基于磁记忆效应的焊缝力-磁有限元仿真

东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘要从工业革命之后，人类的科技进入了高速发展的阶段，人们对生活质量的要求越来越高，从而对产品的质量也越来越挑剔。焊接作为工业生产中重要的过程，也是决定产品质量的一大因素。随着服役时间延长焊缝开裂与泄漏事故时有发生，为了保证产品安全使用必须定期对焊缝进行检测分析和安全工作。本文对焊缝进行金属磁记忆方式进行检测，采用可靠性的方法对焊缝缺陷进行计算，进而对焊缝的影响因素进行分析，在此基础上，对焊缝无损检测可靠性进行分析。并提出一些减少影响的意见。本文还对疲劳寿命可靠性进行预测，通过各种可靠性数据分析，过收集系统或单元产品在研制、试验、生产和维修中所产生的可靠性数据，利用威布尔分布来描述机械寿命分布规律得到疲劳寿命数据分析，是对产品可靠性的重要依据。关键词：无损检测；磁记忆；焊缝；可靠性东北石油大学本科生毕业设计（论文）AbstractFromtheindustrialrevolution，mankindhasenteredastageofrapiddevelopmentofscienceandtechnology，peopleareincreasinglydemandinghighqualityoflife，andthusthequalityoftheproductsareincreasinglypicky.Weldingasanindustrialproductionprocessisimportant，amajorfactorindeterminingthequalityofproducts.Withtheservicetimeextensionweldcrackingandspillshaveoccurred,inordertoensurethesafeuseoftheproductmustberegularlyweldsweredetectedandanalyzedandsecurity.Inthispaper,theweldmetalmagneticmemorymodetodetectdefectsinweldsusingReliabilityofmethodtocalculate，andthenweldfactorswereanalyzed，basedonthereliabilityofnon-destructivetestingofweldswereanalyzed.Andtoreducetheimpactofsomeoftheviewsputforward.Thispaperalsopredictedfatiguelifereliability，throughavarietyofreliabilitydataanalysis，overthereliabilityofthedatacollectionsystemorcellproductdevelopment，testing，productionandmaintenancearisingfromuseoftheWeibulldistributiontodescribethedistributionofmechanicallifegetthefatiguelifedataanalysis，itisanimportantbasisforproductreliability.Keywords：Nondestructivetesting；magnetic；Weld；Reliability东北石油大学本科生毕业设计（论文）I目录第1章概述.................................................................................................................11.1课题的来源背景与意义..........................................................................11.2早期常规无损检测方法..........................................................................11.3金属磁记忆检测方法..............................................................................41.4本文的主要研究内容..............................................................................5第2章磁记忆检测技术机理.....................................................................................62.1磁记忆效应机理......................................................................................6第3章焊缝磁记忆检测试验.................................................................................113.1实验材料................................................................................................113.2焊接缺陷类型........................................................................................123.3实验设备................................................................................................133.4夹渣类型缺陷的磁记忆特征实验........................................................153.5不同缺陷类型磁记忆曲线特征研究......................错误!未定义书签。第4章疲劳寿命可靠性预测...................................................................................214.1威布尔分布..............................................................错误!未定义书签。4.2疲劳寿命数据分析..................................................错误!未定义书签。结论...........................................................................................................................25参考文献.....................................................................................................................26致谢...........................................................................................................................27东北石油大学本科生毕业设计（论文）1第1章概述1.1课题的来源背景与意义本课题来源于国家自然科学基金项目《焊缝典型缺陷磁记忆特征提取与反演的定量化基础研究》，项目编号：11272084；国家自然基金项目《振动构件累积疲劳损伤的磁记忆表征及机理研究》，项目编号：11072056；黑龙江省博士后科研启动资助基金，编号LBH-Q13035石油工业作为国家的支柱性产业，在国民经济的发展中有着非常重要的地位，每年都会有许多大规模的建设，石油化工企业易燃、易爆、设备结构复杂、技术含量高，其生产的特点及应用设备的性质也决定了这些设备可靠性的重要性。企业生产运行的基础设备的可靠性非常重要。钢铁等铁磁性金属材料在石油化工行业是非常重要的材料，但由于铁磁性金属材料作为受力结构件，在使用过程中会受到不同程度的冲击，疲劳载荷等的作用，引起早起损伤和宏观裂纹，从而导致失效、断裂引起爆炸产生严重后果、严重的事故。尤其在石油化工领域，一旦事故发生，将造成灾难性的结果。由此可见，高效、可靠的无损检测评估技术对于保障设备的稳定运行和人身安全具有重要意义。目前，在无损检测领域，金属磁记忆检测方法是新兴的无损检测技术，磁记忆检测技术是迄今为止唯一能用于技术早期诊断的无损检测技术，可用于石油、石化、航天等许多领域。金属磁记忆的原理是利用铁磁性材料的磁记忆特性，可以准确可靠地探测对象上以应力集中为特征的危险部件和部位。磁记忆检测具有设备轻便、可靠性好、灵敏度高、操作简单等特点。所以，磁记忆检测是至今进行早期诊断的最有效的检测方法，并得到广泛应用。在此背景下，通过研究磁记忆信号在缺陷附近的分布规律以及提取信号的特征值，运用可靠性算法进行优化处理可以得到直观的、可信的结果，并以这个结果为依据评估待测试件的缺陷情况，对设备的安全运行和产品的质量保证都有着重要的意义。1.2早期常规无损检测方法常规的无损检测技术包括射线法、超声法、涡流法、磁粉检测法和渗透检测法等[1][2][3]。这些早期的常规无损检测技术各有各的特点，但在某些方面也有着很大东北石油大学本科生毕业设计（论文）2的不足。（1）射线法(RT)射线法是利用射线穿过材料时会产生一定的强度衰弱来检测材料中内部结构的不连续性，由于强度不同在胶片上的感光程度也不相同，由此生成材料内部结构不连续的图像。在通过观察射线图能够比较准确的识别出缺陷的性质、数量、尺寸和位置。射线检测在锅炉，压力容器的制造检测中得到广泛的应用，它的检测重点是各种熔化焊接接头，如电弧焊、气体保护焊、气焊等对接接头。射线照相法几乎适用于所有材料，在钢、铜、铝等金属材料上使用均能得到良好的效果。射线检测容易检出那些形成局部厚度差的缺陷，对气孔、夹渣之类缺陷有很高的检出率。缺点是对裂纹类缺陷的检出率则受透照角度的影响，它不能检出垂直照射方向的薄层缺陷，例如钢板的分层。当裂纹面与射线近于垂直时也很难检测出来，对微小裂纹的检测灵敏度低,生产费用大,健康容易受到严重损害。（2）超声法(UT)超声法利用超声波能够透入材料内，并在一个界面进入另一界面时，可在界面边缘发生反射的特性来检测缺陷。当超声波束通过探头自工件一面进入内部时，遇到缺陷或工件另一面时，分別发出反射波束，在荧光屏上形成脉冲波形。根据这些脉冲波形的不同特征可以判断缺陷的位置和大小。在特种设备检测行业中，超声检测通常被用来进行宏观缺陷检测和材料厚度测量。超声检测具有以下特点：超声波方向性好，超声波是频率很高、波长很短的机械波，在超声检测中使用的波长为毫米数量级。超声波像光波一样具有良好的方向性，可以定向发射，犹如手电筒发出的一束光，可以在黑暗中找到所需物品一样，在被检材料中发现缺陷。超声波能量高，超声检测频率远高于声波，而且能量(声强)与频率平方成正比，因此超声波的能量远大于声波的能量。超声波在大多数介质中传播时，传播能量损失小、传播距离大、穿透能力强，在一些金属材料中其穿透能力可达数米，这是其他无损检测手段无法比拟的。超声检测的优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能够对缺陷进行定位和定