style="width:2.4201in;height:0.63998in" /> (1) 本文是学习GB-T 33210-2016 无损检测 残余应力的电磁检测方法. 而整理的学习笔记,分享出来希望更多人受益,如果存在侵权请及时联系我们
本标准规定了铁磁性材料表面残余应力的电磁检测的技术和方法。
本标准适用于制造、安装、使用过程中的铁磁性材料(例如焊缝、热影响区、母材)及其各种形式的结
构件。
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是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 12604.5 无损检测 术语 磁粉检测
GB/T 20737 无损检测 通用术语和定义
GB/T 12604.5 和 GB/T 20737界定的术语和定义适用于本文件。
按本标准进行检测的人员应经过专业培训。
在进行检测前，需要通过资料审查和现场实地考察获取一些基本信息，至少应包括如下的要素：
a) 检测人员的要求；
b) 检测计划；
c) 检测仪器设备；
d) 仪器状态；
e) 信号记录；
f) 记录表格和报告格式；
g) 母材的材料；
h) 加工工艺；
i) 其他有助于应力检测的结构信息。
检测仪器应得到有资质的第三方测试认证，并获得测试证书，方可使用。其测试证书内容至少包
GB/T 33210—2016
括：灵敏度、误差、可重复性、连续供电时间和数据存储量等。
检测仪器应具有检测数据存储的功能，且至少满足6.1.2～6.1.4的要求。
仪器对应力的灵敏度应大于或等于10μA/MPa 或者100μV/MPa。
直接测量最大剪应力和主方向角重复误差应分别小于20 MPa 和7°。
检测仪器应做到防尘、轻便，便于现场的残余应力检测。
传感器应小巧，以保证与被测工件的耦合，并要求表面平整度和粗糙度与用于标定的试样基本
相同。
在保证整个系统功能、灵敏度和误差的情况下，可用延伸电缆连接探头和仪器主机。
采用数据传输线连接检测设备和电脑，可将保存的检测数据传输至电脑，便于进行数据分析和
评价。
充电应能正常使用外接电源，且保证充电时间不超过7 h。
应对仪器设备进行周期性的检查和调节来校正仪器的功能。在现场进行检测时，如发现仪器设备
产生错误或部分变化，也应对仪器进行功能的检查和调节。维护工作应按照制定的书面程序进行，并应
对每次维护检查的结果进行记录。
7.1.1
用于标定的试样所选取的材料应与被检材料的种类和化学成分相同，且拥有相同热处理条件的
标准拉压试样。
7.1.2 标定试验前，用于标定的试样应经过消应力处理。
7.1.3
用于标定的试样表面应无污垢、油膜、厚氧化层。不满足探头测量所需表面公差等级时，应进行
清理或打磨。非接触测量时，可贴不同厚度的聚氯乙烯薄膜。
7.2.1
在用于标定的试样两侧贴双向电阻应变片，准确地测量一点的应力状态，并防止试样在拉压过
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程中产生偏心。
7.2.2 在标定时应把探头固定在标定位置。
7.2.3 与测试仪器联机，测定应力和输出电流或电压的关系。
7.3.1 根据测量深度选择励磁频率。
7.3.2 改变励磁电流，根据灵敏系数确定最佳励磁电流。
7.3.3 加载范围一般为0～0.9σ、。
7.3.4 反复加载应力以检查其重复性。
确定单向拉伸与压缩条件下的主应力差与电流差(或电压)的关系，绘制标定曲线，确定灵敏度
系数。
7.4.2 主应力差与电流差之间的关系
利用二极探头测量时，测量探头与 X
轴成0°、45°、90°的电流信号与主应力差的关系，见式(1)、式(2):
style="width:2.4201in;height:0.63998in" /> (1)
式中：
style="width:3.83327in;height:0.69908in" />
…………………………
(
2)
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|---|---|
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Ia 、Is 、I 探头在0°、45°、90°方向电流输出值，单位为微安(μA);
θ — — 最大主应力方向与 X 轴夹角；
α — — 电流灵敏度系数，单位为微安每兆帕(μA/MPa)。
利用四极或九极探头测量残余应力时，残余应力输出四极探头的磁极分布如图1所示。探头对称
设置4个脚，分别在对角线脚上绕两个磁化用和输出用线圈。磁化线圈通交流电流。将探头放在钢板
上，没有应力时，探头两输出脚都处在等磁位点，输出两脚的线圈没有输出信号，此时输出电压为零，如
图 la)
所示，当钢板有残余应力时，残余应力引起磁各向异性，此时两输出脚的磁性发生了变化，即两脚
的磁位不同，如图1b)
所示。因此当磁化信号呈周期性变化时，输出线圈中就会产生输出信号电压。
实际测量时，测量探头与X 轴成0°的电压信号与应力差的关系，见式(3):
V 。=K(σ₁-σ₂)cos20 (3)
测量探头与 X 轴成45°方向的电压信号与应力差的关系，见式(4):
Vs=K(a₁-a₂)cos[2(0+45°)] (4)
根据应力差(σ₁- σ₂)及θ与电压信号 V。、Vs的关系，可得到式(5)、式(6):
style="width:3.1067in;height:0.58674in" /> (5)
style="width:3.05337in;height:3.05338in" />
style="width:3.07335in;height:3.05338in" />
style="width:2.88659in;height:2.88684in" />GB/T 33210—2016
style="width:2.74657in;height:0.59994in" />
…………… …………
(6)
式 中 ：
V 。—— 测量探头与X 轴成0°时的输出电压，单位为微伏(μV);
V₄s— 测量探头与 X 轴成45°时的输出电压，单位为微伏(μV);
K - 电压灵敏度系数，单位为微伏每兆帕(μV/MPa)。
C
a) σ=0 b) σ≠0
图 1 四极传感器的磁极分布
残余应力输出九极探头的磁极分布如图2所示。九极探头的应力测试方法与四极探头近似。只是
在得到主应力差(σ₁-
σ2)及主应力角时，探头不需要旋转。其中，九极传感器中间极为激磁绕组，圆周
八个极为感应绕组。
style="width:3.55998in;height:3.37986in" />
b) σ≠0
图 2 九极传感器的磁极分布
实际测量时，图2所示的九极传感器相当于①③⑤⑦极构成一个四极传感器，测量探头与
X 轴 成
0°,电压信号与应力差的关系同式(3);②④⑥⑧极构成另一个四极传感器，测量探头与
X 轴成45°,磁
信号与应力差的关系同式(4);得到的主应力差(a₁-σ₂) 及θ与电压信号 V。、Vs
的关系，同式(5)和
式(6)。
灵敏度系数α或K
由单向拉压或四点弯曲试验确定。单向加载条件下，加载应力σ与△I=Io-
Io,a 与 V=√V+V
近似呈线性关系，为通过原点的一条近似直线。该直线为绘制的标定曲线，直线
的斜率为灵敏度系数α或K 值。加载不同的应力值，得到应力 a 与 电 流 △I 和
电 压 V 的关系，见
式(7)、式(8):
style="width:1.06011in;height:0.6534in" /> …… ………………… (7)
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style="width:1.01323in;height:0.66in" /> …………… ………… (8)
式中：
style="width:0.23993in;height:0.13992in" /> —
单轴应力，单位为兆帕(MPa);
△I,=(Io-I₀),— 垂直于应力方向与应力方向电流差，单位为微安(μA);
V,=√(V?+Vi); 垂直应力方向与应力方向电压差，单位为微伏(μV)。
由式(5)和式(6)确定灵敏度系数α和K 的表达式分别为式(9)、式(10):
style="width:1.19998in;height:1.01992in" /> (9)
style="width:1.35999in;height:0.9933in" /> (10)
对用于标定的试样加载并分别比较电磁检测法与应变片法所测得的应力值。
当电磁检测法与应变片法测量误差在5%以内时，本次试验结束。否则应分析原因并重新绘制标
定曲线，确定灵敏度系数。
检查被测构件表面是否平整，是否有锈蚀。如不符合要求应对表面进行打磨处理，以确保探头能与
被测构件表面充分接触。
检查被测构件表面是否有磁屏蔽材料涂层或包覆层，如有需要剥除。
检测步骤如下：
a) 检测前对检测部位材料进行分析，不同的材料应用不同的标定系数。
b) 检测前确定下检测深度，不同的检测深度应用不同的激励参数。
c)
将探头接触被检测结构工件，确保探头与检测面完全接触，调整探头测量方向并固定牢固，同
一平面内，探头的方向不一致，结果不同。
d) 把主机调整到工作状态。现场使用的仪器设备，在去现场前应当彻底检查。
e)
保证传感器与测试部位接触是否和标定试样基本一致。如满足不了要求，可用贴薄膜方法进
行非直接接触测量。
f) 根据检测者的需要命名一个文件，用来保存待检测的数据。
g) 对主机进行调零。
h) 检测完毕，检测仪会将检测到的数据存入主机。
i) 相应的进行数值分析与计算，编号会自动加1,进行下 一
点的检测。检测完毕后进行数据的 保存。
对两极探头，每一测点在0°、45°和90°方向提取电流差信号，利用式(1)和式(2)计算出主应力差的
大小和方向；对四极和九极探头，每一测点在0°和45°方向提取差分电压信号，利用式(5)和式(6)计算
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出主应力差的大小和方向，然后再进行应力分解得到主应力的大小和方向，计算方法如下：
连续介质中的主应力分解方法如图3所示。作用于正方体各面的平均应力分为垂直成分σ和平行
成分t 。 假定正方体的上下面没有受到应力的作用，则x
方向的合力，见式(11):
σ=σa+(th-Ta) (11)
式中：
σa-a 点的主应力，单位为兆帕(MPa);
C. 点的主应力，单位为兆帕(MPa);
tb—b 点的切向应力，单位为兆帕(MPa);
a—d 点的切向应力，单位为兆帕(MPa)。
根据弹性解析理论，作用于b 面的剪切应力。即为该点的ty,
它与主应力差的关系，见式(12):
style="width:3.02662in;height:0.59334in" /> (12)
θ — — 主应力 与 x 轴之间的夹角，即从主应力σ的方向开始，沿逆时针旋转到
x 轴方向所成
的角；
tuy—— 切向应力，与 b,d 点的切向应力th,ta 大小相等，单位为兆帕(MPa)。
利用式(12)就可以求出，ta, 然后由式(11)求出作用于C
面的垂直应力σ(此时令σa=0, 因 a 点 处在端面),o, 即 为c 点的应力，也是c
点的σ。同理，可依次求出e 点 和f 点的应力σ。和σ,,即为 e 点
和f 点的σ。
由弹性解析理论可得到σ,的表达式，见式(13):
σ 、=σ,—(σ₁-σ2)cos2θ ………………………… (13)
这样在已知主应力差(σ₁-
σ₂)和角度0的条件下，由式(11)～式(13)能够求出相应各点的应力在
x 轴 和y 轴上的分量 σx 、σ,和剪切应力Txy。
再根据弹性解析理论，可得式(14):
p=σ1+σ2=0x+0y q=1- σ2 (14)
由式(14)可推导出式(15):
style="width:4.25996in;height:0.59994in" /> (15)
这样利用式(15)就可以确定图3中各点的主应力σ和σ2。
style="width:5.85327in;height:3.44674in" />
()
图 3 正方体的应力成分
对焊接试件多次(不少于5次)重复测量残余应力主应力差平均波动应不超出±25
MPa 范围；对已
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知应力试样重复测量多次波动应小于20 MPa。
对于一般情况下，要求灵敏系数α大于或等于10μA/MPa 或者K
大于或等于100μV/MPa。
利用仪器主机可回放检测结果，也可应用计算机进行进一步的数据分析计算。
检测报告的内容应当根据检测要求制订，应至少包括以下要素：
a) 检测单位的名称(如适用);
b) 材料；
c) 材料厚度；
d) 验收标准；
e) 表面准备；
f) 用图标示的检测部位；
g) 用于标定的试样；
h) 检测仪器；
i) 检测条件(如温度、灵敏度等);
j) 检测结果；
k) 残余应力检测的可能影响因素；
1) 检测人员姓名和检测日期；
m) 用户签名和有关资质授权签字(如适用)。
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