guān)？
磁記憶磁場(chǎng)為何在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下會(huì)逐漸增強(qiáng)？
磁記憶為何與地磁場(chǎng)有關(guān)，如何有關(guān)？
磁記憶磁場(chǎng)為何有法向分量過零點(diǎn)的現(xiàn)象？
磁記憶磁場(chǎng)的分布狀態(tài)與哪些因素有關(guān)？如何有關(guān)？
材料的性能和狀態(tài)能否影響磁記憶？如何影響？
如何從磁記憶磁場(chǎng)中提取有用信息？磁場(chǎng)中的哪些量與應(yīng)力集中或潛在危險(xiǎn)密切相關(guān)？
上述問題的全部解決，可能需要一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的研究和實(shí)驗(yàn)過程，本文并不企圖回答上述問題，而是試圖尋找解決上述問題的研究方向。
作為一個(gè)物理現(xiàn)象，磁記憶也應(yīng)有它的始點(diǎn)、終點(diǎn)和變化過程。這里的終點(diǎn)是指應(yīng)力造成了材料破裂，本文并不涉及破裂時(shí)的瞬態(tài)變化，而只是對(duì)磁記憶現(xiàn)象產(chǎn)生的初始時(shí)刻和之后的發(fā)展變化過程進(jìn)行討論。除特別注明處外，本文研究對(duì)象為多晶鐵磁性材料，文中的壓磁效應(yīng)和壓磁性分別特指材料在應(yīng)力作用下能產(chǎn)生凈磁場(chǎng)的一種力磁現(xiàn)象和磁性能。
產(chǎn)生磁記憶的機(jī)理和條件
磁記憶是壓磁效應(yīng)產(chǎn)生的一種磁現(xiàn)象，壓磁性和應(yīng)力是產(chǎn)生磁記憶的兩個(gè)必要條件，缺一不可。
但要產(chǎn)生一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的磁記憶必須具備三個(gè)基本條件：壓磁性、磁滯性和應(yīng)力的反復(fù)作用。
材料的壓磁性
多晶材料不具有壓磁性。使多晶材料具有壓磁性的最簡(jiǎn)單方法是對(duì)其進(jìn)行磁化，即在材料中激發(fā)出極化場(chǎng)。
材料的壓磁性及其壓磁常數(shù)的大小與材料中極化場(chǎng)的大小有關(guān)，或者說與材料的磁化狀態(tài)有關(guān)。
應(yīng)力的作用
一是激發(fā)磁記憶磁場(chǎng)，二是改變材料的磁特性，而磁特性的改變又會(huì)影響磁記憶的產(chǎn)生。
激發(fā)磁場(chǎng)：能夠且只能夠在具有壓磁性的材料中激發(fā)磁場(chǎng)，而不能在未極化的多晶材料中激發(fā)磁場(chǎng)。
改變磁特性：使材料的矯頑力升高、磁導(dǎo)率降低、磁阻增大，往“硬磁”方向發(fā)展。交變應(yīng)力的反復(fù)作用還可使壓磁性逐步增強(qiáng)。
極化場(chǎng)
極化場(chǎng)是材料中實(shí)際存在的磁場(chǎng)，主要由兩部分疊加而成。一是由外磁場(chǎng)對(duì)材料磁化而產(chǎn)生的磁場(chǎng)，二是由壓磁效應(yīng)而產(chǎn)生的磁場(chǎng)。前者一般弱而固定，在初始時(shí)刻起關(guān)鍵作用；后者則隨應(yīng)力的變化而變化并逐步增強(qiáng)，并可能逐漸起主導(dǎo)作用。
外磁場(chǎng)激發(fā)的極化場(chǎng)在強(qiáng)度和方向等方面都可能與其自身有較大差異，一般情況下，極化場(chǎng)的強(qiáng)度大于外磁場(chǎng)強(qiáng)度，在工件的長(zhǎng)度和圓周方向上往往占優(yōu)勢(shì)，而方向則多平行于工件表面，在工件表面為非平面時(shí)，還可能會(huì)有一定的畸變或離散。
地磁場(chǎng)
地磁場(chǎng)是一種重要的外磁場(chǎng)，可在工件中激發(fā)極化場(chǎng)，從而使多晶材料具有壓磁性。
地磁場(chǎng)不等于外磁場(chǎng)，而是外磁場(chǎng)中的一個(gè)或一部分。
地磁場(chǎng)不等于極化場(chǎng)，地磁場(chǎng)在工件中激發(fā)出的磁場(chǎng)才是極化場(chǎng)（或其一部分）。
地磁場(chǎng)（或外磁場(chǎng)）只有在應(yīng)力作用的最初時(shí)刻才十分必要，后來的作用則會(huì)逐漸相對(duì)減弱以致可以忽略不計(jì)。開始時(shí)必不可少，測(cè)量時(shí)蹤跡難覓，是地磁場(chǎng)的一個(gè)獨(dú)有特點(diǎn)。
有關(guān)磁記憶磁場(chǎng)及過零點(diǎn)現(xiàn)象
磁記憶磁場(chǎng)是壓磁磁場(chǎng)或其剩磁場(chǎng)的漏磁場(chǎng)。造成磁場(chǎng)泄漏的直接原因是磁路中磁阻的變化或差異，這種變化或差異往往是由應(yīng)力或缺陷造成的。
漏磁場(chǎng)的分布狀態(tài)與應(yīng)力或缺陷的位置、形態(tài)等有關(guān)，是缺陷或潛在危險(xiǎn)判定的重要依據(jù)。
不過，磁場(chǎng)的垂直分量過零點(diǎn)，是所有漏磁場(chǎng)的共同特點(diǎn)，并非磁記憶所獨(dú)有。垂直分量過零點(diǎn)的地方，是正負(fù)磁極的分界處，往往也是應(yīng)力集中或缺陷的所在位置，因而是定位的重要依據(jù)。
材料性能對(duì)磁記憶的影響
壓磁性：是產(chǎn)生磁場(chǎng)的必要條件，若沒有壓磁性，應(yīng)力無法激發(fā)磁記憶磁場(chǎng)。
磁滯性：是產(chǎn)生剩磁的直接原因，同時(shí)可使材料的壓磁性在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下逐步增強(qiáng)。
矯頑力：是保持剩磁的直接原因，若沒有矯頑力，則即使形成了很強(qiáng)的剩磁也無法保持。
磁阻抗：是造成漏磁場(chǎng)的重要原因，并影響漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度和分布；磁阻與應(yīng)力或缺陷情況有關(guān)。
磁導(dǎo)率：影響極化場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，進(jìn)而影響壓磁磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，同樣與應(yīng)力或缺陷情況有關(guān)。
結(jié)構(gòu)形狀：由于退磁場(chǎng)的存在，會(huì)影響外磁場(chǎng)對(duì)材料的磁化，進(jìn)而影響極化場(chǎng)的大小及分布等。
磁記憶檢測(cè)
磁記憶磁場(chǎng)與應(yīng)力集中、缺陷或潛在危險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)性受多種因素影響，并且因工件、因條件不同而不同，需要長(zhǎng)時(shí)間的研究和探討。
磁場(chǎng)幅值：磁記憶磁場(chǎng)僅是壓磁磁場(chǎng)的一部分，其幅度不一定與應(yīng)力呈簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。
磁場(chǎng)梯度：即磁場(chǎng)的一階偏微分，能夠較好的反映應(yīng)力集中的程度。
梯度的變化率：即磁場(chǎng)的相對(duì)差別或二階偏微分，反映了應(yīng)力集中的危險(xiǎn)程度。
時(shí)間變化率：即磁記憶磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化情況，是應(yīng)力集中或潛在缺陷發(fā)展變化的重要判據(jù)。
可見，磁記憶檢測(cè)較適用于比較法或?qū)Ρ确?。尤其是磁?chǎng)梯度的相對(duì)差異，以及磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化情況，能較好的反映應(yīng)力集中的危險(xiǎn)程度和發(fā)展趨勢(shì)，是應(yīng)該特別予以關(guān)注的。
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