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1金屬磁記憶檢測技術(shù)

金屬磁記憶檢測技術(shù)是上世紀俄羅斯杜波夫教授提出的一種新型無損檢測技術(shù)，其基本原理是記錄在工作載荷作用下鐵磁性構(gòu)件局部應(yīng)力集中區(qū)域中產(chǎn)生的漏磁場，根據(jù)漏磁場來判斷應(yīng)力集中及損傷。機械零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的主要根源是各種微觀和宏觀機械應(yīng)力集中，在應(yīng)力集中區(qū)域，腐蝕、疲勞和蠕變過程的發(fā)展最為激烈。機械應(yīng)力同鐵磁材料的自磁化現(xiàn)象和殘磁狀況有著直接的聯(lián)系。在地磁作用的條件下，鐵磁性構(gòu)件缺陷處的導磁率減小，工件表面的漏磁場增大，稱為鐵磁性材料的磁機械效應(yīng)。該效應(yīng)可增強鐵磁性構(gòu)件的表面磁場，增強的磁場“記憶”著部件缺陷或應(yīng)力集中位置，稱為金屬的“磁記憶”效應(yīng)。理論和試驗均表明，金屬構(gòu)件的損壞與其先天的“遺傳”特性和后天的在役工作負荷相關(guān)，在缺陷的發(fā)生、發(fā)展過程中，應(yīng)力集中是根源，是構(gòu)件損壞的早期表現(xiàn)。工程部件由于疲勞、蠕變而產(chǎn)生的微裂紋會導致缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中。

試驗研究表明:鐵磁性金屬部件存在著磁機械效應(yīng)，其表面上的磁場分布與部件應(yīng)力載荷有一定的關(guān)系。鐵磁性部件缺陷或應(yīng)力集中區(qū)域磁場的切向分量Hp(x)具有最大值，法向分量Hp(y)改變符號且具有零值，如圖1所示。金屬磁記憶檢測技術(shù)具有以下顯著的特點:①既可檢測出宏觀缺陷，又可檢測出微觀缺陷，并進行未來危險預(yù)報，準確度高，可通過早期診斷對設(shè)備的安全性進行準確評價;②無需專門的磁化裝置就能對鐵磁性構(gòu)件進行可靠檢測;③提離效應(yīng)影響小;④無需去除被檢測對象表面涂層，就能檢測橡膠等蒙皮下的缺陷;⑤無需對被測設(shè)備進行清洗、打磨等表面預(yù)處理，檢測方便，成本低;⑥無需系統(tǒng)、專業(yè)的培訓，原理可靠，特征信號明顯，判據(jù)簡單;⑦檢測快速，能夠?qū)崿F(xiàn)快速檢測(100m/h)，效率高;⑧檢測設(shè)備體積小、重量輕，便于攜帶，可實現(xiàn)單人作業(yè);⑨對設(shè)備外露部分檢測時，無需設(shè)備停機。在實際應(yīng)用中，金屬磁記憶檢測技術(shù)可通過檢測部件表面的磁場分布情況間接地對部件缺陷或應(yīng)力集中位置進行診斷。

2檢測對象與儀器

馬脊梁洗煤廠是中國中煤能源集團公司與大同煤礦集團公司共同組建的大同中煤出口煤基地建設(shè)有限公司下屬的一座現(xiàn)代化選煤廠，年入選量達360萬t。該廠主要洗選設(shè)備約30臺(套)，全部從國外引進。圖2所示為該選煤廠生產(chǎn)工藝流程圖。馬脊梁洗煤廠采用模塊化安裝，占地面積要比同等選煤能力的選煤廠小，易于搬遷。2004年以來，生產(chǎn)中曾多次發(fā)生振動篩大梁出現(xiàn)裂紋后突然斷裂的事故，導致經(jīng)濟損失達數(shù)萬美元。加上該廠與馬脊梁煤礦是一體化設(shè)計，煤礦生產(chǎn)的原煤直接通過膠帶輸送到選煤廠洗選，沒有其他出煤口，因此選煤廠停工也會影響到煤礦的生產(chǎn)，間接損失也非常巨大。

2.1檢測對象馬脊梁洗煤廠319#振動篩為澳大利亞Honert公司生產(chǎn)的BRU－1－420/610型香蕉直線振動篩，承擔著入選原煤的脫泥和分級作業(yè)任務(wù)。該振動篩安裝于馬脊梁洗煤廠精洗車間中部，不僅拆卸不便且拆卸周期很長(約48h)。該振動篩面積較大，長6.1m，寬4.2m，箱式結(jié)構(gòu)，其大梁位于振動篩箱體內(nèi)篩板下方，兩側(cè)為篩幫，大梁上還包裹有一層厚約8mm的橡膠耐磨層(圖3)，常規(guī)檢測手段根本無法檢測其裂紋，因而故障信號的檢測和提取難度較大。

2.2檢測儀器研究應(yīng)用的檢測儀器為EMS－2003智能磁記憶/渦流檢測儀(圖4)是新一代電磁無損檢測設(shè)備，集金屬磁記憶檢測技術(shù)、渦流檢測技術(shù)以及數(shù)字電子技術(shù)和微處理機技術(shù)于一體。該儀器采用最先進的微機技術(shù)、DSP技術(shù)和SMT工藝制造技術(shù)，性能穩(wěn)定可靠，信噪比高，能實時、有效地檢測金屬材料缺陷，區(qū)分合金種類和熱處理狀態(tài)以及厚度變化測量等，是一款實用性很強的數(shù)字化、多功能、便攜式電磁檢測設(shè)備。該檢測儀的特性如下:①功能強大，具有磁記憶/渦流/遠場檢測功能;②操作簡便;③EL顯示;④靈敏直觀。應(yīng)力集中和金屬缺陷的位置可在檢測過程中即時確定;⑤具有數(shù)據(jù)分析功能;⑥具有數(shù)據(jù)存儲功能;⑦具有數(shù)據(jù)通訊功能。可通過RS232標準通訊接口與臺式計算機或同類儀器通信;⑧便攜實用。體積小，重量輕，功耗低，結(jié)構(gòu)緊致輕便，采用交、直流一體電源供電，儀器能在機內(nèi)鋰電池支持下連續(xù)工作4h以上。

3研究與應(yīng)用

利用EMS－2003智能磁記憶/渦流檢測儀對洗煤廠振動篩進行例行檢測。圖5為319#BRU－1－420/610型香蕉直線振動篩第三根梁左側(cè)第二個軌座處的檢測結(jié)果，結(jié)合金屬磁記憶檢測技術(shù)判據(jù)，可以看出該處可能存在裂紋故障。根據(jù)此判斷，將包裹在振動篩第三根大梁左側(cè)第二個軌座處的橡膠蒙皮拆除，果然發(fā)現(xiàn)了長約100mm的裂紋，如圖6所示。由于成功檢測出振動篩大梁的早期裂紋故障，為其備件訂購、維修贏得了時間，因此避免了一次有可能造成的巨大經(jīng)濟損失。4結(jié)語現(xiàn)代化選煤廠多采用模塊化設(shè)計與安裝、流水線作業(yè)的生產(chǎn)方式。振動篩是選煤流水線上的關(guān)鍵設(shè)備之一，承擔著煤炭洗選工業(yè)的分級、脫介、脫水、脫泥等重要職能，一旦出現(xiàn)突發(fā)故障，會導致整個生產(chǎn)線停工停產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟損失。金屬磁記憶檢測技術(shù)是一種新興的無損檢測技術(shù)，具有無需專門磁化，提離效應(yīng)小，無需清洗、打磨等預(yù)處理，無需去除蒙皮等表面涂層，檢測效率高，檢測結(jié)果準確等諸多優(yōu)點。通過采用金屬磁記憶檢測儀器對馬脊梁洗煤廠319#振動篩大梁進行檢測，預(yù)先發(fā)現(xiàn)了一處長約100mm的早期裂紋，從而為其備件訂購、維修贏得了時間，避免了一次有可能造成的巨大經(jīng)濟損失。該檢測技術(shù)對于其他類似鐵磁性構(gòu)件的裂紋缺陷早期檢測也具有借鑒意義。

作者：張強 薛光輝 單位：中國中煤能源集團公司 中國礦業(yè)大學 (北京) 機電與信息工程學院