CSTM-無損檢測(cè) 磁聲發(fā)射檢測(cè)編制說明

《無損檢測(cè)磁聲發(fā)射檢測(cè)總則》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明一、工作簡(jiǎn)況1.任務(wù)來源本標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱：CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）無損檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)審查，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)《無損檢測(cè)磁聲發(fā)射檢測(cè)總則》立項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目歸口管理委員會(huì)為CSTM/FC94無損檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃編號(hào)為CSTMLX940000421-2020，由中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院牽頭承擔(dān)《無損檢測(cè)磁聲發(fā)射檢測(cè)總則》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。2.標(biāo)準(zhǔn)制定的背景和目的磁聲發(fā)射是指磁性材料在交變磁場(chǎng)作用下由于磁疇結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生聲發(fā)射的現(xiàn)象。由于磁聲發(fā)射信號(hào)對(duì)材料的應(yīng)力和微觀組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)非常敏感，磁聲發(fā)射技術(shù)在應(yīng)力檢測(cè)、熱處理質(zhì)量評(píng)價(jià)、材料劣化、疲勞和蠕變損傷程度檢測(cè)和評(píng)估方面展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景。但是目前對(duì)于磁聲發(fā)射檢測(cè)方法僅有少量相關(guān)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)、熱脆性評(píng)價(jià)等的專利，國(guó)內(nèi)外均未形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；磁聲發(fā)射受勵(lì)磁條件、裝置的影響，不利于數(shù)據(jù)庫的形成和建立，難以評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的可靠性。因此，建立磁聲發(fā)射檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范磁聲發(fā)射檢測(cè)方法對(duì)于推動(dòng)磁聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的推廣和應(yīng)用具有重要意義。3.工作主要過程按照中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制修訂程序的要求，《無損檢測(cè)磁聲發(fā)射檢測(cè)總則》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的編制完成了以下工作：（1）起草階段：CSTM/FC94無損檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備領(lǐng)域委員會(huì)成立之后，積極開展各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，為保證后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性，針對(duì)《無損檢測(cè)磁聲發(fā)射檢測(cè)總則》組建成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，確定了標(biāo)準(zhǔn)編寫原則和分工，提出標(biāo)準(zhǔn)編制進(jìn)度安排。2020.06-2020.07相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料收集2020.07-2020.09本標(biāo)準(zhǔn)文件的編寫2020.10-2020.11本標(biāo)準(zhǔn)中方法的驗(yàn)證與修改2020.11.2020.12本標(biāo)準(zhǔn)專家評(píng)審與修訂（2）征求意見階段：在中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院承擔(dān)的自然科學(xué)基金項(xiàng)目：《鐵磁性金屬材料疲勞狀態(tài)磁性無損檢測(cè)方法研究》（編號(hào)：51377173）、“NQI”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《鐵磁性金屬材料早期損傷的磁聲發(fā)射檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究與儀器研制》（編號(hào)：2016YFF0203003）等科研項(xiàng)目研究成果的基礎(chǔ)上，形成了標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。北京聲華科技有限公司主要負(fù)責(zé)儀器開發(fā)。與多家應(yīng)用單位交流了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用要求，合作單位提供了大量的數(shù)據(jù)和使用要求。4.主要參加單位及工作組成員主要參加單位包括：中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院,北京聲華興業(yè)科技有限公司工作組成員包括：沈功田,沈永娜,劉時(shí)風(fēng),張君嬌,鄭陽,苑一琳,張文君二、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則1.標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況本標(biāo)準(zhǔn)為旨在規(guī)范本領(lǐng)域內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)的制修訂和發(fā)布。2.制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則（1）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由依據(jù)中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂管理細(xì)則、中關(guān)村材料試驗(yàn)聯(lián)盟團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法（試行）制定本標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范本領(lǐng)域內(nèi)各標(biāo)準(zhǔn)的制修訂和發(fā)布。（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則本標(biāo)準(zhǔn)編制遵循經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求原則、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理原則、適應(yīng)貿(mào)易全球化需求原則、維護(hù)公眾利益原則、協(xié)商一致原則、廣泛參與和公開透明原則。本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)編寫和內(nèi)容編排等方面依據(jù)GB/T1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》進(jìn)行編寫。三、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的情況目前，對(duì)于磁聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外均為形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。四、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)主要包括：范圍，規(guī)范性引用文件，術(shù)語，方法概要，安全要求，人員要求，通用檢測(cè)工藝規(guī)程，檢測(cè)設(shè)備和器材，檢測(cè)程序，檢測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)和處理，檢測(cè)記錄與報(bào)告。本標(biāo)準(zhǔn)的全部?jī)?nèi)容，經(jīng)過起查人審查而協(xié)商一致。五、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報(bào)告、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果等1主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）結(jié)果的分析、綜述報(bào)告和技術(shù)論證 本標(biāo)準(zhǔn)所使用的方法，經(jīng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《鐵磁性金屬材料疲勞狀態(tài)磁性無損檢測(cè)方法研究》和“NQI”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《鐵磁性金屬材料早期損傷的磁聲發(fā)射檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究與儀器研制》等科研項(xiàng)的眾多實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其有效性的倒了驗(yàn)證。 靜載拉伸過程中典型鐵磁性金屬材料如Q235鋼、Q345鋼、40鋼和45CrNiMoA鋼等各材料的MAE信號(hào)的變化規(guī)律如圖1和2所示。隨著應(yīng)力的增大，MAE各參數(shù)逐漸下降。彈性階段，MAE均方根電壓的變化比較明顯；塑形階段，各參數(shù)最開始幾乎保持不變，甚至有略微的增加，而后迅速減小。圖120Hz時(shí)，Q235鋼，MAE均方根電壓隨應(yīng)力的變化圖220Hz時(shí)，Q345鋼、40鋼和45CrNiMo鋼的MAE均方根電壓隨應(yīng)力的變化對(duì)于Q235鋼、Q345鋼、40鋼和40CrNiMo鋼，分別采用最大應(yīng)力350MPa、420MPa、360MPa以及860MPa，應(yīng)力比0.1的正弦加載曲線研究其疲勞過程中的MAE信號(hào)變化規(guī)律，所得結(jié)果如圖3所示。隨著循環(huán)周期的增加，MAE信號(hào)強(qiáng)度整體呈逐漸下降的趨勢(shì)，該規(guī)律可為材料疲勞損傷狀態(tài)的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)提供指導(dǎo)。圖3勵(lì)磁頻率20Hz的正弦波激勵(lì)時(shí)，Q235鋼、Q345鋼、40鋼和40CrNiMo鋼的MAE幅度隨疲勞周期的變化 為了提高M(jìn)AE信號(hào)的信噪比，實(shí)現(xiàn)MAE信號(hào)的在線測(cè)量，對(duì)于Q235鋼采用方波進(jìn)行勵(lì)磁。所得MAE信號(hào)如圖4所示，MAE信號(hào)由梭形或者雙峰包絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)椤癟”形包絡(luò)，信噪比大幅提高。隨著循環(huán)周期的增加，MAE信號(hào)的變化可分為三個(gè)階段，如圖5所示。第一階段在0-5000次期間，MAE信號(hào)并非單調(diào)變化，而呈現(xiàn)一定的波動(dòng)；第二階段在5000-20000次期間，MAE信號(hào)單調(diào)下降；第三階段在20000次至失效，當(dāng)最高激勵(lì)電壓為40V時(shí)，MAE開始單調(diào)增大。根據(jù)各階段所占的疲勞壽命，初步斷定這三個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)于疲勞的三個(gè)階段，其中20000次左右MAE變化的拐點(diǎn)可能與疲勞裂紋由第I階段擴(kuò)展至第II階段有關(guān)。為此，分別對(duì)出現(xiàn)拐點(diǎn)之前、出現(xiàn)拐點(diǎn)、以及出現(xiàn)拐點(diǎn)之后并循環(huán)一定周次的試樣沿軸向剖開進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)觀察，結(jié)果如圖6和圖7所示。對(duì)于出現(xiàn)拐點(diǎn)之前的試樣，其剖面未觀測(cè)到微裂紋；對(duì)于出現(xiàn)拐點(diǎn)的試樣，剖面則出現(xiàn)1條微小裂紋；對(duì)于出現(xiàn)拐點(diǎn)且繼續(xù)循環(huán)一定周次的試樣，其剖面出現(xiàn)顯著裂紋，且裂紋兩側(cè)附近出現(xiàn)更小的裂紋。由此可以推斷，磁聲發(fā)射信號(hào)的拐點(diǎn)預(yù)示著疲勞第II階段裂紋開始擴(kuò)展。圖4方波激勵(lì)時(shí)，典型的MAE信號(hào)圖5勵(lì)磁頻率20Hz的方波激勵(lì)時(shí)，MAE幅度隨疲勞周期的變化：(a)1#試樣；(b)2#試樣(b)(a)(b)(a)(c)(c)圖6出現(xiàn)拐點(diǎn)前(a)，出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)（b）以及出現(xiàn)拐點(diǎn)后且循環(huán)一定周次后（c），Q235鋼典型的金相圖7出現(xiàn)拐點(diǎn)后且循環(huán)一定周次后，Q235鋼典型的SEM圖2預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果 本標(biāo)準(zhǔn)制定后，可為市場(chǎng)提供一種磁性材料的磁聲發(fā)射檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法可用于應(yīng)力檢測(cè)、熱處理質(zhì)量評(píng)價(jià)、材料劣化、疲勞和蠕變損傷程度檢測(cè)和評(píng)估,為鐵磁性金屬材料應(yīng)力狀態(tài)、早期損傷的檢測(cè)提供一種快捷、可靠的無損檢測(cè)方法，進(jìn)一步保障了構(gòu)件的安全運(yùn)行，對(duì)構(gòu)件的壽命的延長(zhǎng)也具有重要意義，產(chǎn)生的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益不可估量。六、與有關(guān)的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)符合我國(guó)目前法律、法規(guī)的規(guī)定。七、對(duì)征求意見及重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中，無重大分歧意見。八、標(biāo)準(zhǔn)