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設計方案和解決方案

331.png背景分析:

社會(huì )建設中,鋼結構件無(wú)處不在,如鋼軌、火車(chē)軸、火車(chē)輪、鋼纜(電梯起重機、輸送帶、吊橋懸索等)、鋼管、鋼結構異型件(飛機起落架等)、建筑物鋼結構架等, 長(cháng)期在高負荷條件下使用,都將會(huì )產(chǎn)生裂紋、磨損、變形和銹蝕,例如:鋼軌在使用過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生磨耗、裂紋、扭曲變形、甚至斷裂,嚴重威脅鐵路安全運營(yíng);例如:管道長(cháng)期使用必然由于腐蝕,銹蝕產(chǎn)生裂縫進(jìn)而導致管道發(fā)生泄漏事故,對于石油、液化天然氣等易燃易爆等危險物體,嚴重時(shí)還會(huì )爆燃、造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。此外對于異性鋼結構件,例如飛機起落架等,如果有損傷,嚴重時(shí)會(huì )導致飛機降落時(shí)發(fā)生機毀人亡的事故。對于用于建筑物的鋼結構件,如果偷工減料或運用劣質(zhì)鋼材,嚴重時(shí)會(huì )導致坍塌事故的發(fā)生。如2019年的香港鐵軌現裂紋,致使一列車(chē)脫軌撞至另外一列車(chē),導至8人受傷重大事故。鋼纜磨損,嚴重時(shí)會(huì )發(fā)生斷裂事故,浙江德勝東路的一起吊裝事故,跨線(xiàn)橋拆除箱梁吊裝作業(yè)時(shí),其中一臺吊車(chē)的鋼絲繩突然斷裂,導致已切割完成的梁體從支架上墜落,造成鋼管支架倒塌,造成1人死亡,3人受傷重大事故。因此需要對常見(jiàn)的鋼軌、鋼纜、鋼管或鋼結構異型件、建筑物鋼結構件的損傷情況進(jìn)行探傷監測,尤其是無(wú)損探傷就顯得更加迫切需要。


鋼結構構件探傷是檢測鋼材與焊縫內部是否存在缺陷的一道工序,是保證鋼構件材質(zhì)和焊接質(zhì)量的一種手段,探傷無(wú)損檢測技術(shù)有很多種,常規的幾種檢測方法如下:超聲波檢測、渦流檢測、磁粉檢測、滲透檢測、射線(xiàn)檢測、漏磁檢測等技術(shù)。超聲波檢測缺點(diǎn)是對工作表面要求平滑、要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類(lèi)、對缺陷沒(méi)有直觀(guān)性,且適合于厚度較大的零件檢驗。渦流檢測可用于金屬材料探傷,因為必須使用高頻激勵信號,故容易引起信號相互干涉,信號處理比較復雜,同時(shí)渦流探傷的可檢測缺陷深度有限。磁粉檢測只能檢驗鐵磁性材料表面和近表面的缺陷,通??蓹z深度也比較淺;磁懸液可能導致環(huán)境污染;不利于現場(chǎng)檢測適用于表面和近表面缺陷檢測。滲透檢測只能用于致密材料的表面開(kāi)口缺陷檢驗,對被檢表面光潔度有較高要求;滲透檢測對操作人員的操作技能要求較高;滲透檢測會(huì )產(chǎn)生環(huán)境污染,適用于表面開(kāi)口缺陷檢測。射線(xiàn)探傷有輻射污染環(huán)境,威脅人體健康,測試周期較長(cháng)、效率低、實(shí)時(shí)性效果較差。而金屬磁記憶檢測技術(shù)是一種利用金屬磁記憶效應來(lái)檢測部件應力集中部位的快速無(wú)損檢測方法,克服了傳統無(wú)損檢測的缺點(diǎn),能夠對鐵磁性金屬構件(如鋼軌、鋼纜、鋼管、飛機起落架、鋼結構異型件、建筑鋼結構件等)內部的應力集中區,即微觀(guān)缺陷和早期失效和損傷等進(jìn)行診斷,防止突發(fā)性的疲勞損傷,是無(wú)損檢測領(lǐng)域的一種新的檢測手段。


331.png原理:

磁記憶探傷隸屬無(wú)損探傷領(lǐng)域,是X射線(xiàn)、超聲波、磁粉、渦流、γ射線(xiàn)、滲透(熒光、著(zhù)色)、磁記憶、漏磁等諸多物理探傷方法中的一類(lèi),是一種利用金屬磁記憶效應來(lái)檢測部件應力集中部位的快速無(wú)損檢測方法。

所謂金屬磁記憶效應是指:鐵磁性金屬零件在加工和運行時(shí),由于受載荷和地磁場(chǎng)共同作用,在應力和變形集中區域會(huì )發(fā)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向,這種磁狀態(tài)的不可逆變化在工作載荷消除后不僅會(huì )保留,還與最大作用應力有關(guān)。金屬構件表面的這種磁狀態(tài)“記憶”著(zhù)微觀(guān)缺陷或應力集巾的位置,即所謂的磁記憶效應。當處于地磁場(chǎng)環(huán)境中的鐵磁性構件受到外部載荷作用時(shí),在應力集中區域會(huì )產(chǎn)生具有磁致伸縮性質(zhì)的磁疇組織定向和不可逆的重新取向,該部位會(huì )出現磁疇的固定節點(diǎn),產(chǎn)生磁極,形成退磁場(chǎng),從而使該部位鐵磁金屬的的導磁率最小,在金屬表面形成漏磁場(chǎng)。該漏磁場(chǎng)強度的切向分量Hpx具有最大值,而法向分量Hpy改變符號并具有零值。這種磁狀態(tài)的不可逆變化在工作載荷消除后依然保留記憶下來(lái)。

金屬磁記憶原理如下圖所示?;诮饘俅庞洃浶幕驹碇谱鞯臋z測儀器,通過(guò)記錄垂直于金屬構件表面的磁場(chǎng)強度分量沿某一方向的分布情況,可以對構件的應力集中程度以及是否存在微觀(guān)缺陷進(jìn)行評價(jià)。能夠對鐵磁性金屬構件內部的應力集中區,即微觀(guān)缺陷和早期失效和損傷等進(jìn)行診斷,防止突發(fā)性的疲勞損傷,是無(wú)損檢測領(lǐng)域的一種新的檢測手段。 

                                                                                                  

ew.png

 有、無(wú)缺陷磁場(chǎng)強度分布示意圖


331.png功能:

國創(chuàng )磁掃描探傷系統,是利用金屬磁記憶效應來(lái)檢測如鋼軌、鋼纜、鋼管、飛機起落架、鋼結構異型件、建筑鋼結構件等應力集中部位(即微觀(guān)缺陷、早期缺陷和損傷的快速無(wú)損檢測方法,通過(guò)對鋼軌、鋼纜、鋼管等鐵磁性材料構件進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)無(wú)損磁異常探測,并在時(shí)域、頻域和空間上對測量數據進(jìn)行數字濾波和統計分析、借助特征識別算法不僅可以確定鋼軌、鋼纜、鋼管等已存在的內部缺陷(例如:裂紋、夾渣、磨損、核傷等材料、加工與焊接缺陷)及其位置、形狀等,還可通過(guò)其內應力隨時(shí)間的變化趨勢預測缺陷的形成和發(fā)展。


其中,用于電梯起重機、輸送帶和吊橋及懸索等鋼纜的國創(chuàng )磁掃描探傷儀可以制備成靜態(tài)的、自行式的、手持式的三類(lèi),可以檢測出100根鋼絲斷裂一根的磁異常變化;用于鐵路如鋼軌、火車(chē)輪、火車(chē)軸探傷專(zhuān)用檢測裝置,通常有手持式、固定式和自行式三類(lèi);用于異型結構件如飛機起落架及其他非規則鋼結構件的探傷專(zhuān)用檢測裝置,主要有移動(dòng)式或固定式兩類(lèi)。用于鋼管的磁掃描探傷儀根據使用方式也分為手持、固定和自行式的三類(lèi)。

 

331.png技術(shù)解決方案:

磁掃描探傷系統主要由國創(chuàng )磁掃描探傷儀、數據通信系統、數據處理系統、聲光報警系統等部分組成,可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測如鋼軌、鋼纜、鋼管、飛機起落架、建筑鋼結構件等應力集中部位的損傷及預警。

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03國創(chuàng  )磁掃描探傷工藝流程圖.jpg


331.png系統主要組成:

1、國創(chuàng )磁掃描探傷系統微磁基礎傳感器陣列、通訊模塊、數字信號處理單元等組成;

2、微磁基礎傳感器陣列按照一定的結構設計進(jìn)行安裝;

3、相關(guān)算法包括:微磁基礎傳感器陣列標定、安裝誤差標定、載體干擾抑制、環(huán)境噪聲抑制、磁異常目標小信號處理等;

4、數據中心:微磁基礎傳感器陣列數據、磁異常預警信號等數據信息匯集;

5、終端控制臺:顯示國創(chuàng )磁掃描探傷系統工作狀態(tài),參數及預警信息。

民用技術(shù)解決方案1.jpg







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