《《应力场磁各向异性检测仪 性能与检验》标准征求意见稿.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《应力场磁各向异性检测仪 性能与检验》标准征求意见稿.docx（21页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
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
16、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，准备进行试验。(4)检验过程：将夹具调整为合适宽度，之后将试件放置在夹具中，调节夹具到灯亮起，将磁测仪探头放置在预定测点上，探头X方向于试件X方向对齐固定。准备完成后，将万能实验机上的测试旋钮旋转至TEST(检测)位置。然后点击电脑程序中开始按钮，开始试验。加载到设定值时，仪器保载，此时记录下该时电压值，直至完成检验。(5)数据处理：对记录的数据进行拟合处理，要求测试结果与加载应力之间的误差低于3%。8.2.2.2 应力场磁各向异性检测仪的检验流程按照GB/T228.1和7.2.2.1的方法，在7.1规定的环境条件下
17、，利用拉伸试验机对检验用标准试样进行拉伸试验，如图3所示。8.2.23应力校正系数选取一件检验用的拉伸试样，在检测范围内均匀选取不少于IO个应力数值，拉伸机加载应力到达每一应力数值时，保持载荷稳定60秒后再开始检测，记录基准应力值的，同时记录被校仪器测得的应力示值基于i=心7i，计算得到各应力测量点3的应力校正系数垢并将得到的各应力校正系数B输入到被校仪器中。822.4示值误差的最大值选取另一件检验用的拉伸试样,在上述选取的数个应力数值,使得拉伸机加载到达预定应力数值时，保持载荷稳定60秒后再开始检测，记录加载的基准应力值的，同时记录被校仪器测量不少于3次重复测量显示的应力值内(i=l,2,3
18、.；7=1,2,3,.)；各应力测量点的示值误差AgMaXl劭密|,应力场磁各向异性检测仪的示值误差的最大值，即：公IaX=MaX()(5)822.5退磁处理用电磁线圈加交流电，产生交变电磁场，把要退磁的工件放入这个交变电磁场中，然后把线圈中的交流电逐渐减小到零，如此重复多次。8.2.3检测结果重复度检测检验基于上述同一应力测量点进行不少于5次重复测量结果记录，每次重复测量前按照822.5进行处理，应力场磁各向异性检测仪的检测重复度SK为:“=Ln；3式中：勾是基准应力为3的第j次检测的应力值，是基准应力为3的总检测次数且为5的正整数,怖是一组（次）测量值的算术平均。9检验结果表达91检验数据
19、处理检验数据记录在表A,计算出平均值和误差并记录在表中。对于每个检验点，平均值和误差公式由（7）和（8）进行计算：B为+4+83+84+%B=B-BO（8）式中：8为五次测量的平均值，单位为MPa；Big,2,3,4,5）分别为五次测量值，单位为MPa；8误差，单位为MPa;BO为应力标准试样输出的应力标准值，单位为MPa。9.2检验报告检验结果应记录在检验报告上。检验报告应包括以下信息：a）标题“检验报告”；b）承担检验任务的实验室名称和地址；c）检验人姓名；d）检验报告的唯一标识码或编号，每页及总页数的标识；e）申请检验单位的名称及地址；D被检验设备的主要技术参数及编号；g）检验日期；h）
20、检验依据的技术规范；i）检验用仪器设备的准确度、证书号、检定单位和有效期限；j）检验环境的描述；k）检验结果及不确定度；1）检验报告签发人的签名及日期；m）检验结果对被检验对象的有效的声明。IO检验周期应力场磁各向异性检测仪的检验间隔周期原则上不宜超过一年。附录A(规范性附录)检验报告应力场磁各向异性检测仪检验报告见表Ao表A应力场磁各向异性检测仪检验报告检验单位检验时间_年_月_日仪器/型号出厂编号委托单位检验依据检验人员环境温度(C)环境相对湿度()仪器外观及标志情况试样材料及其状态试样标距的规格尺寸应力系数序号基准应力值oi(MPa)应力系数应力系数平均值最大示值误差Max(MPa)检测
21、重复度%(MPa)1234检验结果序号基准应力值oi(MPa)检测应力值i(MPa)示值误差(MPa)1234附录B(规范性附录)应力场磁各向异性检测仪不确定度评定方法8.1 概述本文件给出了应力场磁各向异性检测仪检验时典型情况下合成不确定度的各分量,一些特殊情况下的不确定度源尚未考虑，估计这些不确定度时应进一步判断，并以本文件规范的内容为指导。8.2 应力场磁各向异性检测仪检验不确定度评估8.2.1 测量模型根据检验方法，被校应力场磁各向异性检测仪示值误差的计算见公式(B.1):(B.1)AB=B-Bo式中：B被校应力场磁各向异性检测仪的示值误差，单位为MPa：B被校应力场磁各向异性检测仪的
22、读取示值，单位为MPa：BO应力场磁各向异性检测仪检验装置输出的标准值，单位为MPa。B.2.2不确定度传播律和灵敏系数由于以上各分量互不相关，故按公式(B.2)计算合成标准不确定度：(B.2)UC(AB)=c1u(5)2+c2w(5o)2式中：UC(AB)被校应力场磁各向异性检测仪误差的合成标准不确定度，单位为MPa。C1灵敏系数，为公式(B.1)对输入量B的偏导数：U(F)被应力场磁各向异性检测仪引入的标准不确定度，单位为MPa；C2灵敏系数，为公式(B.1)对输入量8。的偏导数：U(BO)应力场磁各向异性检测仪检验装置引入的标准不确定度，单位为MPa；BC - Cd = = 1灵敏系数分
23、别按公式(B.3)和公式(B.4)计算：(B.3)B.2.3标准不确定度来源被校应力场磁各向异性检测仪引入的标淮不确定度U(B)来源如下：a)被校应力场磁各向异性检测仪电流测量分辨力引入的标准不确定度u1(F):b)被校应力场磁各向异性检测仪电流测量重复性引入的标准不确定度u2(F)o注：当%(B)%(B)时，%(B)可以不重复计入。应力场磁各向异性检测仪检验装置引入的标准不确定度U(BO)来源如下：a)数字仪表测量交流电流时产生的误差引入的标准不确定度4(80)；b)传感器线圈常数引入的标准不确定度%(B0);c)传感器线圈非均匀性引入的标准不确定度%(B0);d)电流源稳定性引入的标淮不确
24、定度上(8。)；e)计算应力场磁各向异性检测仪检验装置输出的标准值时，数值修约引入的相对标准不确定度US(B0)；D检验环境中背景波动引入的标准不确定度“6(8。)。B.2.4标准不确定度评定B.2.4.1应力场磁各向异性检测仪电流测量分辨力引入的标准不确定度设定因被校应力场磁各向异性检测仪电流测量分辨力产生的误差，其区间半宽度为(2,服从均匀分布，其标准不确定度由公式(B.5)计算：W=(23)(B.5)B.2.4.2被校应力场磁各向异性检测仪电流测量重复性引入的标准不确定度测量结果的重复性引入的标准不确定度通过多次重复测量进行评定，当用算数平均值由乍为被测量估计值时，其标准不确定度由公式(
25、B.6)计算：U2(B)=s(F)(B.6)8. 2.4.3被校应力场磁各向异性检测仪引入的标准不确定度被校应力场磁各向异性检测仪引入的标准不确定度由公式(B.7)计算。U(B)=u1(F)2+u2(F)2(B.7)B.2.4.4数字仪表测量交流电流时产生的误差引入的标准不确定度如果数字仪表检验证书中给出了交流电流测量的扩展不确定度U及包含因子匕其标准不确定度按公式(B.8)计算:Ul(BQ)=U/k(B.8)B.2.4.5传感甥线圈常数引入的标准不确定度传感器线圈常数引入的标准不确定度2(殳)由公式(B9)计算：勿(殳)=竽(B.9)式中：Qc,传感器线圈常数的不确定度，单位为特斯拉每安培(
26、T/A)；k系数因子，取决于实际情况。B.2.4.6传感器线圈非均匀性引入的标准不确定度传感器线圈非均匀性引入的标淮不确定度由(8。)由公式(B.10)计算：%(8。)=生詈(B.10)acoll2传感器线圈常数的不确定度，单位为特斯拉每安培(T/A)；k系数因子，取决于实际情况。B.2.4.7电流源稳定性引入的标准不确定度如果电流源检验证书中给出了稳定性的扩展不确定度因子，按公式(B.U)计算：U4(F0)=U/k(B.11)如果电流源有检定证书，设定其最大允差区间内服从均令分布，由此引入的标准不确定度按公式(B12)计算口式及)=IMPE/H(B.12)B.2.4.8计算应力场磁各向异性检
27、测仪检验装置输出的标准值时，数值修约引入的相对标准不确定度设定修约间隔半宽度为小。”/2,服从均匀分布，其标准不确定度由公式(B.13)计算：U5(F0)=drou(23)(B.13)B.2.4.9检验环境中背景波动引入的标准不确定度检验环境中背景波动会对检验数据产生影响，如果无法忽略这一影响时，可以通过长期不间断的记录，获得检验环境中背景磁场序列N=(N11N2,N3,-,Ni取序列中最大值，并设定服从均匀分布，其标准不确定度由公式(B14)计算：U6(B0)=Nmaxy3(B.14)B.2.4.10应力场磁各向异性检测仪检验装置引入的标准不确定度应力场磁各向异性检测仪检验装置引入的标准不确
28、定度由公式(B.15)计算：U(Bo)=J%(Bo)2+的(Bo)2+%(Bo)2+4(Bo)2+式Bo)2+6(Bo)2(B.15)8. 2.5合成标准不确定度评定合成标准不确定度由公式(B.16)计算，式中的全部不确定度分量均互不相关。Ue(A)=u1(B)2+u1()2+u1(0)2u2(0)2+w3(0)2+U4()2+U5(F0)2u6()2(B.16)B.2.6扩展不确定度评定扩展不确定度U(AB)由公式(B.计算：USB)=IaICgB)(B.17)式中：k包含因子；UC(AB)示值误差的标准不确定度，单位为MPa。包含因子根据实际应用所需的置信水平选择，通常女介于2(置信水平9
29、5%)到3(置信水平99%)之间。如无其他规定(在使用者和检验实验室间)，取A=2。附录C(资料性附录)常用铁磁性构件钢材的牌号及其使用场合钢材牌号等级抗拉强度(MPa)使用场合Q195315-390用于承载较小的零件，如铁丝、铁圈、垫铁、开口销、拉杆，冲压件及焊接件等Q215A335410用于拉杆、套圈、垫圈、掺碳零件及焊接件等BQ235A375-460A、B级用于金属结构件、心部强度要求不高的渗碳件和碳氮共渗件、拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓、螺母、套筒、轴以及接件；C、D级用于重要的焊接结构件。BCDQ255A410-510用于转轴、心轴、吊钩、拉杆、摇杆、楔等强度要求不高的零件。BQ275490-610用于轴类、链轮、齿轮、吊钩等强度要求高的零件。42CrMoA1080-1180用于机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、压力容器齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也可用于2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具、折方机模具等。附录D（资料性附录）文件起草人及其单位本文件起草单位：中国矿业大学、北京理工大学、钢研纳克检测技术股份有限公司、中国兵器工业第五九研究所、北京科技大学、中南大学、无锡强力环保科技有限公司、湛江科技学院、徐州工程学院。本文件主要起草人：刘海顺、徐春广、杨卫明、殷春浩、张建卫、孙茂峰、李富强、裴宁、郑林、张津、焦杨、祝昌军、王永锋、魏明、张雷、赵玉成。
