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1、ICS77.040.01CCS H 26CSTM团体标准T/CSTMXXXXX-2022应力场磁各向异性检测仪性能与检验Stressfielddetectorbymagneticanisotropy-Performanceandverification202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施中关村材料试验技术联盟发布-XjL.-1刖百本文件按照GB/T1.1-2020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。T/CSTMXXXXX-2022分为如下10部分：第1部分：范围 第2部分：规范性引用文件 第3部分：术语和定义 第4部分：概述 第5部分：一般要求 第6部分：
2、检验参数要求 第7部分：检验条件 第8部分：检验项目和检验方法 第9部分：检验结果表达 第10部分：检验周期 第11部分：附录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。本文件由中国材料与试验团体标准委员会综合标准领域委员会(CSTM/FC99)归口。本文件为首次发布。引言本文件依据GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则、JJF1071-2010国家计量校准规范编写规则、JJF1001-2011通用计量术语及定义、JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示和JJF1094-2002测量仪特性评定进行编写，是性能与检验规范
3、在应力场检测仪器领域的具体应用。目前涉及仪器性能与检验/校准的标准/规范较少，国内外关于应力测量仪器的性能与检验规范主要集中在单轴试验机等方面，应力场磁各向异性测量仪器的性能与检验规范还没有见到。本文件是对应力场磁各向异性检测仪器性能检验的规范性文本，其操作流程及检验内容如参数、项目、方法与结果表达也为其它磁性方法应力检测仪器的性能检验提供有益参考。应力场磁各向异性检测仪性能与检验1范围本文件规定了应力场磁各向异性检测仪性能与检验的一般要求、检验参数要求、检验条件、检验项目和检验方法、检验结果表达和检验周期等，其它相关的磁性应力检测方法可以参照此文件执行。本文件适用于新制造、使用中和维护后的应
4、力场磁各向异性检测仪的性能与检验。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。GB6397-1986金属拉伸试验试样GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T16923钢件的正火与退火GB/T33210-2016无损检测残余应力的电磁检测方法GB/T38811-2020金属材料残余应力声束控制法GB/T40661-2021工频磁场测量仪校准规范C
5、STM-SQ-2022-00551轧制钢板残余应力磁各向异性检测方法JJF1001-2011通用计量术语及定义JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示JJF1071-2010国家计量校准规范编写规则JJF1094-2002测量仪特性评定3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 磁各向异性Magneticanisotropy材料的磁特性尤其是磁导率在应力作用下随方向变化，并在不同的方向上呈现出差异的性质。3.2 磁化线圈Magnetizingcoils用于提供激励磁场、磁化待测试件的传感器线圈组件。3.3 检测线圈Detectioncoils用于提取磁各向异性输出信号以获取应力状
6、态的线圈组件。3.4 应力系数Stresscoefficient测量设备输出电压与被测试件应力值之间的关系系数。3.5 输出电压C）UtPUtvoltage由测量设备拾取、经过处理后检测线圈输出的电压值。3.6 仪器测量精度Measuringaccuracyofinstrument仪器测量值与真实值之间的接近程度，包含分辨力和精度两方面。3.7 低应力试件Low-stressspecimen经过应力消除处理，残余应力接近于零的标准试件。3.8 载荷应力Loadstress由外部施加使工程结构或构件产生内力和变形等效应的各种直接作用。3.9 主应力Principalstresses在测点位置法向
7、量为=（加,”2,3）的微面积元上剪应力为零时的正应力。4概述应力场磁各向异性测试系统由励磁系统、信号采集系统、信号处理系统、加载系统和待测试件等几部分组成。其中，加载系统对试件施加载荷；励磁系统主要用于产生稳定的激励磁场；信号采集系统主要用来接收由于电磁感应而产生的电动势随外加载荷的变化；信号处理系统对接收的信号进行存储、处理，得到需要的数据，并显示出来。对于四磁极传感器，在对向的两个磁极上分别绕上线圈并连接起来，其励磁系统由对向的两个励磁线圈，检测系统则由对向的另外两个检测线圈组成。当励磁线圈中通以一定频率交变电流时，在励磁磁芯中就会有交变磁场产生，其内部将有变化的磁通流过，从而在被测试件
8、表面也将形成一定强度的交变磁场。如果被测试件是各向同性铁磁性材料，忽略漏磁场等因素的影响，或试件在在不受力的情况下，两个反向串接的检测线圈磁极处的磁场强度相等，通过它们的磁通变化情况也相同，因此，通过检测磁芯的磁通等于零，检测线圈中没有感应电动势产生，从而传感器的输出电压信号也等于零。若有应力存在于试件上，试件的磁导率及磁阻随应力方向和大小发生改变，产生磁各向异性，引起穿过两个反向对接的检测线圈磁通量变化，检测仪器产生的感应电动势及输出电压随之改变。利用存在应力的试件被磁化时的磁性各向异性特点,通过提取反映磁各向异性变化的信号来根据应力和电压的对应关系确定应力的大小和方向。四级传感器采用互相垂
9、直两个U型铁芯作磁极，一个铁芯上对向的两个绕组为励磁线圈；另一个铁芯上的两个感应绕组为检测线圈，绕组反向串接，组成差动结构，如图1所示。图1四磁极传感器检测示意图该传感器采用与两对磁极成45。方向作为探头方向，其输出电压为：V=（1-2）cos20（1）其中为灵敏系数，即检测电压与应力差值之间的比例系数。在测量方向上下测量一排辅助点后，可使用以下公式计算剪切应力：Qy=（/R）Sin28由各测点的剪切应力，利用剪切应力差法计算出主应力。1、2o3=华土蜉%+/（3）探头在0。、45。方向测量可确定（-内）和6角，用式（2）和（3）方法可分离得到主应力。分离主应力时，尚须知道一点的应力。对自由边
10、界（JZ=0,可由。1-。2=0与（12+/1）与无应力标准试件相同两个条件确定为零应力状态。灵敏系数可通过单向拉压或四点方曲实验确定，用于反映或衡量仪器的响应能力。试样宽度应大于4倍探头尺寸，长宽比大于6。试样与待测试件材料型号应一致并经消除应力热处理，测试结果用最小的乘法计算值：rf匕AAENlAbifN(M-S)(1l)2-n1f5一般要求5.1 应力场磁各向异性检测仪各组件应齐全、有足够强度，主机、传感器和导线应连接牢固，无松动；5.2 应力场磁各向异性检测仪各工作单元用于插接信号传输线的插头插座应有锁定机构：5.3 应力场磁各向异性检测仪应附有使用说明书和检验合格证书、维护保养手册和
11、使用记录等资料；5.4 应力场磁各向异性检测仪主机上应有铭牌标志，内容包括：仪器名称；型号规格；生产厂家；产品编号；工作电压；测量频率；额定功率；量程范围；适用条件；分辨率。5.5检验人员应经过专门培训，合格后方能上岗。6检验参数要求6.1 测量范围应力场磁各向异性检测仪测量范围应覆盖-600MPa+600MPa区间。6.2 基本误差应力场磁各向异性检测仪测量误差应不超过量程满度值的5%。6.3 检测重复度同一位置5次及5次以上应力检测结果的偏差25MPao7检验条件7.1 环境条件7.1.1 气象条件环境温度：（255）C、相对湿度（605）%。7.1.2 场地条件检验时，检测仪周围不应有强
12、磁场，须谨防电磁干扰的影响。此外，传感器探头直径5倍尺寸范围内，除检验装置和样品外不应有可能影响检测仪正常工作的其他物体。7.1.3 机械振动在稳固的平台上进行，检验区域内应无可察觉的机械振动。7.2 检验工具7.2.1 检验用拉伸试验机7.2.1.1 拉伸空间：大于40Ommo7.2.1.2 拉伸负荷：大于5kN。7.2.2 检验用标准试样7.2.2.1 试样材质检验用的标准试样应采用组织成分均匀的铁磁性材质制备，使用前进行退磁及去除应力处理。7.2.2.2 试样数量检验用的拉伸试样数量应不少于2件，同时进行退磁和应力标定达到相同的应力状态；一件用于应力系数校正，另一件用于示值误差的最大值和
13、检测重复度检验。722.3试样残余应力的去除可选以下2种方式之一去除试件残余应力。7.2.2.3.1按GB/T16923-2008所述方法，利用退火方法对金属标样进行去除应力处理。7.2.23.2按GBZT38811-2020所述方法，利用高能声束方法对标样进行去除应力处理。7.2.3 试样尺寸测量标准拉伸试样的尺寸测量可选用游标卡尺或螺旋测微器（千分尺）。建议选用精度不低于0.05mm的测量工具。7.2.4 电源与信号频率外接交流电源频率应为50Hz,电压为220V；仪器交流信号源频率为01000Hz。8检验项目和检验方法8.1 检验项目应力场磁各向异性检测仪的检验项目见表U表1应力场磁各向
14、异性检测仪的检验项目序号项目名称技术要求条款号检验方法条款号1外观及标志检查8.2.18.2.12应力测量范围6.18.2.2.13应力示值最大允许误差6.28.2.24检测重复度6.37.2.38.2 检验方法8.2.1 外观及标志检查目视及手动调试方法是检查被检验的应力场磁各向异性检测仪及试件的第一步，外观应完好，无影响正常工作的机械损伤。8.2.2 应力示值最大允许误差检验8.2.2.1 应力场磁各向异性检测仪的检验方案(1)试件加工：依据金属拉伸试验试样GB6397-86国家标准，制作金属拉伸标定试件(以42CrMo材质为例)，为了避免边界效应的影响，建议试件厚度5mm、宽度不少于50
15、mm。为去除试件中的残余应力与剩磁，需对待测试的试件进行退火、退磁处理。将试件在退火炉内加热至760C保温30分钟，而后炉冷至400C空冷；检验前放置到退磁器上退磁。试件尺寸参考如图2所示。384.8mm图2检验试件参考尺寸(2)试验机准备：选择万能试验机，打开电源开关和液压泵开关后，设置实验程序如下： 夹具夹持力为30bar； 程序类型为步进加载程序； 初始应力值经过换算为OMPa; 加载步长为IoMPa; 保载时间为60s； 逐渐加载至650MPa(约抗拉强度的60%)时，保载60s后，加载程序自动停止。(3)磁各向异性检测仪准备：打开磁各向异性检测仪接通电源，将激励频率设置为IkHz,励磁电流1A；预热至实时电压显示为稳定值后。打开磁各向异性检测仪配套的测试软件，准备进
