奧氏體304不銹鋼磁檢測法探頭設(shè)計及實驗研究-開題報告

XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 奧氏體304不銹鋼磁檢測 法探頭設(shè)計及實驗研究 專 業(yè) 名 稱 測控技術(shù)與儀器班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日- 7 -1、 選題的依據(jù)及意義：在不銹鋼中，奧氏體不銹鋼是一個重要的品種，其鋼種最多、使用量最大：在不銹鋼的總產(chǎn)量中，奧氏體不銹鋼占到了 70%。奧氏體不銹鋼是指含鉻大于18%，還含有 8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素，在使用狀態(tài)基體組織為穩(wěn)定的奧氏體的不銹鋼。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性、耐蝕性能和無磁性，在氧化性和還原性介質(zhì)中耐蝕性均較好，被廣泛應(yīng)用于石油化工、機械制造和核電等行業(yè)的重要部位，使用條件比較惡劣。隨著承壓設(shè)備運行參數(shù)的提高，奧氏體不銹鋼的腐蝕作用而引起的承壓設(shè)備損傷失效日益成為工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要問題。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，每隔一段時間停產(chǎn)檢修奧氏體材質(zhì)設(shè)備存在的各種腐蝕缺陷，以便在發(fā)生斷裂或泄漏前及時將腐蝕損傷的設(shè)備更換下來。此外，人們開展了奧氏體不銹鋼為材質(zhì)的承壓設(shè)備在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕失效分析研究。通過對失效的奧氏體不銹鋼設(shè)備的檢測，發(fā)現(xiàn)了奧氏體不銹鋼的腐蝕缺陷主要類型為應(yīng)力腐蝕：加工不銹鋼的殘余應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，出現(xiàn)的腐蝕開裂現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)內(nèi)部的殘余應(yīng)力會發(fā)生不可忽略的變化，一旦發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，其后果不堪設(shè)想。如何在早期發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼壓力容器的腐蝕裂紋等缺陷，并延長設(shè)備的生命周期，已經(jīng)是擺在研究人員面前的一項重要的難題。因此，實時有效的檢測分析腐蝕情況，特別是容易導(dǎo)致腐蝕的敏感區(qū)域，成為評估承壓設(shè)備安全性、使用壽命的一個重要的依據(jù)。雖然奧氏體不銹鋼具有弱磁性，但形變后會誘發(fā)馬氏體相變，馬氏體組織具有鐵磁性，且其磁性大小與應(yīng)力應(yīng)變存在一定的聯(lián)系，基于此背景,提出了一種在地磁場環(huán)境下的磁法檢測技術(shù)。通過對試樣進行人工加載,建立合適、穩(wěn)定的磁法檢測裝置的方式進行試驗研究，通過對磁傳感器采集到的磁場強度進行處理分析。磁法檢測的前提是檢測出系統(tǒng)的磁場泄漏量，因此探頭的設(shè)計，即測量磁場泄漏量的傳感器設(shè)計尤為重要。圖1 磁法檢測過程圖2、 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：國外對漏磁檢測技術(shù)的研究很早并于1933年首先提出應(yīng)用磁敏傳感器測量漏磁場的思想,但直至1947年Hastings設(shè)計了第一套漏磁檢測系統(tǒng),漏磁檢測才開始受到普遍的承認(rèn)。20世紀(jì)50年代,西德Forster研制出產(chǎn)品化的漏磁探傷裝置。但運用于奧氏體不銹鋼的檢測還相對較少。其中有Kazumi Aoto14等人提出了一種對奧氏體不銹鋼通過測量由機械損傷誘發(fā)磁化現(xiàn)象而產(chǎn)生的磁場實現(xiàn)無損評價的方法，通過拉伸或疲勞試驗引入機械損傷，然后用磁通門傳感器測量磁場，結(jié)果表明塑性變形或疲勞損傷是可以通過自然磁化漏磁場的信號識別的。M. Smaga等人研究了室溫下單調(diào)循環(huán)載荷下形變誘發(fā)亞穩(wěn)奧氏體鋼中的馬氏體相變，實驗對機械應(yīng)力應(yīng)變，溫度和磁場的測量進行了表征，特別要注意的變形誘發(fā)馬氏體形成對AISI304，AISI32和AISI348不銹鋼循環(huán)變形行為。Ishigaki7等人發(fā)現(xiàn)由奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時由于摩擦的壓力，有可能誘發(fā)相變，這反過來又產(chǎn)生本地鐵磁化表面，結(jié)果表明，有關(guān)外部磁場分布的信息被保留在不銹鋼試樣。近年來,在國內(nèi)無損檢測工作者的共同努力下,目前已有許多的高校和研究單位在這方面取得了可喜的成果,逐步縮小了與國際水平的差距。但是國內(nèi)尚未有學(xué)者將磁法檢測缺陷方面的優(yōu)勢引入到弱磁性的奧氏體不銹探傷領(lǐng)域中，有關(guān)研究報告和文章很少。國內(nèi)研究漏磁檢測技術(shù)的高校有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)、南昌航空大學(xué)等等。其中有針對奧氏體不銹鋼管在出廠前可能存在的橫、縱裂紋對在役過程中的安全使用存在的巨大威脅,提出了基于地磁場環(huán)境下的磁法檢測技術(shù)，利用陣列式檢測裝置的方式和二維成像進行試驗研究。中國空氣動力研究與發(fā)展中心的馬學(xué)榮，左繼峰等對奧氏體不銹鋼焊接缺陷進行了磁記憶檢測。通過對奧氏體不銹鋼以及其晶相的研究，磁法檢測在檢測奧氏體不銹鋼上是可行的。目前，國外的愛德森公司已經(jīng)能夠采用多信息融合技術(shù)研制成集渦流、漏磁、磁記憶、低頻電磁場于一體的便攜式檢測儀器,該儀器能同時獲取多種檢測信號,適用于奧氏體不銹鋼的檢測以及其流動現(xiàn)場在役的檢測。3、 研究內(nèi)容及實驗方案：1. 研究內(nèi)容：由于奧氏體不銹鋼是順磁性材料，其相對磁導(dǎo)率大于空氣的相對磁導(dǎo)率，根據(jù)磁路中磁阻的作用原理，研究分析磁法檢測的工作原理,對特定材料奧氏體304不銹鋼的磁法檢測的探頭設(shè)計及實驗研究，從而通過實驗對比選取合適檢測奧氏體不銹鋼材料的探頭。2. 實驗方案：（1）查閱相關(guān)文獻，了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，熟悉相關(guān)資料；探頭有多種類型，設(shè)計研究探頭設(shè)計的幾種方案，對探頭設(shè)計有一個設(shè)計思路。隨著科技的發(fā)展，利用不同技術(shù)、不同原理制成的磁傳感器越來越多，并且它們都朝著更高的靈敏度、更好的溫度性和更小的體積等方向發(fā)展。在這些磁傳感器中，較為常見的是：霍爾元件傳感器和線圈傳感器。檢測過程中為了能夠檢測出奧氏體不銹鋼表面微小的磁信號變化，在確保周圍沒有強磁源干擾的情況下，采用磁阻傳感器，其通?？梢詼y量10-510 Gauss的磁場，其具有尺寸小、功耗低、靈敏度高、抗干擾能力強等特點，原理如圖2。圖2 磁阻傳感器原理圖 （2） 校準(zhǔn)試驗校準(zhǔn)探頭，完成其校準(zhǔn)曲線。在奧氏體不銹鋼試塊所能承受應(yīng)力的范圍之內(nèi)，其中奧氏體不銹鋼屈服強度205Mpa，抗拉強度520MPa， 對板材試塊進行拉伸或壓縮實驗。用軟件處理分析如表1中實驗數(shù)據(jù)，得到應(yīng)力與磁場的關(guān)系。制作出探頭的校準(zhǔn)曲線， 根據(jù)其應(yīng)力應(yīng)變與磁場的關(guān)系及規(guī)律得到相關(guān)評價指標(biāo)，完成對探頭校準(zhǔn)。表1 拉伸試驗載荷0KN3KN6KN9KN12KN磁場強度（4）完成對探頭的校準(zhǔn)之后，利用實驗器材和探頭的校準(zhǔn)曲線，就可以對奧氏體不銹鋼板材進行應(yīng)力檢測試驗。（5）總結(jié)實驗研究過程，得出研究成果。4、 目標(biāo)、主要特色及工作進度 1.目標(biāo)：完成奧氏體不銹鋼磁檢測探頭的合理設(shè)計并通過拉壓實驗測量磁信號強弱，分析其應(yīng)變應(yīng)力與磁場的關(guān)系及規(guī)律并對探頭進行優(yōu)化改良，從而得到奧氏體不銹鋼損傷和應(yīng)力集中的相關(guān)評價指標(biāo)。2.主要特色：通常對奧氏體不銹鋼304這種材料進行無損檢測時，采用的是超聲檢測或射線檢測，由于其在常態(tài)下是弱磁性，通常不考慮使用磁性法，但本次實驗研究就是利用奧氏體不銹鋼形變誘發(fā)馬氏體相變使之具有磁性，再分析其應(yīng)力應(yīng)變與磁場的關(guān)系及規(guī)律，從而得到奧氏體不銹鋼損傷和應(yīng)力集中的相關(guān)評價指標(biāo)。3.工作進度：（1）查閱文獻資料，撰寫開題報告，外文翻譯； 2015.03.092015.04.10（2）熟悉和掌握磁法檢測原理和方法； 2015.04.112015.04.15（3）設(shè)計磁法檢測探頭； 2015.04.162015.04.30 （4）開展磁法檢測試驗研究； 2015.05.012015.05.26（5）總結(jié)試驗規(guī)律，撰寫畢業(yè)論文； 2015.05.282015.06.10（7）修改論文，準(zhǔn)備答辯 2015.06.112015.06.175、 參考文獻1 王歡,陳厚桂,康宜華等.鋼絲繩疲勞的磁記憶檢測系統(tǒng)J.無損檢測.2006,28(6): 78-83.2 胡 鋼,許淳淳,袁俊剛. 奧氏體304不銹鋼形變誘發(fā)馬氏體相變與磁記憶效應(yīng)J.無損檢測,2008,30(4): 216-219.3 李路明,胡斌,黃松嶺等.掌上型金屬磁記憶檢測儀J.無損檢測,2004,26(5): 249-252.4 任吉林,鄔冠華,林俊明等.金屬磁記憶檢測機理的探討J.無損檢測,2002,24(1): 29-31.5 胡鋼. 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