[实用新型]利用脉冲电磁场测量铁磁材料内应力的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于铁磁材料无损检测领域，具体涉及一种利用脉冲电磁场测量铁磁材料内应力的装置。

背景技术

残余应力问题的广泛性与重要性，已日益为人们所了解。残余应力对于构件的疲劳强度、应力腐蚀、形状精度等均有重大的影响；而它的形成，又随构件的材质、形状、成形与加工工艺过程等的不同而异。如何确定残余应力的大小、调整残余应力的分布、减少或消除残余应力对工程的危害，己成为人们广泛关注的问题。

铁磁材料的应力会导致其磁特性的变化，利用这种磁特性的变化来确定和分析铁磁材料应力的方法称为磁测应力法。磁测应力法具有测量速度高、探测深度大(可达数毫米)、无辐射危险等优点。此外，一般磁测仪携带方便，因而可对使用中的构件进行实时实地且安全的测量。但磁测应力法只能用于铁磁性材料，且对材料结构等因素也敏感，尤其对被测材料的表面质量要求很高，这些因素均在一定程度上限制了磁测应力法在工业上的应用。各种磁测应力法中，以巴克豪森(Barkhausen)磁噪声法较常用，其原理应用已差不多有30年的历史，现今大多数磁测仪均基于此法。但材料的结构，晶粒大小、杂质等对Barkhausen信号有强烈的影响，找出Barkhausen信号与这些因素的关系一直是人们努力的方向。Barkhausen法一般用于浅表测量(0.1mm级)，而其有效测量范围约为材料屈服应力的50％，高于此范围时，Barkhausen信号将出现饱和效应。磁测应力法中英国人Bulte发明的MAPS(Magnetic Anisotropy and Permeability System)法近年来发展较快，此方法找到了磁导率张量和应力的关系并建立了应力和磁导率间的转换模型。但其应力转换数学模型目前仅适用于珠光体型碳素钢及某几类不锈钢，对于其它组织如马氏体型钢及其它材料因素的影响，仍需作进一步研究。这种方法比较复杂，测量准确度差。

由此可见，寻找新的磁特性参数，对材料应力进行快速、准确的测量仍是磁测应力法的发展方向。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用脉冲电磁场测量铁磁材料内应力的装置。本实用新型属于相对测量，其首先是测量出不同应力(已知)作用下铁磁性材料的磁化曲线和磁滞回线，确定出磁性材料的各项磁性参数，进而建立这些磁性参数与材料内应力之间的标定曲线，再利用同样装置探测出未知应力磁性材料(被测工件)的磁性参数，通过上述标定曲线确定内应力。

铁磁体的磁化曲线和磁滞回线代表了磁性材料在外磁场作用下的基本磁特性，实验证明，磁化曲线和磁滞回线灵敏地依赖于磁性材料的结构及微观结构，如晶粒大小及排列取向、内应力分布以及机械加工及热处理条件。不同应力分布可以有不同形状的磁化曲线和磁滞回线，这就表明代表磁性材料性能的磁性参数(剩磁、矫顽力、磁导率等)的大小也不同。本实用新型就是就是利用脉冲电磁场下诱发出的不同形状的磁化曲线和磁滞回线，由磁化曲线和磁滞回线获得反映出的磁性材料性能的磁性参数，根据磁性参数(剩磁、矫顽力、磁导率等)与材料内应力之间的关系来确定铁磁材料内应力的大小和方向。

磁测应力法之所以发展缓慢，其原因之一是在实用过程中存在一定困难，测定的准确度和精度不能满足要求。很多因素对测量结果有很大影响，主要有：1、探头与被测工件间的缝隙使探头与工件内部产生退磁场，缝隙的磁阻非常大；2、被测工件表面质量差异(涂层厚度、表面粗糙度)对测量结果有影响。

为了提高测量准确度，避免测量条件对测量结果的影响，在测量过程中，我们采用专用夹具固定检测探头，使每次测量时，探头和被测工件之间保持固定的距离，减小偶然误差对测量结果的影响。同时采用强脉冲磁场作为激励磁场，由于强脉冲磁场的穿透性，不仅可以减小探头与被测工件间的缝隙及被测工件表面质量对测量结果的影响，而且可以得到较大的探测深度(探测深度极限为1cm，而以往的磁测应力法的探测深度最大能达到2mm，其他无损检测法如×光检测法探测深度限制为10μm级)。

本实用新型所述的利用强脉冲磁场测量铁磁材料内应力的装置包括检测探头、脉冲电磁场电路和数据采集及处理装置(NI数据采集卡PCI6251，PC机)三部分。

如图2所示，探头部分由一组激励线圈、两组感应线圈、带有1个励磁磁极和2个测量磁极的直角轭铁组成，其中激励线圈绕在轭铁的励激磁极上，两组感应线圈分别绕在2个测量磁极上，2个测量磁极与激励磁极之间的两条连线互相垂直并且距离相等，如图1所示，称重传感器置于探头的上面、探头置于被测工件的上面，一同由夹具夹紧。这样，在一次测试过程中可以获得两个垂直方向的磁滞回线。