结构钢材中局部腐蚀缺陷的漏磁无损检测的实验研究及分析

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土木工程结构中的钢构件在长期服役中可能发生腐蚀,直接影响到局部构件和整体结构的安全性和稳定性。开展针对钢构件腐蚀缺陷的无损检测技术的应用基础研究,对钢结构服役安全十分必要。本文以钢板和圆钢两类典型钢构件为研究对象,通过分析不同构件的腐蚀缺陷特点和励磁机理差异,实施了传统磁轭激励和环绕线圈激励的两种不同励磁方式开展漏磁无损检测实验研究,测量了腐蚀程度和作用区域等腐蚀参数下的漏磁信号变化,并结合有限元深入讨论了腐蚀缺陷参数对漏磁场信号的影响规律,最后建立了基于腐蚀信号特征量对腐蚀长度和腐蚀量进行定量评价的详细流程。主要的研究内容及结果如下:(1)基于漏磁检测方法开展钢板腐蚀缺陷检测。设计考虑不同钢板腐蚀时间和腐蚀长度工况下的电化学腐蚀实验,腐蚀结束后采集不同工况下钢板表面附近的漏磁信号。漏磁检测的实验结果表明,在相同腐蚀长度下,钢板的漏磁信号随着腐蚀时间的增加而增加;在相同腐蚀时间下,钢板的漏磁信号随着腐蚀长度的增加而减小;建立了不同腐蚀量、不同腐蚀长度与漏磁信号峰谷差值之间的关系;结合有限元模拟和实验数据建立了钢板腐蚀缺陷的评价流程。(2)通过有限元方法分析钢板不同腐蚀缺陷尺寸以及其它因素对漏磁信号的影响。结果表明,腐蚀长度、腐蚀宽度和漏磁信号特征量呈线性关系;漏磁信号随着提离高度的增加而下降,尤其当提离高度大于10 mm时,检测腐蚀缺陷的信号无明显的峰谷值;漏磁信号随着磁轭磁导率的增加而增大;漏磁信号随着线圈匝数和激励线圈电流的增加而增大;而在相同的腐蚀量下,漏磁信号均随着钢板宽度和钢板深度的增加而减小。(3)基于线圈直流磁化方法开展圆钢腐蚀缺陷检测。与传统轴向检测方法不同,本文钢筋沿轴向每45°检测一次,总共采集8个方向的腐蚀信号。8个方向的检测结果表明,通过线圈直流磁化方法获得的缺陷信号有明显的波峰和波谷,更能准确识别缺陷的位置;通过与磁记忆检测结果进行对比,采用线圈直流磁化方法检测到的缺陷信号优于磁记忆检测结果,提高了约35%左右。(4)通过周向检测信号绘制信号云图,并建立信号特征量和平均腐蚀深度之间的相关性。结果表明,随着平均腐蚀深度的增加,圆钢的腐蚀信号是呈线性增长的;通过检测信号云图也可观察到圆钢的腐蚀是周向不均匀的。最后基于圆钢腐蚀量和漏磁信号峰谷差值建立关系曲线对腐蚀缺陷进行评价。(5)通过建立有限元模型分析了圆钢腐蚀长度和腐蚀深度对漏磁信号的影响,发现漏磁信号的切向分量的峰谷差值和法向分量的峰谷差值随腐蚀长度、腐蚀深度的增加而增大。此外还分析了提离高度、钢筋直径、电流大小和线圈匝数对漏磁信号的影响,结果表明,圆钢腐蚀缺陷的漏磁信号非线性变化程度随着提离高度和钢筋直径的增大而减小,随电流和线圈匝数的增大而增大。
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