基于微磁理论的镀层工件裂纹检测仪

2013-07-01 17:56:50来源: 21ic
镀层工件是指在钢材料表面镀有如铬、镍、锌等金属的工件,镀层厚度约为20~80μm。这些金属的磁导率近于1,不适于采用磁粉探伤;其镀层覆盖在铁磁工件表面,也不适于电涡流探伤和超声探伤方法。笔者在国家自然科学基金资助项目研究中,运用微磁检测技术对这种工件裂纹进行了检测,取得了满意的效果。

1 裂纹微磁检测原理

由材料的微观磁特性可知:(1)当外加机械应力时,会使材料中的晶格组织发生变化。在损伤区边缘出现附加磁极,产生磁荷聚集,形成磁场,材料对外显示磁性。缺陷不再扩展,其缺陷磁场强度保持不变。(2)当材料内部存在裂纹、夹杂等缺陷时,也会破坏原来的晶格,形成累计磁场,对外显磁性。

因此在内应力集中或缺陷集中的地方,金属导磁率下降,形成一内部磁源。这一内部磁源向金属表面传递,形成泄漏磁场,其切向分量最大,法向分量具有从正过零到负的变化过程。

金属构件缺陷的存在,就一定产生磁畴固定结点,形成内部磁场。这种磁场十分微弱,按微磁学原理称为微磁点,其检测过程称为微磁检测。

2 裂纹磁畴结点磁荷变异

裂纹磁畴结点磁场按静态磁场的特点向材料表面传递。设裂纹呈V形,宽度为2b,深度为d,长度为L,铁磁材料相对磁导率为μr(如图1所示)。当磁场通过两种介质分界面时,磁感应强度的法向分量是连续的。因此磁场由铁磁区(区域1)进入空气(由于铬与空气的导磁率都近似为1,可认为是一个区域,记为区域2)有:

式中n为法线方向,M1、M2为磁化强度,M2=0,δs为磁荷面密度,它是由μ0M1法线分量在两种不同介质分界面上的不连续形成的,表明磁荷分布在边界处会发生变异,即出现正负峰,检测这一变异就可以发现裂纹。而变异的峰值、位置等特性就反应了裂纹的形状和尺寸。因此磁荷变异理论就形成了裂纹检测的基础。

由文献[5],对如图2所示V形裂纹,磁偶极子在测试点P处产生的磁场其垂直分量为:

3 裂纹特征提取

由式(2)作出的模拟裂纹微磁水平、垂直分量的波形如图3所示。

由图可见:

(1)裂纹磁场垂直分量Hy具有正峰和负峰值,峰—峰值随裂纹的深度增加而增大(峰—峰间的变化梯度增大)。当梯度大于某一阈值时,存在裂纹。

(2)裂纹水平分量具有单峰,峰值随裂纹深度增加而增大。磁场的二次梯度反映了磁场变化的程度。只有在磁场变化非常剧烈的地方,二次梯度的峰值才会很突出。当二次梯度大于某一阈值时,裂纹存在,且随着裂纹深度增加,二次梯度增大。

根据上述特点可提取裂纹特征(图4)。图4(a)为实际检测的信号,(b)为二次梯度信号。由图可见,二次梯度大的信号可判断为裂纹信号。

[1] [2]

关键字:微磁理论  镀层工件  裂纹检测仪

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0701/article_7528.html
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