搜索结果: GB/T 33210-2025, GB/T33210-2025, GBT 33210-2025, GBT33210-2025
| 标准编号 | GB/T 33210-2025 (GB/T33210-2025) | | 中文名称 | 无损检测 基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测方法 | | 英文名称 | Non-destructive testing - Test method for determining residual stresses based on inverse magnetostrictive effect | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J04 | | 国际标准分类 | 19.100 | | 字数估计 | 30,379 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2025-08-29 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 33210-2016 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 33210-2025: 无损检测 基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测方法
ICS 19.100
CCSJ04
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 33210-2016
无损检测 基于逆磁致伸缩效应的残余
应力检测方法
2025-08-29发布
2025-08-29实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 检测原理 1
5 安全要求 2
6 通用检测工艺规程 3
7 检测系统 3
8 检测程序 5
9 检测记录与报告 8
附录A(资料性) 主应力差与电流差、差分电压的关系 9
附录B(资料性) 基于剪应力差法的主应力分离计算方法 12
附录C(资料性) 确定灵敏度 16
附录D(资料性) 检测示例 18
附录E(资料性) 检测报告示例 20
参考文献 22
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件代替GB/T 33210-2016《无损检测 残余应力的电磁检测方法》,与GB/T 33210-2016相
比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下:
---更改了范围(见第1章,2016年版的第1章);
---增加了灵敏度、极和剪应力差法的术语和定义(见3.1、3.2和3.3);
---增加了检测原理(见第4章);
---增加了安全要求(见第5章);
---删除了人员资格(见2016年版的第4章);
---增加了通用检测工艺规程(见第6章);
---更改了检测系统(见第7章,2016年版的第6章);
---更改了检测程序(见第8章,2016年版的第7章);
---更改了检测记录与报告(见第9章,2016年版的第8章)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由全国无损检测标准化技术委员会(SAC/TC56)提出并归口。
本文件起草单位:中国特种设备检测研究院、上海材料研究所有限公司、广东省特种设备检测研究
院佛山检测院、中国矿业大学、宁夏大学、思特尔智能检测系统(苏州)有限公司。
本文件主要起草人:丁克勤、蒋建生、辛伟、邓波、王志杰、殷春浩、时朋朋、丁杰、刘海顺、陈力、赵娜、
陈光、汪文帅、李娜、张理京、魏明、程亚宇、李家顺、吴志航、韩丽娜。
本文件于2016年首次发布,本次为第一次修订。
无损检测 基于逆磁致伸缩效应的残余
应力检测方法
1 范围
本文件描述了基于逆磁致伸缩效应的铁磁性材料表面残余应力的检测方法。
本文件适用于铁磁性结构件的表面残余应力检测(例如特种设备、交通、能源等领域的铁磁性结
构件)。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 12604.6 无损检测 术语 涡流检测
GB/T 20737 无损检测 通用术语和定义
3 术语和定义
GB/T 12604.6和GB/T 20737界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
灵敏度 sensitivity
检测仪器在单位应力作用下的输出电压或电流值。
注:单位为毫伏每兆帕(mV/MPa)或毫安每兆帕(mA/MPa)。
3.2
极 pole
检测传感器中绕制激励线圈和检测线圈的爪部分。
注:如U型的二极传感器、四极传感器和九极传感器等。
3.3
通过基于逆磁致伸缩效应的测量方法直接获得主应力差和主应力方向,利用弹性力学的平衡方
程,确定出一点平面应力状态的各个应力分量的分析方法。
注:剪应力差法是二维平面应力分析中主应力分离常用的计算方法。
4 检测原理
铁磁性材料内部存在残余应力时,由于逆磁致伸缩效应,残余应力会在结构件中产生磁特性(表现
为磁导率或磁阻)的变化,进而通过测量表面磁感应信号实现对结构件内残余应力的检测。基于逆磁致
伸缩效应的残余应力检测原理见图1。
标引序号说明:
1---磁芯;
2---激励线圈;
3---检测线圈;
4---被检工件;
5---空气隙。
图1 基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测原理
在进行检测时,首先向激励线圈通入正弦电压(E),激励电流(Ie)产生的磁通(Φ)经激励极、激励极
空气隙、被检铁磁性材料、检测极空气隙和检测极后回到激励极,构成闭合回路。在该回路中,被检工件
中存在残余应力时,所对应的磁阻发生变化,回路磁通量(Φ)也发生变化,进而引起检测线圈中感应电
压发生改变,与该处的主应力差(σ1-σ2)存在一一对应关系,见公式(1):
σ1-σ2=
V20+V245 (1)
式中:
σ1 ---最大主应力,单位为兆帕(MPa);
σ2 ---最小主应力,单位为兆帕(MPa);
V0 ---四极或九极传感器与X 轴成0°时的差分输出电压,单位为微伏(μV);
V45 ---四极或九极传感器与X 轴成45°时的差分输出电压,单位为微伏(μV);
K ---电压式仪器灵敏度,单位为微伏每兆帕(μV/MPa)。
感应电压与主应力方向角的关系,见公式(2):
θ=-
2arctan
(V45/V0) (2)
式中:
θ ---主应力方向角,单位为度(°);
V0 ---四极或九极传感器与X 轴成0°时的差分输出电压,单位为微伏(μV);
V45---四极或九极传感器与X 轴成45°时的差分输出电压,单位为微伏(μV)。
主应力差与电流差、差分电压的关系见附录A。
再利用剪应力差法对主应力差(σ1-σ2)进行分离计算,得到主应力σ1、σ2和分应力σx、σy的大小。
基于剪应力差法的主应力计算方法见附录B。
5 安全要求
使用本文件的用户应在检测前建立安全准则。
检测过程中应至少符合以下安全要求:
a) 在实施检测前,对检测过程中伤害检测人员的各种危险源加以辨识,并对检测人员进行培训和
采取必要的保护措施;
b) 检测人员遵守被检构件现场的安全要求,根据检测地点的要求穿戴防护工作服和佩戴有关防
护设备;
c) 若有要求,使用的电子仪器具有防爆功能;
d) 在封闭空间内进行操作时,辨识氧气含量等相应因素,采取必要的保护措施;
e) 在高空进行操作时,辨识人员、检测设备器材坠落等因素,采取必要的保护措施;
f) 在极端环境下进行操作时,如低温、高温等条件下,辨识人员冻伤、烫伤、中暑等因素,采取必要
的保护措施;
g) 检测前,辨识存在的强磁干扰,对可能受影响的设备、人员做好防护。
6 通用检测工艺规程
从事基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测的单位应按本文件的要求制定通用检测工艺规程,其内
容应至少包括:
a) 适用范围;
b) 引用标准、法规;
c) 检测仪器设备,如传感器、信号线、电缆线、仪器主机、检测数据采集和分析软件等;
d) 被检构件的信息,如几何形状与尺寸、材质等;
e) 检测覆盖范围及检测仪器参数设置;
f) 被检构件表面状态;
g) 检测时机;
h) 检测过程和数据分析解释;
i) 检测结果的评定;
j) 检测记录、报告和资料存档;
k) 工艺规程的编制、审核和批准人员;
l) 编制日期。
7 检测系统
7.1 检测系统构成
基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测系统构成见图2。根据被检构件的材料特性,选择灵敏度和
激励信号频率;计算机根据计算结果控制信号发生单元,产生所需频率的电磁信号,经功率放大单元放
大后驱动激励线圈施加磁场,并在被检构件表面形成闭合磁路;检测线圈检测到被检构件中残余应力引
起的磁特性变化,产生相应的电信号;信号放大器将信号采集单元接收到的信号放大后通过模数转换输
入计算机;计算机进行信号分析处理后,得到残余应力大小和方向的检测结果。
图2 基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测系统构成
7.2 传感器
7.2.1 传感器分类
7.2.1.1 按传感器极的数量,传感器分为以下类型:
---二极传感器;
---三极传感器;
---四极传感器;
---九极传感器。
7.2.1.2 按传感器输出信号,传感器分为以下类型:
---电流式;
---感应电压式。
7.2.2 传感器选择
选择传感器应辨识:
---被检构件的材料特性,如是否导电或导磁;
---被检构件的几何尺寸,如管材、板材、棒材、型材;
---被检构件的外部状况,如表面可接近状况、包覆层材料;
---被检构件的环境状况,如温度、强磁场。
7.3 检测仪
7.3.1 总体要求
检测仪应包含激励单元、信号处理单元、上位机(计算机)、信号采集与分析软件。
检测仪应满足以下要求:
---激励信号的频率、幅值可调;
---数据采集频率不低于激励信号最高频率的10倍,与信号激励具有同步功能;
---根据被检构件材料特性,给出标定曲线和灵敏度;
---检测信号实时存储,以备后续处理和分析;
---具有绘制和存储残余应力大小和方向的功能。
7.3.2 检测仪的组成单元
7.3.2.1 激励单元
激励单元的功能主要是产生相应的激励信号,进而驱动激励线圈产生交变磁场,在被检构件中激发
出相应的磁场变化。应根据被检构件状况和传感器类型选择合适的激励单元。
7.3.2.2 信号处理单元
信号处理单元能将传感器接收到的信号进行放大等调理,输入到计算机。信号处理单元包括信号
采样单元信号和放大器。
信号采样单元能将模拟信号转换成数字信号,输入到计算机。信号采样单元的采样频率应至少大
于激励频率的10倍。
信号放大器能放大来自传感器的信号,同时采用带通滤波器去除干扰噪声。
信号处理单元应与传感器、激励单元和检测目的相匹配。
7.3.2.3 信号采集与分析
基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测信号采集与分析软件应至少具备以下功能:
---信号采集;
---信号存储;
---信号分析;
---信号回放。
7.3.3 检测仪的性能
7.3.3.1 灵敏度
输出信号为电流的检测仪对残余应力的灵敏度不应小于10μA/MPa。
输出信号为感应电压的检测仪对残余应力的灵敏度不应小于100μV/MPa。
7.3.3.2 重复误差
测量得到的主应力差和主应力方向角重复误差应分别小于20MPa和7°。
计算得到的主应力重复误差应小于20MPa。
7.4 标定试样
标定试样用于对检测仪器灵敏度及其功能进行测试。标定试样选用的材质与被检构件一致,标定
试样的长度、厚度及加工要求见GB/T 228.1。
7.5 检测设备的维护和核查
每6个月对检测设备进行周期性维护和核查,以保证仪器功能。
在现场检测时,如怀疑设备的检测结果,应对设备进行功能核查和调整,并记录每次核查结果。
8 检测程序
8.1 检测前的准备
8.1.1 资料审查
资料审查应包括:
a) 被检构件制造文件资料,如产品合格证、质量证明文件、竣工图等,重点了解其类型、结构特征
和材质特性等;
b) 被检构件检测资料,如历次检测报告;
c) 被检构件其他资料,如维护、保养、修理和改造的文件资料等。
8.1.2 现场勘查
在现场勘查时,应找出所有影响检测结果的强磁源,宜尽可能设法排除这些强磁源。
8.1.3 检测作业指导书或工艺卡编制
对于每个被检构件,根据使用的仪器和现场实际情况,按照通用检测工艺规程编制被检构件残余应
力检测作业指导书或工艺卡;确定传感器型号和表面条件,画出被检构件结构示意图,确定检测次序。
8.2 检测部位表面处理
检测部位表面处理规定如下:
a) 检测部位表面不应存在液体或污垢等固体残留物以及影响检测结果的障碍物;
b) 条件不允许情况下,可进行非接触测量,可保留厚度小于10mm的涂层、防腐层或保温层,但
宜通过贴相同厚度聚氯乙烯薄膜对检测仪器灵敏度进行测量和确定。
8.3 确定灵敏度
8.3.1 标定曲线的绘制
标定曲线的绘制应包括以下内容。
a) 选择与被检构件材质、化学成分、热处理状态相同的标定试样,确保标定结果的准确性和可
比性。
b) 对标定试样施加已知的应力值,覆盖检测所需的应力范围(通常为0σs~0.9σs),确保标定曲线
涵盖实际检测过程中可能遇到的应力水平。
c) 使用检测系统对标定试样进行多次测量,记录不同应力下传感器的输出电流差(ΔI)或电压差
(ΔV)。
d) 将记录的数据整理成应力值与信号输出之间的关系图,绘制标定曲线。通常采用三折线段近
似描述标定曲线,以适应非线性关系。
e) 验证标定曲线的准确性,确保不同折线段的拟合度良好,检测系统能在各应力段准确反映应力
变化。
8.3.2 灵敏度的计算
灵敏度的计算应包括以下内容:
a) 根据标定曲线,计算电流式仪器灵敏度[α(m)]和电压式仪器灵敏度[K(m)],其中m=1,2,
3,分别对应标定曲线的三折线段。电流式仪器灵敏度[α(m)]和电压式仪器灵敏度[K(m)]计
算公式见附录C。
b) 将加载应力范围分为三个折线段,分别计算每一段的灵敏度。具体步骤如下:
---对于第一折线段,计算得到灵敏度α1 和K1;
---对于第二折线段,计算得到灵敏度α2 和K2;
---对于第三折线段,计算得到灵敏度α3 和K3。
c) 通过多次标定试验,验证灵敏度的重复性和可靠性。确保在不同的标定试样和相同的试验条
件下,灵敏度的波动在5%以内。
8.4 确定激励频率和最佳激励电流
激励电流频率和大小由以下方式确定。
a) 根据测量深度选择激励电流的频率。激励频率按公式(3)计算:
f= ρπμδ2
(3)
式中:
f ---激励频率,单位为赫兹(Hz);
ρ ---电阻率,单位为欧姆米(Ω·m);
μ ---磁导率,单位为亨每米(H/m);
δ ---测量深度,单位为米(m)。
以铁磁性材料Q235为例,Q235的电阻率为1.9×10-7Ω·m,磁导率为5.03×10-3H/m,激励频
率和测量深度的关系见表1。
表1 激励频率和测量深度关系表
测量深度
mm
激励频率
Hz
0.01 120000
0.02 30100
0.05 4800
0.08 1880
0.1 1203
0.15 535
0.2 301
0.25 193
0.3 134
0.5 48
1.0 12
b) 激励电流频率不变,改变激励电流大小,绘制标定曲线,根据灵敏度确定最佳激励电流。
8.5 检测位置选择
应按照以下原则选择检测位置。
a) 根据被检构件的设计和使用情况,选择应力集中较高的区域作为检测位置。这些区域通常包
括焊缝、热影响区以及其他几何形状复杂或载荷集中的部位。
b) 根据被检构件的历史运行记录和历次检验资料,选择曾经出现过缺陷或异常的区域作为重点
检测位置。
8.6 检测实施
8.6.1 检测仪器调试
检测仪器的调试包括以下步骤:
a) 连接传感器与仪器主机;
b) 打开仪器开关通电,并按仪器制造商规定的时间预热,使仪器达到稳定工作状态;
c) 按照被检构件的具体情况和确定的激励频率和激励电流大小、灵敏度等设定仪器的工作参数;
d) 对被检结构件施加激励信号,测量构件的检测点位产生的响应信号;
e) 进一步调节仪器工作参数,使仪器处于良好的工作状态。
8.6.2 检测过程
基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测过程包括以下步骤:
a) 根据被检对象确定x和y方向;
b) 确定检测区域,标出检测点,并按照顺序对每个检测点进行标号;
c) 从第1个标点开始,逐行逐点进行检测;
d) 所有点检测完毕后,对检测数据进行存储记录和分析。
具体示例见附录D。
实际检测时,如果检测对象周围的磁环境不稳定或存在强磁场源(如电机、变压器等),则影响检测
结果。温度变化影响材料的磁性,在高温或低温环境下使用时,应进行温度补偿。如果被检对象表面有
涂层、氧化膜或有其他非磁性物质覆盖,当覆盖层厚度超过一定数值时,会屏蔽或扭曲磁场信号并产生
测量误差。
8.6.3 检测信号分析
利用二极传感器检测设备测量残余应力时,应通过调整二极传感器与X 轴的角度进行测量,对每
一测量点分别在0°、45°和90°方向提取电流差信号。采用四极和九极传感器时,对每一测量点分别在0°
和45°方向提取差分电压信号,然后计算出主应力差的大小和主应力方向角。具体计算公式见附录A。
得到主应力差和主应力方向角后,利用剪应力差法对主应力差进行分离,计算得到主应力和分应力
的大小,具体的计算方法见附录B。
9 检测记录与报告
9.1 检测记录
应按检测工艺规程的要求记录检测数据和有关信息。
9.2 检测报告
基于逆磁致伸缩效应的残余应力检测报告应至少包括:
a) 委托单位;
b) 检测单位;
c) 被检构件的信息,如名称、编号、材料和几何尺寸等;
d) 本文件编号、相关规范和规定文件;
e) 检测仪器型号、传感器型号;
f) 检测仪器工作参数设置;
g) 传感器检测部位示意图;
h) 数据文件名;
i) 检测结果分析;
j) 检测结论;
k) 检测人员姓名和审核人员签字;
l) 检测日期。
检测报告示例见附录E。
附 录 A
(资料性)
主应力差与电流差、差分电压的关系
A.1 主应力差与电流差之间的关系
利用二极传感器测量残余应力时,通过调整二极传感器与X 轴的角度进行测量。测量传感器与X
轴成0°、45°、90°时,主应力方向角和电流差的关系见公式(A.1):
θ=-
2arctan
2I45-I0-I90
I90-I0
÷ (A.1)
式中:
θ ---主应力方向角,单位为度(°);
I0、I45、I90---传感器分别在0°、45°、90°方向电流输出值,单位为微安(μA)。
主应力差和电流差的关系,见公式(A.2):
(σ1-σ2)=
I90-I0
α(m)cosθ
(A.2)
式中:
σ1 ---最大主应力;
σ2 ---最小主应力;
I0、I90---传感器分别在0°、90°方向电流输出值,单位为微安(μA);
α(m) ---电流式仪器灵敏度,单位为微安每兆帕(μA/MPa),m=1,2,3,表示采用三折线段描述
标定曲线;
θ ---最大主应力方向与X 轴夹角。
A.2 主应力差与差分电压之间的关系
利用四极传感器测量残余应力时,四极传感器的磁极分布见图A.1。传感器对称设置有2个磁化
脚和2个输出脚,分别缠绕磁化用线圈和输出用线圈。磁化线圈通交流电流。将传感器放在被检铁磁
性材料上进行检测,当被检铁磁性材料中没有残余应力时,传感器两输出脚的线圈没有输出信号,输出
电压为零;当被检铁磁性材料有残余应力时,残余应力张量引起不同方向磁特性的差异,即磁各向异
性,此时两输出脚的输出电压不为零。当磁化信号呈周期性变化时,输出线圈中会产生电压信号。
a) σ=0 b)σ≠0
图A.1 四级传感器的磁极分布
实际测量时,测量传感器与X 轴成0°的差分电压信号与主应力差的关系见公式(A.3):
V0=K(m)(σ1-σ2)cos(2θ) (A.3)
式中:
V0 ---四极或九极传感器与X 轴成0°时的差分输出电压,单位为微伏(μV);
K(m)---电压式仪器灵敏度,单位为微伏每兆帕(μV/MPa),m=1,2,3,表示采用三折线段描述
标定曲线;
σ1 ---最大主应力,单位为兆帕(MPa);
σ2 ---最小主应力,单位为兆帕(MPa);
θ ---主应力方向角,单位为度(°)。
测量传感器与X 轴成45°的差分电压信号与主应力差的关系,见公式(A.4):
V45=K(m)(σ1-σ2)cos[2(θ+45)] (A.4)
式中:
V45 ---四极或九极传感器与X 轴成45°时的差分输出电压,单位为微伏(μV);
K(m) ---电压式仪器灵敏度,单位为微伏每兆帕(μV/MPa),m=1,2,3,表示采用三折线段描述
标定曲线;
σ1 ---最大主应力,单位为兆帕(MPa);
σ2 ---最小主应力,单位为兆帕(MPa);
θ ---主应力方向角,单位为度(°)。
因此,由检测电压信号V0、V45对主应力差(σ1-σ2)按公式(A.5)计算:
σ1-σ2=
K(m)
V20+V245 (A.5)
式中:
σ1 ---最大主应力,单位为兆帕(MPa);
σ2 ---最小主应力,单位为兆帕(MPa);
V0 ---四极或九极传感器与X 轴成0°时的差分输出电压,单位为微伏(μV);
V45 ---四极或九极传感器与X 轴成45°时的差分输出电压,单位为微伏(μV);
K(m) ---电压式仪器灵敏度,单位为微伏每兆帕(μV/MPa),m=1,2,3,表示采用三折线段描述
标定曲线。
由检测电压信号V0、V45对主应力方向角(θ)按公式(A.6)计算:
θ=-
2arctan
(V45/V0) (A.6)
式中:
θ ---主应力方向角,单位为度(°);
V0 ---四极或九极传感器与X 轴成0°时的差......
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