Đặc trưng hóa các tín hiệu từ tính tự phát cho ứng suất tồn dư trong quy trình hàn hồ quang plasma chuyển giao

Zhengchun Qian1, Haihong Huang1, Lunwu Zhao1, Qingdi Ke1, Gang Han1
1School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, China

Tóm tắt

Ứng suất tồn dư được tạo ra trong quá trình hàn hồ quang plasma chuyển giao (PTAW) có tác động mạnh mẽ đến hiệu suất phục vụ của các thành phần tái chế. Trong nghiên cứu này, một phương pháp kiểm tra không phá hủy mới dựa trên các tín hiệu từ tính tự phát được sử dụng để đặc trưng hóa ứng suất tồn dư trong PTAW. Kết quả thực nghiệm cho thấy cả hai thành phần tín hiệu từ tính tiếp tuyến Hp(x) và thành phần pháp tuyến Hp(y) đều có thể xác định các vùng ứng suất tồn dư cao từ mẫu hàn. Một giá trị đặc trưng mới Hp được đề xuất để phản ánh sự phân bố ứng suất tồn dư, và giá trị trung bình Hpa được tính toán thêm để định lượng mức độ ứng suất tồn dư. Giá trị đặc trưng Hpa tăng một cách xuất phát theo hàm mũ với sự gia tăng ứng suất tồn dư trung bình σa song song với lớp phủ cladding, trong khi đó nó giảm theo hàm tuyến tính vuông góc với lớp phủ cladding. Ngoại trừ các gradient nhiệt độ, các pha khác nhau với các thuộc tính cơ học vật liệu khác nhau có thể dẫn đến sự co ngót thể tích khác nhau trong quá trình làm mát, đây có thể là lý do cơ bản dẫn đến ứng suất tồn dư cao và trường từ tính lớn tại vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).

Từ khóa

#ứng suất tồn dư #hàn hồ quang plasma chuyển giao #phương pháp kiểm tra không phá hủy #tín hiệu từ tính #vùng ảnh hưởng nhiệt

Tài liệu tham khảo

Deng DW, Chen R, Zhang HC (2013) Present status and development tendency of plasma transferred arc welding [J]. J Mech Eng 49(7):106–112

Yelbay HI, Cam I, Gür CH (2010) Non-destructive determination of residual stress state in steel weldments by magnetic Barkhausen noise technique [J]. NDT&E Int 43:29–33

Dong LH, Wang Y, Guo WL (2014) Stress measuring techniques and applications in remanufacturing field [M]. National Defense Industry Press, Beijing

Wang W, Yi SC, Su SQ (2016) Experimental investigation of stress and damage characterization of steel beam buckling using magnetic memory signals [J]. Struct Design Tall Spec Build 25(11):505–518

Li HM, Chen ZM (2016) Quantitative analysis of the relationship between non-uniform stresses and residual magnetizations under geomagnetic fields [J]. AIP Adv 6(7):401–406

Roskosz M, Bieniek M (2012) Evaluation of residual stress in ferromagnetic steels based on residual magnetic field measurements [J]. NDT&E Int 45:55–62

Wang ZD, Gu Y, Wang YS (2012) A review of three magnetic NDT technologies [J]. J Magn Magn Mater 324(4):382–388

Xu BS, Dong LH (2015) Metal magnetic memory testing method in remanufacturing quality control [M]. National Defense Industry Press, Beijing

Qi X, Di S, Liu H et al (2012) Magnetic Barkhausen noise, metal magnetic memory testing and estimation of the ship plate welded structure stress [J]. J Nondestruct Eval 31:80–89

Liang B, Gong JM, Wang HT, Ye C (2012) Evaluation of residual stresses in butt-welded joints by residual magnetic field measurements [J]. Appl Mech Mater 217-219:2427–2434

Kolokolnikov S, Dubov A, Steklov O (2016) Assessment of welded joints stress-strain state inhomogeneity before and after post weld heat treatment based on the metal magnetic memory method [J]. Welding in the World 60:665–672

Kolokolnikov S, Dubov A, Marchenkov A (2014) Determination of mechanical properties of metal of welded joints by strength parameters in the stress concentration zones detected by the metal magnetic memory method [J]. Welding in the World 58:699–706

Dubov A, Kolokolnikov S (2010) Comprehensive diagnostics of parent metal and welded joints of steam pipeline bends [J]. Welding in the World 54(9–10):241–248

Roskosz M (2016) Capabilities and limitations of using the residual magnetic field in NDT [C]. 19th World Conference on Non-Destructive Testing, Munich

Roskosz M (2011) Metal magnetic memory testing of welded joints of ferritic and austenitic steels [J]. NDT&E Int 44:305–310

Liu B, Chen SJ, Dong SY et al (2015) Stress measurement of laser cladded ferromagnetic coating with metal magnetic memory [J]. Trans China Welding Inst 36(8):23–26

Huang HH, Han G, Yang C et al (2016) Stress evaluation of plasma sprayed cladding layer based on metal magnetic memory testing technology [J]. J Mech Eng 52(20):16–22

Huang HH, Han G, Qian ZC et al (2017) Characterizing the magnetic memory signals on the surface of plasma transferred arc cladding coating under fatigue loads [J]. J Magn Magn Mater 443:281–286

Dubov A, Dubov A, Kolokolnikov S (2014) Application of the metal magnetic memory method for detection of defects at the initial stage of their development for prevention of failures of power engineering welded steel structures and steam turbine parts [J]. Welding in the World 58:225–236

Mandal S, Kumar S, Bhargava P, Premsingh CH, Paul CP, Kukreja LM (2015) An experimental investigation and analysis of PTAW process [J]. Mater Manuf Process 30:1131–1137

Zhang WM, Qiu ZC, Yuan JJ et al (2015) Discussion on stress quantitative evaluation using metal magnetic memory method [J]. J Mech Eng 51(8):9–13

Li CC, Dong LH, Wang HD et al (2016) Metal magnetic memory technique used to predict the fatigue crack propagation behavior of 0.45%C steel [J]. J Magn Magn Mater 405:150–157

Gao FM, Fan JC (2017) Research on the effect of remanence and the earth’s magnetic field on tribo-magnetization phenomenon of ferromagnetic materials [J]. Tribol Int 109:165–173

Xu L, Cao HJ, Liu HL et al (2017) Study on laser cladding remanufacturing process with FeCrNiCu alloy powder for thin-wall impeller blade [J]. Int J Adv Manuf Technol 90:1383–1392

Ni C, Hua L, Wang XK (2018) Crack propagation analysis and fatigue life prediction for structural alloy steel based on metal magnetic memory testing [J]. J Magn Magn Mater 462:144–152

Jiles DC (1995) Theory of the magnetomechanical effect [J]. J Phys D Appl Phys 28(8):1537–1546

Shi PP, Jin K, Zheng XJ. A general nonlinear magnetomechanical model for ferromagnetic materials under a constant weak magnetic field [J]. J Appl Phys, 2016, 119: 145103–1–8

Xu MX, Xu MQ, Li JW, Xing HY (2012) Using modified J-A model in MMM detection at elastic stress stage [J]. Nondestruct Test Eva 27(2):121–138

Liu Y, Yang YQ, Wang D (2016) A study on the residual stress during selective laser melting (SLM) of metallic powder [J]. Int J Adv Manuf Technol 87:647–656

Li JH, Lin DC (2015) Metallographic atlas of metallic materials [M]. China Machine Press, Beijing

Huang HH, Qian ZC, Yang C et al (2017) Magnetic memory signals of ferromagnetic weldment induced by dynamic bending load [J]. Nondestructive Testing and Nondestruct Test Eva 32(2):166–184