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当基于微磁理论的镀层工件裂纹检测仪

发布时间:2021-09-14 19:51:41 阅读: 来源:起重机厂家
当基于微磁理论的镀层工件裂纹检测仪

基于微磁理论的镀层工件裂纹检测仪

摘要:以具有镀层的铁磁零部件的裂纹检测为背景,阐述了微磁裂纹检测仪的主要原理、裂纹特征二次梯度提取及裂纹检测的实现。

关键词:镀层零件;微磁检测;二次梯度在镉含量超标10倍的污染土壤中进行水稻盆栽实验发现

Instrument of Testing Crack for the Parts with Plating Layer Based on Micromagnetic Theory

CHEN Guiqin1, XU Zhangsui2, WANG Feng2如果摆杆没有停到中间位置, ZHOU Hailin2

(bei Higher Special School of Engineering, Cangzhou 0 61001, China;

dnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Abstract: Using the crack detection of ferromagnetic materials p arts with plating layer as a sample, the micromagnetic crack testing principle s, the crack characteristic extracting based on double gradient, and realizing o f crack testing were introduced in this paper.

Key words: parts with plating layer; micromagnetic detection; double gradient

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。在不1样的厂家应用了Access、Word、Excel、Reader、记事本等多种经常使用的作业软件记载实验数据与曲线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这次习主席来访)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。

4 裂纹检测系统组成

仪器系统由传感装置、自适应扫描装置、采样控制器、信号预处理器、计算机、驱动装置等组成,如图5所示。

磁传感装置由磁阻传感器等组成。磁阻传感器利用半导体磁阻效应制作,其灵敏度较高,可检测小于T的微弱磁场,因而可直接检测缺陷泄漏的微磁信号,并将磁信号转换为电信号。采样控制器由圆光栅、A/D转换器等组成,实现空域等距采样;自适应扫描装置由触觉传感器、调节机构、自适应控制器等组成,自动调节控制磁传感器与工件表面的贴合度。计算机为586SX级别的PC/104,板上包含了DMA控制器、中断控制器、定时器;外部接口包括一个双向并行口、两个RS232串行口等。存储器为电子盘DOC(32MB)。显示器为320×240场致发光显示屏,在强光下可正常显示。

磁传感装置在驱动装置带动下,沿工件表面运动,测取缺陷磁信号,并转化为电信号输出到信号预处理器;信号预处理器对信号进行放大、滤波,再经采样控制器变成数字信号,送计算机;计算机对上述各部分实施控制,同时对接收的信号进行数字滤波、信号分析、裂纹特征提取、定量计算、显示记录,实现裂纹微磁定量检测。驱动装置受控于计算机,它的两个输出驱动轴分别接采样控制器和磁传感装置,使之联动。在强变化环境磁场干扰时,计算机控制复位电路消除强变化环境磁场干扰。

5 软件设计

主程序流程如图6所示,采用智能化设计。检测开始,启动探测头扫描,检测信号经放大、滤波预处理后,进入信号采集,将信号转换为数字信号,送计算机进行平滑滤波,然后转换为信号变化二次梯度数据;随后根据裂纹信号特征,首先寻找二次梯度变化峰值点,然后判断各个峰值是否≥阀值,凡二次梯度峰值≥阀值的信号,均可判断为裂纹;对判断为裂纹的信号数据进行记录、显示。

6 结论

根据上述原理研制的智能微磁裂纹检测仪,可检出微米级裂纹,实现了裂纹定量检测,检测工艺简便,工效高。

参考文献

[1]中华人民共和国国家军用标准GJB磁粉检验(5.1)[S].国防科学技术工业委员会,1995.

[2]李国栋.当代磁学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1999.

[3]姜寿,亭李卫.凝聚态磁性物理[M].北京:科学出版社,2003.

[4]徐章遂,等.铁磁材料组合型裂纹缺陷漏磁数学模型[J].兵器材料工程与科学,2001,(3):.

[5]徐章遂,马爱文.基于模糊模式识别的裂纹漏磁信号定量分析[J].中国机械工程,1998,(6):.(end)

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