專利名稱：一種應力或疲勞造成的活動缺陷的檢測方法
技術領域：
一種應力或疲勞造成的活動缺陷的檢測方法，屬于電磁無損檢測技術領域，尤其涉及應力或疲勞造成的活動缺陷檢測技術領域。
常規的檢測方法，如超聲檢測、射線檢測等，能檢測出構件的裂紋、腐蝕、磨損等缺陷，但是所有現有的這些常規檢測技術都無法區分檢測到的缺陷是否是活動缺陷，并且這些方法往往會把構件表面的不平整當成缺陷，產生誤報。
專利檢索發現申請號為93112349.6，公開號為1076783，
公開日為1993.09.29的發明專利—光滑圓柱零件表面裂紋檢測方法，該發明涉及光滑圓柱零件表面細微裂紋的檢測方法。它利用光線反射原理，按照零件表面光潔程度分別采用片狀光和準直點光源照射圓柱零件的表面，零件隨著自身轉動而其表面被掃描一遍，以反射后形成的亮區內光強分布情況作為判斷零件表面有無裂紋的依據，光電接收器陣列及相應電子設備產生相應的檢測信號并控制檢測設備實現零件的自動快速篩選。該發明對工件表面光潔度要求較高，并且不能確定表面裂紋的性質。
鐵磁性材料在應力或疲勞作用下會萌生裂紋、塑性變形等缺陷區域，磁特性會明顯改變，并且影響到鐵磁性材料內部的磁疇取向，表現為鐵磁性材料應力和疲勞缺陷區表面產生漏磁場。本發明提出的活動缺陷檢測方法通過檢測這種漏磁場，就可以發現應力或疲勞缺陷。
本發明公開了一種應力或疲勞造成的活動缺陷的檢測方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)采用和被檢測鐵磁性構件材質相同、熱處理狀態相同且厚度相同的材料做成活動缺陷試樣，給試樣施加應力或疲勞使其產生符合探傷規范要求中規定尺度的缺陷；2)用磁傳感器以固定提離值檢測所述試樣上缺陷區域的磁場強度，掃查方向為垂直缺陷的方向；對試樣上的裂紋缺陷，掃查范圍以裂紋缺陷為檢測中心，掃查長度為所述提離值的兩倍；對試樣上的塑性變形缺陷，掃查范圍以塑性變形缺陷為檢測中心，掃查長度為所述提離值與掃查方向上塑性變形區長度之和的兩倍；磁傳感器測得的磁場強度信號通過放大、濾波、A/D轉換和計算機采樣后，在顯示裝置上顯示測得的各采樣點磁場強度值形成的信號波形；3)將所述掃查長度上的各采樣點的磁場強度絕對值的平均值作為檢測閾值；4)用上述步驟所用的磁傳感器檢測被測構件表面的相同提離值高度上各點的磁場強度，測得的磁場強度信號通過放大、濾波、A/D轉換和計算機采樣后，在顯示裝置上顯示測得的各采樣點磁場強度值形成的信號波形；5)將第4)步測得的各采樣點的磁場強度值同第3)步確定的檢測閾值進行比較，當磁場強度值超過所述檢測閾值時，就認為該處存在的活動缺陷。
在上述方法中，所述提離值的取值范圍為大于0mm且小于等于100mm。
在上述方法中使用的磁傳感器是差動磁傳感器或非差動磁傳感器。
本發明無需外加任何激勵，直接測量工件表面的漏磁場特征來發現對工件具有危險性的應力或疲勞缺陷，避免了傳統檢測方法無法區分缺陷性質的問題，特別是避免了對構件表面不平整的誤報。同時，本方法也是準確檢測應力或疲勞產生的活動缺陷的新的發展方向。
圖2是本發明實施例檢測裝置中的一種差動磁傳感器示意圖。
圖3是實現本發明方法可用的一種檢測裝置的硬件結構框圖。
圖4是實施例1的被測構件的活動缺陷試樣圖。
圖5是實施例1的試樣裂紋缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為5mm。
圖6是實施例1的被測構件上裂紋缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為5mm。
圖7是實施例1的試樣裂紋缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為10mm。
圖8是實施例1的被測構件上裂紋缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為10mm。
圖9是實施例1的試樣塑性變形缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為5mm。


圖10是實施例1的被測構件上塑性變形缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為5mm。
圖11是實施例2的被測構件的活動缺陷試樣圖。
圖12是實施例2的試樣裂紋缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為5mm。
圖13是實施例2的被測構件上裂紋缺陷處的磁場強度信號波形圖，實施方案中檢測提離值為5mm。
圖1是本發明的檢測方法原理示意圖，被檢測構件1為鐵磁性構件，在被檢測構件1上有一個應力或疲勞造成的缺陷3，磁傳感器在提離值為h的磁場強度檢測面2上進行檢測。所述的提離值是指磁傳感器與被檢測構件表面之間的距離，提離值的取值范圍為大于0mm且小于等于100mm。
圖2是本發明實施例中所用的差動磁傳感器示意圖，在差動磁傳感器中，兩磁敏感器件4平行放置，且敏感方向和距傳感器底面提離值相同，差動磁傳感器測磁敏感法平面5是傳感器使用過程中的檢測面，差動磁傳感器外封裝6是為了保護磁傳感器避免磨損，并起部分電磁屏蔽作用的非鐵磁性材料做成的外殼。
圖3是實現本發明方法可用的一種檢測裝置的硬件結構框圖，由磁敏感器件7、放大電路8、差動放大電路9、梳狀濾波和A/D轉換電路10、單片機11、磁阻置/復位電路12、EPROM13、SRAM14和液晶顯示15組成。差動磁傳感器6中兩磁敏感器件7測到的磁場強度信號經過放大電路8、差動放大電路9、濾波和A/D轉換電路10后達到單片機11，并顯示在液晶屏上。EPROM13存儲單片機程序，SRAM14存儲檢測數據，單片機控制磁阻置/復位電路12向磁敏感器件7發送置/復位信號。
實施例1首先確定被檢測鐵磁性構件的材質、熱處理狀態和厚度情況，并根據上述情況采用和被檢測鐵磁性構件材質相同、熱處理狀態相同、厚度相同的材料做成活動缺陷試樣。
圖4所示的是被檢測鐵磁性構件的活動缺陷試樣圖，試樣根據被檢測構件采用45#鋼熱壓板材，經銑、線切割加工成長條形狀，試樣厚度為10mm，試樣表面粗糙度為6.3。在拉伸實驗機上夾持試樣兩端，施加拉伸載荷直至試樣橢圓孔長軸的一測出現裂紋，裂紋的寬度為0.1mm，長度為5mm，深度為0.5mm。將試樣取下水平放置，然后用霍耳磁傳感器以5mm提離值檢測試樣表面橢圓孔有裂紋一測的磁場強度值。
保證固定的提離值，在工程中有很多方案。本實施例是通過將磁傳感器安裝在帶輪子的小檢測車上，磁傳感器敏感面距檢測車輪子底面5mm，并在檢測過程中使輪子始終接觸被檢測面來保證提離值的恒定。磁傳感器的測磁敏感方向為試樣表面法向，掃查方向為垂直裂紋缺陷方向，掃查范圍為以裂紋缺陷為檢測中心，掃查長度為10mm。
磁傳感器的輸出信號經放大器AD627、濾波和A/D轉換器CS5509后傳輸到計算機，在計算機顯示器上繪制檢測信號波形并計算閾值，檢測結果如圖5所示。經計算，掃查長度上的各采樣點的磁場強度絕對值的平均值為0.88Gauss，因此檢測閾值設為0.88Gauss。
用上述步驟所用的磁傳感器檢測被測構件表面的5mm提離值高度上各點的磁場強度信號，所述的磁場強度信號通過放大、濾波、A/D轉換和計算機采樣后，在顯示裝置上顯示測得的各采樣點磁場強度值形成的信號波形，如圖6所示。
將所測得的各采樣點的磁場強度值同所述檢測閾值0.88Gauss進行比較，當磁場強度值超過所述檢測閾值時，就認為該處存在應力造成的裂紋缺陷。檢測結果表示，在本實施例中的被測構件上存在裂紋缺陷，且所述被測構件上的裂紋大于試樣上的裂紋缺陷。
用磁傳感器檢測被測構件的活動缺陷試樣時，如果選擇檢測提離值為10mm，則通過上述儀器處理后得到的試樣的磁場強度信號波形如圖7所示，此時檢測閾值為1Gauss。
同理，用同樣的磁傳感器檢測被測構件時，檢測提離值仍為10mm，通過上述儀器處理后得到的試樣的磁場強度信號波形如圖8所示。將所測得的各采樣點的磁場強度值同所述檢測閾值1Gauss進行比較，當磁場強度值超過所述檢測閾值時，就認為該處存在應力造成的裂紋缺陷。當然，檢測提離值改為10mm后，檢測被測構件的結果與提離值為5mm時的結果相同。
在實施例1中，用霍耳磁傳感器檢測圖4所示的試樣表面橢圓孔有塑性變形一測的磁場強度值，試樣上塑性變形區長5mm，磁傳感器測磁敏感方向為試樣表面法向。當檢測提離值為5mm，掃查范圍以塑性變形缺陷為檢測中心，掃查長度為20mm。
磁傳感器的輸出信號經放大器AD627、濾波和A/D轉換器CS5509后傳輸到計算機，在計算機顯示器上繪制檢測信號波形并計算閾值，檢測結果如圖9所示。經計算，掃查長度上的各采樣點的磁場強度絕對值的平均值為0.84Gauss，因此檢測閾值設為0.84Gauss。
同理，用同樣的磁傳感器檢測被測構件時，檢測提離值仍為5mm，通過上述儀器處理后得到的試樣的磁場強度信號波形如圖10所示。將所測得的各采樣點的磁場強度值同所述檢測閾值0.84Gauss進行比較，當磁場強度值超過所述檢測閾值時，就認為該處存在應力造成的塑性變形缺陷。檢測結果表示，本實施例的被檢測構件上存在塑性變形區，且所述被測構件上的塑性變形區大于試樣上的塑性變形區。
實施例2首先確定被檢測鐵磁性構件的材質、熱處理狀態和厚度情況，并根據上述情況采用和被檢測鐵磁性構件材質相同、熱處理狀態相同、厚度相同的材料做成活動缺陷試樣。
圖11是另一個被測鐵磁性構件的活動缺陷試樣圖，試樣材料為16MnR低合金高強鋼，試樣是由熱扎鋼板經冷彎后焊接成型。試樣在交替變化載荷作用下產生了周向疲勞裂紋，裂紋寬度0.05mm，長度5mm，深度0.5mm。然后用差動霍耳磁傳感器以5mm提離值檢測試樣表面磁場值。
差動霍耳磁傳感器測磁敏感方向為試樣表面法向，掃查方向為垂直裂紋的方向，掃查范圍以裂紋為檢測中心，掃查長度為10mm。
差動霍耳磁傳感器的輸出信號經放大器AD627、濾波和A/D轉換器CS5509后傳輸到計算機，在計算機顯示器上繪制檢測信號波形并計算閾值，檢測結果如圖12所示。經計算，掃查長度上的各采樣點的磁場強度絕對值的平均值為0.3Gauss，因此檢測閾值設為0.3Gauss。
用上述步驟所用的差動霍耳磁傳感器檢測被測構件表面的5mm提離值高度上各點的磁場強度信號，所述的磁場強度信號通過放大、濾波、A/D轉換和計算機采樣后，在顯示裝置上顯示測得的各采樣點磁場強度值形成的信號波形，如圖13所示。
將所測得的各采樣點的磁場強度值同所述檢測閾值0.3Gauss進行比較，當磁場強度值超過所述檢測閾值時，就認為該處存在疲勞造成的裂紋缺陷。檢測結果表示，在本實施例中的被測構件上存在裂紋缺陷，且所述被測構件上的裂紋大于試樣上的裂紋缺陷。
本發明在檢測過程中無需對被測構件表面做任何預處理，檢測速度快。當檢測提離值進一步減小時，缺陷檢測靈敏度將進一步提高。對被磁性探傷污染過的構件，同樣可以采用本發明方法進行檢測，這時應選用差動磁傳感器來有效地去除背景噪聲，發現應力及疲勞等造成的活動缺陷。
權利要求
1.一種應力或疲勞造成的活動缺陷的檢測方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)采用和被檢測鐵磁性構件材質相同、熱處理狀態相同且厚度相同的材料做成活動缺陷試樣，給試樣施加應力或疲勞使其產生符合探傷規范要求中規定尺度的缺陷2)用磁傳感器以固定提離值檢測所述試樣上缺陷區域的磁場強度，掃查方向為垂直缺陷的方向；對試樣上的裂紋缺陷，掃查范圍以裂紋缺陷為檢測中心，掃查長度為所述提離值的兩倍；對試樣上的塑性變形缺陷，掃查范圍以塑性變形缺陷為檢測中心，掃查長度為所述提離值與掃查方向上塑性變形區長度之和的兩倍；磁傳感器測得的磁場強度信號通過放大、濾波、A/D轉換和計算機采樣后，在顯示裝置上顯示測得的各采樣點磁場強度值形成的信號波形；3)將所述掃查長度上的各采樣點的磁場強度絕對值的平均值作為檢測閾值；4)用上述步驟所用的磁傳感器檢測被測構件表面的相同提離值高度上各點的磁場強度，測得的磁場強度信號通過放大、濾波、A/D轉換和計算機采樣后，在顯示裝置上顯示測得的各采樣點磁場強度值形成的信號波形；5)將第4)步測得的各采樣點的磁場強度值同第3)步確定的檢測閾值進行比較，當磁場強度值超過所述檢測閾值時，就認為該處存在的活動缺陷。
2.根據權利要求1所述的活動缺陷檢測方法，其特征在于所述提離值的取值范圍為大于0mm且小于等于100mm。
3.根據權利要求1或2所述的活動缺陷檢測方法，其特征在于所述方法中使用的磁傳感器是差動磁傳感器或非差動磁傳感器。
全文摘要
一種應力或疲勞造成的活動缺陷的檢測方法，屬于電磁無損檢測技術領域。本發明提供的方法包括如下步驟采用和被測構件材質、熱處理狀態、厚度均相同的材料做成活動缺陷試樣，給試樣施加應力或疲勞使其產生符合探傷規范要求中規定尺度的缺陷；用磁傳感器以固定提離值檢測所述試樣上缺陷區域的磁場強度；將掃查長度上各采樣點的磁場強度絕對值的平均值作為檢測閾值；用所述的磁傳感器檢測被測構件表面相同提離值高度上各點的磁場強度，并將之同所述的檢測閾值進行比較。當磁場強度值超過所述檢測閾值時，就認為該處存在活動缺陷。本發明無需外加激勵，可直接測出工件表面的活動缺陷，避免了傳統檢測方法無法區分缺陷性質的問題，特別是避免了誤報。
文檔編號G01N27/82GK1425914SQ0310061
公開日2003年6月25日 申請日期2003年1月17日 優先權日2003年1月17日
發明者李路明, 黃松嶺 申請人:清華大學