CN117949117A - 铁磁材料的压缩应力检测方法 - Google Patents

Abstract

一种铁磁材料的压缩应力检测方法，包括以下步骤：S1、以预定频率和电压的交流磁场H对待测工件进行交流磁化，并获得检测线圈检测过程中的实时电压值U(t)；S2、根据U(t)，及安培环路定律获得磁感应强度B(t)，其中，N_B为检测线圈匝数，S_B为磁通路的横截面积；S3、根据B(t)，获得磁特征参数B_max，B_max为B(t)的最大值；S4、根据B_max，以及事先标定的待测工件所属材质的B_max与所受压缩应力σ之间的定量关联关系，即B_max与σ之间成线性关系，B_max＝Kσ+C，获得待测工件所受压缩应力σ。

Description

铁磁材料的压缩应力检测方法

技术领域

本发明涉及铁磁材料弹性变形无损检测技术领域，特别涉及一种铁磁材料的压缩应力检测方法。

背景技术

铁磁钢材因其优良的力学性能，被大量用于制造机械、石油、化工、矿山等重要装备中的关键受载零部件。装备在役过程中，在工作载荷或意外载荷作用下，关键零部件结构中由微观缺陷引发的应力集中或由意外载荷导致的应力过载，是诱发结构失效和破坏、导致安全事故发生的重要原因。因此，对铁磁材料的压缩应力过载前的状态实时检测及评定，即在铁磁材料安全工作压缩应力范围内的实时检测及评定，对保障关键零部件乃至整个装备的结构安全具有重要意义。

目前，压缩应力检测方法主要分为有损和无损两大类检测方法。比较成熟的有损检测方法主要是盲孔法，无损检测方法主要有X射线衍射法、超声波法、中子衍射法和磁测法等。盲孔法虽然检测精度高，但会对构件造成结构损伤；X射线衍射法由于穿透深度浅，在测内部应力时需要对结构进行剥层，亦会对构件造成损伤。因此，盲孔法和X射线衍射法均不适用于在役装备的压缩应力检测。超声波法由于对待测构件表面质量有要求，需要预先对构件进行表面处理，因此测定过程繁琐。中子衍射法由于每次测量都必须先测出自由状态下的晶体晶格原子面间距或掠射角，所以在实际的压缩应力检测中，中子衍射法的应用还存在很多局限。因此，亟需一种适合在役铁磁材料设备的压缩应力检测方法。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种适用于在役铁磁材料设备的铁磁材料的压缩应力检测方法。

一种铁磁材料的压缩应力检测方法，包括以下步骤：

S1、以预定频率和电压的交流磁场H对待测工件进行交流磁化，并获得检测线圈检测过程中的实时电压值U(t)，单位为毫伏(mV)；

S2、根据步骤S1中获得U(t)，及安培环路定律获得磁感应强度B(t)，其中，N_B为检测线圈匝数，单位为r，S_B为磁通路的横截面积，单位为m²，B(t)的单位为mT；

S3、根据步骤S2中获得的B(t)，获得磁特征参数B_max，B_max为B(t)的最大值；

S4、根据步骤S3中获得的磁特征参数B_max，以及事先标定的待测工件所属材质的B_max与所受压缩应力σ之间的定量关联关系，即B_max与σ之间成线性关系，B_max＝Kσ+C，获得待测工件所受压缩应力σ。

优选的，步骤S4中，所述事先标定的待测工件所属材质的B_max与所受压缩应力σ之间的定量关联关系，由以下步骤测得：

S41、采用与待测工件材质相同的铁磁材料制作试件，分别对试件在不同应力σ_n下进行压缩(n为整数，n≥0)；

S42、采用与步骤S1中相同频率和强度的交流磁场，分别对步骤S41中的试件在不同压缩应力下进行交流磁化，并获得检测线圈检测过程中，试件在不同压缩应力下的实时电压值U(t)_n，单位为毫伏(mV)

S43、根据步骤S42中获得的U(t)_n，及安培环路定律获得试件在不同压缩应力时的磁感应强B(t)_n，其中，N_B为检测线圈匝数，单位为r，S_B为磁通路的横截面积，单位为m²，B(t)_n的单位为mT；

S44、根据步骤S43中获得的B(t)_n，获得试件在不同压缩应力时的磁特征参数B_max-n，B_max-n为B(t)_n的最大值；

S45、根据试件所受的压缩应力σ_n，以及试件在不同压缩应力时的磁特征参数B_max-n，标定σ_n与B_max-n之间的定量关联关系，即B_max-n＝Kσ_n+C。

上述铁磁材料的压缩应力检测方法，基于力-磁效应，为一种新的压缩应力检测方法，与现有技术相比，无需对待测工件进行事先处理，过程简便，提高了检测效率，且更适用于在役铁磁材料设备。

附图说明

图1为本发明具体实施例中采用的实验设备结构示意图。

图2为本发明具体实施例中，在频率为20Hz、电压3.2V的交流磁场H1下，45#中碳钢和Q235低碳钢两种材质的试件，磁特征参数B_max-n与压缩应力σ_n之间的定量关系模型。

图3为本发明具体实施例中，在频率为50Hz、电压3.2V的交流磁场H2下，45#中碳钢和Q235低碳钢两种材质的试件，磁特征参数B_max-n与压缩应力σ_n之间的定量关系模型。

图4本发明具体实施例中，在频率为80Hz、电压3.2V的交流磁场H3下，45#中碳钢和Q235低碳钢两种材质的试件，磁特征参数B_max-n与压缩应力σ_n之间的定量关系模型。

图中：信号发生器1；信号放大器2；激励线圈3；检测线圈4；试件5；示波器6。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1，示出了本发明中对待测工件或试件进行交流磁化及采集参数时所采用的实验设备的结构示意图，包括：信号发生器1、信号放大器2、两个激励线圈3、一个检测线圈4、一台示波器6；信号放大器2的输入端与信号发生器1的输出端连接，信号放大器2的输出端分别与两个激励线圈3连接；检测线圈4设置于两个激励线圈3之间；试件5置于两个激励线圈3及检测线圈4的空心内；示波器6与检测线圈4连接，用于测试检测线圈4检测过程中的实时电压值。

本发明的具体实施例包括以下两个阶段：

阶段1、关系模型建立及定量标定阶段，包括以下步骤：

S11、采用与待测工件材质相同的铁磁材料制作试件，本具体实施例中分别采用45#型号的中碳钢和Q235型号的低碳钢两种材质的试件进行说明，对这两种试件分别在0Mpa(为了测试需求，压缩应力为0，即试件不受压缩应力的状态下试件也进行测试)、5Mpa、10Mpa、15Mpa、20Mpa、25Mpa、30Mpa、35Mpa、40Mpa、45Mpa、50Mpa、55Mpa、60Mpa、65Mpa、70Mpa、75Mpa、80Mpa、85Mpa、90Mpa、95Mpa、100Mpa的压力下进行压缩，试件所受的应力σ₀～σ₁₀₀分别为0MPa、5Mpa、10Mpa、15Mpa、20Mpa、25Mpa、30Mpa、35Mpa、40Mpa、45Mpa、50Mpa、55Mpa、60Mpa、65Mpa、70Mpa、75Mpa、80Mpa、85Mpa、90Mpa、95Mpa、100Mpa；

S12、分别采用三种交流磁场对上述两种材质试件在不同压缩应力下σ_n进行交流磁化，第一种交流磁场H1频率为20Hz、电压为3.2V，第二种交流磁场H2频率为50Hz、电压为3.2V，第三种H3交流磁场频率为80Hz、电压为3.2V；在两种试件被上述三种交流磁场交流磁化后，分别获得检测线圈检测过程中的实时电压值U(t)_n，单位为毫伏(mV)；

S13、根据步骤S12中获得的两种试件在三种交流磁场下，不同压缩应力σ_n下的U(t)_n，及安培环路定律分别获得两种试件在三种交流磁场下，不同压缩应力下的磁感应强度B(t)_n，其中，N_B为检测线圈匝数，单位为(请补充)，S_B为磁通路的横截面积，单位为(请补充)，B(t)_n的单位为(请补充)，本次实验采用的参数中，N_B为1080r，S_B为200.96×10^-6m²，所以B(t)_n＝4.6U(t)_n；

S14、根据步骤S13中获得的两种试件在三种交流磁场下，不同压缩应力σ_n下的B(t)_n，分别或两种试件在三种交流磁场下，不同压缩应力σ_n时的磁特征参数B_max-n，分别标定两种试件在三种交流磁场下，σ_n与B_max-n之间的定量关联关系，即B_max-n＝Kσ_n+C，参阅图2、图3及图4所示。

从图2、图3及图4可以看出，在三种交流磁场下，两种试件的压缩应力σ_n与磁特征参数B_max-n之间的定量关联关系均呈线性关系。

阶段二、待测工件压缩应力评定阶段，包括以下步骤：

S1、采用与阶段1中相同频率和电压的交流磁场H1、H2或者H3，对待测工件进行交流磁化，并获得检测线圈检测过程中的实时电压值U(t)，单位为毫伏(mV)；

S2、根据步骤S1中获得的U(t)，及安培环路定律获得磁感应强度B(t)，其中，N_B为检测线圈匝数，单位为r，S_B为磁通路的横截面积，单位为m²，B(t)的单位为mT；

S3、根据步骤S2中获得的B(t)，获得磁特征参数B_max，B_max为B(t)的最大值；

S4、根据步骤S3中获得的磁特征参数B_max，以及阶段1中事先标定的待测工件所属材质的B_max与所受压缩应力σ之间的定量关联关系，即B_max与σ之间成线性关系，B_max＝Kσ+C，获得待测工件所受压缩应力σ。

上述铁磁材料的压缩应力检测方法，基于力-磁效应，为一种新的压缩应力检测方法，与现有技术相比，无需对待测工件进行事先处理，过程简便，提高了检测效率，且更适用于在役铁磁材料设备。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种铁磁材料的压缩应力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、以预定频率和电压的交流磁场H对待测工件进行交流磁化，并获得检测线圈检测过程中的实时电压值U(t)，单位为毫伏(mV)；

S2、根据步骤S1中获得U(t)，及安培环路定律获得磁感应强度B(t)，其中，N_B为检测线圈匝数，单位为r，S_B为磁通路的横截面积，单位为m²，B(t)的单位为mT；

S3、根据步骤S2中获得的B(t)，获得磁特征参数B_max，B_max为B(t)的最大值；

S4、根据步骤S3中获得的磁特征参数B_max，以及事先标定的待测工件所属材质的B_max与所受压缩应力σ之间的定量关联关系，即B_max与σ之间成线性关系，B_max＝Kσ+C，获得待测工件所受压缩应力σ。

2.如权利要求1所述的铁磁材料的压缩应力检测方法，其特征在于：

步骤S4中，所述事先标定的待测工件所属材质的B_max与所受压缩应力σ之间的定量关联关系，由以下步骤测得：

S41、采用与待测工件材质相同的铁磁材料制作试件，分别对试件在不同应力σ_n下进行压缩(n为整数，n≥0)；

S42、采用与步骤S1中相同频率和强度的交流磁场，分别对步骤S41中的试件在不同压缩应力下进行交流磁化，并获得检测线圈检测过程中，试件在不同压缩应力下的实时电压值U(t)_n，单位为毫伏(mV)

S43、根据步骤S42中获得的U(t)_n，及安培环路定律获得试件在不同压缩应力时的磁感应强B(t)_n，其中，N_B为检测线圈匝数，单位为r，S_B为磁通路的横截面积，单位为m²，B(t)_n的单位为mT；

S44、根据步骤S43中获得的B(t)_n，获得试件在不同压缩应力时的磁特征参数B_max-n，B_max-n为B(t)_n的最大值；

S45、根据试件所受的压缩应力σ_n，以及试件在不同压缩应力时的磁特征参数B_max-n，标定σ_n与B_max-n之间的定量关联关系，即B_max-n＝Kσ_n+C。