[發明專利]基于磁致伸縮效應的電磁超聲測量板件應力的方法

在審

• 申請號: 201810193416.8
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108760117A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 韓笑;姚恩濤;王平;周靜;鄒華章
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01N29/24;G01N29/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于磁致伸縮效應的電磁超聲測量板件應力的方法，在檢測過程中將電磁超聲接收信號與被測板件的磁致伸縮曲線相關聯，通過電磁超聲信號幅值的變化來反映鐵磁性材料的磁致伸縮特性，通過提取電磁超聲檢測的磁致伸縮特性曲線的特征值點來反映板件應力。本發明可以不接觸實際構件進行應力測量，使用安全、無公害，可實現服役狀態下應力的檢測，且具有較高的靈敏度。

技術領域

本發明涉及鐵磁性材料無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于磁致伸縮效應的電磁超聲測量板件應力的方法。

背景技術

鐵磁性材料在機械特性方面具有良好的適應性，因此在鐵路、運輸、能源、建筑、航天、軍事和化工等方面被作為關鍵材料，得到廣泛的應用。

然而，種類繁多的鐵磁性材料，會由于不同的加工工藝、不同含碳量、金相結構和不同摻雜合金成分材料，使其機械物理和化學特性具有很大差異。而且，鐵磁性材料在不同應用環境下，對載荷、疲勞、腐蝕、使用溫度等條件的表現也會有很大差別。因此，需要通過對其磁特性的檢測，獲取材料微觀結構信息，從而確定其載荷、疲勞以及腐蝕狀態，獲取材料壽命信息。

另外，鐵磁性材料在長期服役情況下，會形成缺陷，造成傷害事故，引發人員傷亡和較大的經濟損失。缺陷的形成包含孵化期、初始裂紋產生和擴展期等部分。鐵磁性材料在損傷的早期即孵化期，其表現通常是各種微觀的應力集中等因素導致的微觀結構組織的變化。鐵磁性材料在使用過程中造成缺陷的因素包括：由承載過大導致的局部應力和應力集中，最終造成局部塑性變形，產生缺陷；長期使用導致的疲勞損傷；溫度變化導致金屬熱脹冷縮，從而形成在材料內部積累的溫度應力；焊接等加工工藝導致的內部殘余應力分布；熱處理參數如硬度、滲碳層深度、奧氏體和馬氏體含量、晶粒尺寸等材料參數。因此，需要對材料內部殘余應力分布和受力部位的應力集中進行監測，從而防止材料的局部塑性變形以及缺陷的產生。

目前國內外常用的無縫鋼軌應力檢測方法主要可以分為三類：即具有一定損傷性的機械檢測法、標定軌長法和無損傷性的物理檢測法。物理檢測方法的基本思想就是利用材料的物理性質與應力應變的關系，通過測取材料的某些物理參數的變化來計算結構或構件的應力。這些方法最大特點就是能夠在不破壞試件的情況下測得應力的大小，因此工業應用前景廣泛。目前使用無損物理檢測方法有巴克豪森噪聲法、X射線法、金屬磁記憶檢測法、超聲波法。但是目前這些方法都存在以下缺陷：

1、使用巴克豪森噪聲法進行應力檢測時，由于巴克豪森信號的頻率較高，受趨膚效應的影響，只能檢測材料表面應力，但巴克豪森信號受鋼軌材質內部組織的影響較大，因此可信度以及普及率并不高；

2、X射線法只能測量表面應力，對被檢測表面要求高，測量設備比較昂貴；

3、目前實際使用的金屬磁記憶檢測設備漏檢率較高，可靠性有待加強；

4、利用壓電超聲波進行檢測時，對被測對象的表面質量要求較高，難以使用于高溫、高速和粗糙表面的檢測環境。而利用電磁超聲的方法，對板件應力的檢測目前還沒有深入研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種基于磁致伸縮效應的電磁超聲測量板件應力的方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于磁致伸縮效應的電磁超聲測量板件應力的方法，包含以下步驟：

步驟1），在板件上分別設置超聲波發射端和用于接受超聲波發射端發射信號的超聲波接收端，并將超聲波發射端置于第一偏置磁場、將超聲波接收端置于第二偏置磁場中；

步驟2），采用懸臂梁結構，對板件施加應力，使得板件上的應力值從預設的第一應力值按照預設的應力步長進行增加、直至板件上的應力值等于預設的第二應力值，計算板件在每一應力值下的材料磁致伸縮曲線特征值；其中，計算板件在應力值下材料磁致伸縮曲線特征值的具體步驟如下：