基于磁記憶的建筑鋼構(gòu)件無損檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

郭歡 孫武強

[摘要]金屬磁記憶檢測技術(shù)是一種發(fā)展近20年的無損檢測技術(shù)，通過檢測建筑鋼構(gòu)件在服役狀態(tài)時的磁場強度來判斷其應(yīng)力集中或損傷部位，為建筑鋼結(jié)構(gòu)早期失效和壽命評估提供了一種方便可靠的檢測手段。目前，該技術(shù)雖有發(fā)展，但不充分，還有很大的研究空間。

[關(guān)鍵詞]金屬磁記憶；無損檢測；應(yīng)力集中；磁場強度

文章編號：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0124 - 02

金屬磁記憶檢測技術(shù)，作為一種新興的建筑鋼構(gòu)件無損檢測技術(shù)，是由俄羅斯學(xué)者Doubov率先于1997年在美國舊金山舉行的第50屆國際焊接學(xué)術(shù)會議上提出的。該技術(shù)在早期損傷評估方面極具潛力。但是，由于缺乏系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論與實踐研究，其檢測機理仍未澄清，導(dǎo)致該技術(shù)只能作為先期檢測手段，還需與常規(guī)檢測技術(shù)匹配才能在工程領(lǐng)域使用。

1 磁記憶檢測技術(shù)與其他無損檢測技術(shù)對比

常見的鋼構(gòu)件無損檢測方法有：磁粉檢測、超聲波檢測、滲透檢測、渦流檢測、聲發(fā)射檢測。金屬磁記憶無損檢測與其他檢測方法相比有如下優(yōu)點。（1）不需要人工磁化，它利用的是建筑鋼構(gòu)件在使用過程中的天然磁化強度，因此不局限于檢測小的鋼構(gòu)件，也適用于檢測大跨度大空間的鋼結(jié)構(gòu)；（2）對檢測對象不需要做表面處理或其他預(yù)處理，這可以降低檢測條件，提高檢測效率；（3）金屬磁記憶檢測設(shè)備一般體積較小，方便攜帶；（4）金屬磁記憶檢測技術(shù)不僅能檢測停機狀態(tài)的設(shè)備，還能檢測正在運行的設(shè)備。

2 磁記憶檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀

（1）檢測機理方面。普遍以漏磁場切向分量最大值，法向分“過零點”，并輔以磁場梯度的極值來判斷鐵磁材料的應(yīng)力集中位置。但檢測過程中，提取的磁信號離散度高，造成目前實際工程中鋼構(gòu)件損傷識別與定位的瓶頸問題。

（2）設(shè)備探索方面。市面上的磁記憶檢測儀檢測原理相似，但檢測精度、靈敏度、適用范圍差別很大：目前單通道筆試探頭，常用來測量點的磁信號，雖然精度較高，但是對于大的鋼構(gòu)件通過提取各點的磁信號來判斷損傷，效率極低；而多通道的小車探頭，可以提取某條線的磁信號，雖然檢測效率大有提高，也能較好反應(yīng)整條線上的磁信號變化規(guī)律，但提取磁信號時不穩(wěn)定，會漏掉一些點，損失一批數(shù)據(jù)。

（3）周圍磁場降噪方面。由于金屬磁記憶無損檢測方法測得的磁場信號是金屬構(gòu)件的在地磁場作用下的弱磁，很容易受到周圍一些鐵磁構(gòu)件的影響，甚至手機信號也會對其測量結(jié)果產(chǎn)生影響；目前市場上雖有一些檢測儀器有抑制背景磁場的作用，但效果不是特別顯著。

（4）應(yīng)用方面。目前磁記憶檢測技術(shù)多用于研究小型鋼板件或鋼鐵設(shè)備的損傷檢測，并沒有應(yīng)用到大型鋼結(jié)構(gòu)如門式剛架的損傷檢測中去。因此，距離將該技術(shù)應(yīng)用于檢測像飛機航站樓等大跨度大空間的鋼結(jié)構(gòu)的隱性損傷還有很大差距。

3 磁記憶檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

（1）針對檢測機理判據(jù)不足的問題，國內(nèi)學(xué)者傾向于借助數(shù)學(xué)模型，引入磁信號的多個參數(shù)來協(xié)同判斷應(yīng)力集中。目前國內(nèi)專家學(xué)者已有一些成果。例如，任吉林等通過李薩如圖封閉區(qū)域面積的大小來判斷應(yīng)力集中程度，為磁記憶二維檢測提供依據(jù)；邸新杰等采用小波包能量譜和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對焊縫中是否含有裂紋等缺陷進行了智能識別；邢海燕等在雙正交方法基礎(chǔ)上研究了焊縫早期隱性損傷臨界狀態(tài)的磁記憶特征提取問題。這些數(shù)學(xué)模型能否精確定位應(yīng)力集中，還需大量實例檢驗。

（2）針對磁記憶檢測設(shè)備筆試探頭檢測效率低和多通道探頭定位不具體的問題，國內(nèi)外廠商還在積極摸索改進。例如廈門愛德森公司生產(chǎn)出的磁記憶檢測儀有雙通道甚至八通道的探頭，大大提高了檢測效率，能較好反應(yīng)檢測區(qū)域磁信號的規(guī)律性，但多通道提取的信號，不能與掃描區(qū)域的每個點精確對應(yīng)。測量的數(shù)據(jù)也是海量的，為研究人員分析磁信號造成不便。在這方面，國內(nèi)廠商仍然有很大的進步空間。

（3）周圍磁場對提取檢測構(gòu)件表面磁信號產(chǎn)生較大的影響，會使我們判斷構(gòu)件損傷大打折扣，在磁場抑制降噪方面值得深入研究。

（4）采用金屬磁記憶無損檢測技術(shù)研究金屬小板件和小型金屬設(shè)備的損傷不是最終目的。目前需要較成熟的理論將該技術(shù)推向市場，為大型結(jié)構(gòu)早期損傷預(yù)警提供重要的檢測手段。國內(nèi)外眾多學(xué)者都在積極研究該課題，希望有所突破。例如，西安建筑科技大學(xué)蘇三慶、王威教授的課題組，近年來一直致力于此項課題的試驗研究。他們在研究用磁記憶檢測小板件拉伸、小板件彎曲、鋼絲繩拉伸、鋼梁壓彎、鋼梁疲勞過程中的損傷已有較顯著成果，還將通過探索門式剛架在水平低周往復(fù)荷載作用下的磁信號變化，將該項技術(shù)由檢測構(gòu)件損傷過度到檢測結(jié)構(gòu)的隱性損傷，從而把該項技術(shù)推廣到實際工程中去。

4 結(jié)語

針對磁記憶無損檢測技術(shù)對建筑鋼構(gòu)件的檢測機理研究仍存在較大爭議，鐵磁體內(nèi)的應(yīng)力與磁場關(guān)系處在唯象理論階段。對于受力形式復(fù)雜的建筑鋼結(jié)構(gòu)而言，可以嘗試將傳統(tǒng)的力學(xué)理論、建筑設(shè)計理論以及鐵磁學(xué)進行對接，找到金屬磁記憶效應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)中的力一磁本構(gòu)關(guān)系。另外，磁記憶檢測設(shè)備也有較大的研究空間。

參考文獻：

[1]王威.鋼結(jié)構(gòu)隱性損傷的磁記憶識別機理及試驗研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2014，30（05）：139 -143.

[2]徐濱士，董麗虹，再制造質(zhì)量控制中的金屬磁記憶檢測技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2015.