基于磁记忆的建筑钢构件无损检测技术的研究现状及发展趋势

郭欢 孙武强

[摘要]金属磁记忆检测技术是一种发展近20年的无损检测技术，通过检测建筑钢构件在服役状态时的磁场强度来判断其应力集中或损伤部位，为建筑钢结构早期失效和寿命评估提供了一种方便可靠的检测手段。目前，该技术虽有发展，但不充分，还有很大的研究空间。

[关键词]金属磁记忆；无损检测；应力集中；磁场强度

文章编号：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0124 - 02

金属磁记忆检测技术，作为一种新兴的建筑钢构件无损检测技术，是由俄罗斯学者Doubov率先于1997年在美国旧金山举行的第50届国际焊接学术会议上提出的。该技术在早期损伤评估方面极具潜力。但是，由于缺乏系统的基础理论与实践研究，其检测机理仍未澄清，导致该技术只能作为先期检测手段，还需与常规检测技术匹配才能在工程领域使用。

1 磁记忆检测技术与其他无损检测技术对比

常见的钢构件无损检测方法有：磁粉检测、超声波检测、渗透检测、涡流检测、声发射检测。金属磁记忆无损检测与其他检测方法相比有如下优点。（1）不需要人工磁化，它利用的是建筑钢构件在使用过程中的天然磁化强度，因此不局限于检测小的钢构件，也适用于检测大跨度大空间的钢结构；（2）对检测对象不需要做表面处理或其他预处理，这可以降低检测条件，提高检测效率；（3）金属磁记忆检测设备一般体积较小，方便携带；（4）金属磁记忆检测技术不仅能检测停机状态的设备，还能检测正在运行的设备。

2 磁记忆检测技术的研究现状

（1）检测机理方面。普遍以漏磁场切向分量最大值，法向分“过零点”，并辅以磁场梯度的极值来判断铁磁材料的应力集中位置。但检测过程中，提取的磁信号离散度高，造成目前实际工程中钢构件损伤识别与定位的瓶颈问题。

（2）设备探索方面。市面上的磁记忆检测仪检测原理相似，但检测精度、灵敏度、适用范围差别很大：目前单通道笔试探头，常用来测量点的磁信号，虽然精度较高，但是对于大的钢构件通过提取各点的磁信号来判断损伤，效率极低；而多通道的小车探头，可以提取某条线的磁信号，虽然检测效率大有提高，也能较好反应整条线上的磁信号变化规律，但提取磁信号时不稳定，会漏掉一些点，损失一批数据。

（3）周围磁场降噪方面。由于金属磁记忆无损检测方法测得的磁场信号是金属构件的在地磁场作用下的弱磁，很容易受到周围一些铁磁构件的影响，甚至手机信号也会对其测量结果产生影响；目前市场上虽有一些检测仪器有抑制背景磁场的作用，但效果不是特别显著。

（4）应用方面。目前磁记忆检测技术多用于研究小型钢板件或钢铁设备的损伤检测，并没有应用到大型钢结构如门式刚架的损伤检测中去。因此，距离将该技术应用于检测像飞机航站楼等大跨度大空间的钢结构的隐性损伤还有很大差距。

3 磁记忆检测技术的发展趋势

（1）针对检测机理判据不足的问题，国内学者倾向于借助数学模型，引入磁信号的多个参数来协同判断应力集中。目前国内专家学者已有一些成果。例如，任吉林等通过李萨如图封闭区域面积的大小来判断应力集中程度，为磁记忆二维检测提供依据；邸新杰等采用小波包能量谱和神经网络技术对焊缝中是否含有裂纹等缺陷进行了智能识别；邢海燕等在双正交方法基础上研究了焊缝早期隐性损伤临界状态的磁记忆特征提取问题。这些数学模型能否精确定位应力集中，还需大量实例检验。

（2）針对磁记忆检测设备笔试探头检测效率低和多通道探头定位不具体的问题，国内外厂商还在积极摸索改进。例如厦门爱德森公司生产出的磁记忆检测仪有双通道甚至八通道的探头，大大提高了检测效率，能较好反应检测区域磁信号的规律性，但多通道提取的信号，不能与扫描区域的每个点精确对应。测量的数据也是海量的，为研究人员分析磁信号造成不便。在这方面，国内厂商仍然有很大的进步空间。

（3）周围磁场对提取检测构件表面磁信号产生较大的影响，会使我们判断构件损伤大打折扣，在磁场抑制降噪方面值得深入研究。

（4）采用金属磁记忆无损检测技术研究金属小板件和小型金属设备的损伤不是最终目的。目前需要较成熟的理论将该技术推向市场，为大型结构早期损伤预警提供重要的检测手段。国内外众多学者都在积极研究该课题，希望有所突破。例如，西安建筑科技大学苏三庆、王威教授的课题组，近年来一直致力于此项课题的试验研究。他们在研究用磁记忆检测小板件拉伸、小板件弯曲、钢丝绳拉伸、钢梁压弯、钢梁疲劳过程中的损伤已有较显著成果，还将通过探索门式刚架在水平低周往复荷载作用下的磁信号变化，将该项技术由检测构件损伤过度到检测结构的隐性损伤，从而把该项技术推广到实际工程中去。

4 结语

针对磁记忆无损检测技术对建筑钢构件的检测机理研究仍存在较大争议，铁磁体内的应力与磁场关系处在唯象理论阶段。对于受力形式复杂的建筑钢结构而言，可以尝试将传统的力学理论、建筑设计理论以及铁磁学进行对接，找到金属磁记忆效应在钢结构中的力一磁本构关系。另外，磁记忆检测设备也有较大的研究空间。

参考文献：

[1]王威.钢结构隐性损伤的磁记忆识别机理及试验研究[J].结构工程师，2014，30（05）：139 -143.

[2]徐滨士，董丽虹，再制造质量控制中的金属磁记忆检测技术[M].北京：国防工业出版社，2015.