金屬磁記憶二維定量檢測方法
2023-06-04 15:31:51
專利名稱：金屬磁記憶二維定量檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種定量檢測方法，尤其涉及一種金屬磁記憶二維定量檢測方法。
背景技術：
金屬磁記憶檢測技術(MMM)是20世紀90年代以杜波夫教授為代表的俄羅斯學 者率先提出一種嶄新的鐵磁性金屬診斷技術。它是以應力和變形集中區為檢測區域的無 損檢測方法，磁記憶檢測具有設備輕巧、操作簡便、靈敏度高、可靠性好，以及提離效應影響 小、不需要專門的磁化設備等特點，因此，是迄今為止對金屬部件進行早期診斷的唯一行之 有效的無損檢測方法。目前，現有的磁記憶檢測方法主要以單一的法向過零信號來進行判 斷，但是法向分量作為檢測標準也有其不足，割裂了法向與切向分量之間相關的對應特徵， 故單純研究一個方向的分量判斷應力集中部位，會造成帶有缺陷特徵的信息丟失，難免出 現漏檢和誤判。而目前針對切向分量H(X)展開的研究很少。其原因是對切向分量Hp(X) 的提取目前還存在一些問題，主要表現在1、切向分量Hp(X)相對於法向分量Hp(y)非常微 弱，很難進行精確測量；2、切向分量Hp(X)的測量值與傳感器的放置方向有很大的關係。因 此目前國內外很少對切向分量Hp(X)展開研究。
發明內容
本發明的目的在於提供一種金屬磁記憶二維定量檢測方法，解決了目前對金屬磁 記憶檢測方法的研究僅停留在法向分量Hp(y)信號的測量上，對切向分量Hp(X)的研究很 少，割裂了法向與切向分量之間相關的對應特徵的問題。本發明是這樣來實現的，根據鐵磁性材料帶磁偶極子模型得出試件表面法向和切 向漏磁場分布曲線，利用法向和切向漏磁場分量的內在聯繫形成金屬磁記憶法向和切向二 維聯合檢測曲線，二維聯合檢測曲線封閉區域面積大小表徵應力集中區應力集中程度，其 特徵是方法步驟為1)鐵磁性材料試件做拉伸試驗，在彈性，屈服和頸縮3個階段分別設置不同拉伸 載荷；2)達到設定載荷時暫停拉伸，在線提取磁試件表面法向漏場分量，利用矢量合成 的方法提取切向漏磁場分量；3)對提取的法向和切向漏磁場分量做一階微分處理；4)根據金屬磁記憶二維檢測原理將法向和切向漏磁場分量微分信號合成金屬 磁記憶二維檢測曲線，曲線形成封閉區間，封閉區間面積大小表徵應力集中區應力集中大 小；5)得出典型鐵磁性材料在彈性，屈服和頸縮階段的二維檢測閾值，為鐵磁性材料 處於何種狀態提供判據。所述的典型鐵磁性材料優選20號鋼和45號鋼。本發明的優點是對金屬磁記憶信號進行一階微分處理後，可以消除各種信號對磁記憶信號的影響，使得該信號僅於材料內部應力集中區域和大小產生對應關係，並且採 用微分後的信號做二維檢測曲線時，用圖中封閉的缺陷環的大小反映應力集中的程度，可 以作為磁記憶檢測定量化分析的判據，並可望為磁記憶檢測定量化打下基礎，通過進一步 的研究，在今後的磁記憶檢測定量化分析中得到實際應用。
圖1為本發明帶磁偶極子模型。
圖2為本發明試件表面垂直分量漏磁場的分布。
圖3為本發明試件表面水平分量漏磁場的分布。
圖4為本發明試件表面漏磁場的二維分布曲線。
圖5為本發明切向磁場分布擬合曲線。
圖6為本發明切向磁場矢量合成曲線。
圖7為本發明不同應力下切向磁場分布。
圖8為本發明不同應力下法向磁場分布。
圖9為本發明不同應力下法向微分信號。
圖10為本發明不同應力下切向微分信號。
圖11為本發明四種載荷下二維檢測曲線。
具體實施例方式在載荷的作用下，材料內部的不連續部位(如形狀、結構或缺陷)會造成應力的不 均勻分布，出現應力集中現象。同時，由於金屬內部存在著多種內耗效應(如粘彈性內耗、 位錯內耗)，勢必造成動態載荷消除後，加載時形成的應力集中區得以保留，並具有相當高 的應力能。因此，為抵消應力集中區的應力能，在該區域由於磁機械效應作用引發的磁疇組 織的重新取向排列會保留下來，形成磁極，並在構件表面產生漏磁場。當工件上施加拉應力後，應力集中部位產生的洩漏磁場，可以用帶磁偶極子產生 的洩漏磁場來等效。由電磁場理論可知，假定有一矩形槽，磁荷分布在槽的兩壁形成帶磁偶極子，如圖 1所示，面密度為Pms，且看作常數。此時，槽壁上寬度為C^的面 式中η= yj(x + by +(y_y')2r2 = ^ (x - b)2 + (y - y')2則它們的x、y分量為 rrrPj^_bfdn
dH\x =--；----τ
2nM,[{x-bf +{y + Vf]式(2)
r一 ιPmsiy+ V)dnaH, v =-；--τ-
『2πμ0[{χ + δ)2+(γ + η)2]
Γπ ^UPmsiy-^dOrt7v =--r---r-
'2πμ0[{χ + Β)2 +(y + η)2}通過積分疊加後可得總的磁場分量Hx、Hy為Hx = [dHu + [dHlx
「一ι - P咖h(x + b)psm ！h(x-b)- --tg -—---—---tg -~—---^式(3)
2πμ0 (x + b) +y(y + h) 2πμ (χ-6) +y(y + h)
Hy- Ldn^ +LdH2y=-P^InP2 2l「」L 2T4式(4)根據上式的計算可得表面漏磁場的垂直分量和水平分量的分布曲線，如圖2、圖3 所示對式⑶進行近似化簡，式中，b = h = 0. 1mm, y = 1mm，得到//廣^織-乂^)式(5)
2πμ0 χ對式(5)求反函數得
χ = f'x(H )=1Ι^κ;式(6)
M Psm 把式(6)帶入式(4)，此時y為變量，χ為常量，得出Hx與Hy之間的變化關係，y 4叩。ln[/_飢)2+「+吖][(廣諷H/^+O^2]式(7)根據上式的計算可得到表面漏磁場的二維分布曲線，如圖4所示，採用二維的李 薩如圖檢測方法時，可以同時反映出Hp(X)、Hp(y)兩種信號的特徵狀態，避免了應力集中部 位帶有缺陷特徵的信息丟失。並且，李薩如圖中出現的封閉環的大小會隨著應力集中程度 的增加而呈增大趨勢，故可以利用該封閉區域來檢測應力集中位置。本實驗採用一種矢量合成的方法找出了切向分量Hp(X)的分布情況，在應力集中 區域的切向分量％00如圖5所示，切向磁場分布擬合曲線為一條餘弦曲線，其中擬合置信 度為0.99727，方差為0.00221。在垂直應力集中線方向存在最大值。圖6為應力集中區域 切向分量Hp(X)兩兩互相垂直方向磁場矢量合成曲線，切向磁場矢量合成值近似相等，誤差 較小。所以採用切向分量Hp(X)可以用來判斷應力集中的位置和程度，為金屬磁記憶二維 檢測定量分析打下了基礎。為了驗證該方法的可行性，圖7、8分別為不同應力下切向和法向的磁場分布。從
5圖7可以看出，在應力集中區域磁記憶法向分量會出現過零現象，且在零點前後分別出現 極小值和極大值；從圖8可以看出，在應力集中區域磁記憶切向分量會出現一個峰值，且峰 值的大小隨著載荷的增大不斷增大。由於試件在未施加載荷時存在初始磁場，主要由於近 地表面的垂直磁場分布和試樣的外形引起的，且初始磁場近似為一條直線，本實驗採用微 分的方法對實驗數據進行處理。如圖9、圖10所示，為微分後的磁記憶信號，如圖所示，切向分量微分後的信號在 應力集中區域出現過零現象，且過零點前後各有一個極大和極小值，而法向分量微分後的 信號在應力集中區域出現極大值，在遠離應力集中區域兩種信號趨近於零。即微分後的磁 場梯度信號能夠很好的抑制環境磁場的影響，且法向和切向的磁記憶檢測特徵分別被切向 梯度K(x)、及法向梯度K(y)所反映，故以K(y)作為橫坐標，K(χ)作為縱坐標繪製圖形，來 分析磁記憶的二維檢測特徵。如圖11所示，通過上述試驗數據表明隨著試件所加載荷的增大，二維檢測曲線所 形成的閉合曲線面積也隨之增大，這就表明隨著載荷的逐步增大，試件應力集中區域和應 力集中程度都隨之增大。本次試驗結果充分驗證了金屬磁記憶二維檢測應用的可行性。
權利要求
一種金屬磁記憶二維定量檢測方法，根據鐵磁性材料帶磁偶極子模型得出試件表面法向和切向漏磁場分布曲線，利用法向和切向漏磁場分量的內在聯繫形成金屬磁記憶法向和切向二維聯合檢測曲線，二維聯合檢測曲線封閉區域面積大小表徵應力集中區應力集中程度，其特徵是方法步驟為1)鐵磁性材料試件做拉伸試驗，在彈性，屈服和頸縮3個階段分別設置不同拉伸載荷；2)達到設定載荷時暫停拉伸，在線提取磁試件表面法向漏場分量，利用矢量合成的方法提取切向漏磁場分量；3)對提取的法向和切向漏磁場分量做一階微分處理；4)根據金屬磁記憶二維檢測原理將法向和切向漏磁場分量微分信號合成金屬磁記憶二維檢測曲線，曲線形成封閉區間，封閉區間面積大小表徵應力集中區應力集中大小；5)得出典型鐵磁性材料在彈性，屈服和頸縮階段的二維檢測閾值，為鐵磁性材料處於何種狀態提供判據。
2.根據權利要求1所述的金屬磁記憶二維定量檢測方法，其特徵是所述的典型鐵磁性 材料優選20號鋼和45號鋼。
全文摘要
一種金屬磁記憶二維定量檢測方法，其特徵是方法步驟為1)鐵磁性材料試件做拉伸試驗；2)達到設定載荷時暫停拉伸；3)對提取的法向和切向漏磁場分量做一階微分處理；4)根據金屬磁記憶二維檢測原理將法向和切向漏磁場分量微分信號合成金屬磁記憶二維檢測曲線；5)得出典型鐵磁性材料在彈性，屈服和頸縮階段的二維檢測閾值，為鐵磁性材料處於何種狀態提供判據。本發明的優點是可以作為磁記憶檢測定量化分析的判據，並可望為磁記憶檢測定量化打下基礎，通過進一步的研究，在今後的磁記憶檢測定量化分析中得到實際應用。
文檔編號G01N27/83GK101900707SQ20101022781
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月15日 優先權日2010年7月15日
發明者任吉林, 王進, 羅聲彩, 範振中 申請人:南昌航空大學