专利名称：一种应力或疲劳造成的活动缺陷的检测方法
技术领域：
一种应力或疲劳造成的活动缺陷的检测方法，属于电磁无损检测技术领域，尤其涉及应力或疲劳造成的活动缺陷检测技术领域。
常规的检测方法，如超声检测、射线检测等，能检测出构件的裂纹、腐蚀、磨损等缺陷，但是所有现有的这些常规检测技术都无法区分检测到的缺陷是否是活动缺陷，并且这些方法往往会把构件表面的不平整当成缺陷，产生误报。
专利检索发现申请号为93112349.6，公开号为1076783，
公开日为1993.09.29的发明专利—光滑圆柱零件表面裂纹检测方法，该发明涉及光滑圆柱零件表面细微裂纹的检测方法。它利用光线反射原理，按照零件表面光洁程度分别采用片状光和准直点光源照射圆柱零件的表面，零件随着自身转动而其表面被扫描一遍，以反射后形成的亮区内光强分布情况作为判断零件表面有无裂纹的依据，光电接收器阵列及相应电子设备产生相应的检测信号并控制检测设备实现零件的自动快速筛选。该发明对工件表面光洁度要求较高，并且不能确定表面裂纹的性质。
铁磁性材料在应力或疲劳作用下会萌生裂纹、塑性变形等缺陷区域，磁特性会明显改变，并且影响到铁磁性材料内部的磁畴取向，表现为铁磁性材料应力和疲劳缺陷区表面产生漏磁场。本发明提出的活动缺陷检测方法通过检测这种漏磁场，就可以发现应力或疲劳缺陷。
本发明公开了一种应力或疲劳造成的活动缺陷的检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)采用和被检测铁磁性构件材质相同、热处理状态相同且厚度相同的材料做成活动缺陷试样，给试样施加应力或疲劳使其产生符合探伤规范要求中规定尺度的缺陷；2)用磁传感器以固定提离值检测所述试样上缺陷区域的磁场强度，扫查方向为垂直缺陷的方向；对试样上的裂纹缺陷，扫查范围以裂纹缺陷为检测中心，扫查长度为所述提离值的两倍；对试样上的塑性变形缺陷，扫查范围以塑性变形缺陷为检测中心，扫查长度为所述提离值与扫查方向上塑性变形区长度之和的两倍；磁传感器测得的磁场强度信号通过放大、滤波、A/D转换和计算机采样后，在显示装置上显示测得的各采样点磁场强度值形成的信号波形；3)将所述扫查长度上的各采样点的磁场强度绝对值的平均值作为检测阈值；4)用上述步骤所用的磁传感器检测被测构件表面的相同提离值高度上各点的磁场强度，测得的磁场强度信号通过放大、滤波、A/D转换和计算机采样后，在显示装置上显示测得的各采样点磁场强度值形成的信号波形；5)将第4)步测得的各采样点的磁场强度值同第3)步确定的检测阈值进行比较，当磁场强度值超过所述检测阈值时，就认为该处存在的活动缺陷。
在上述方法中，所述提离值的取值范围为大于0mm且小于等于100mm。
在上述方法中使用的磁传感器是差动磁传感器或非差动磁传感器。
本发明无需外加任何激励，直接测量工件表面的漏磁场特征来发现对工件具有危险性的应力或疲劳缺陷，避免了传统检测方法无法区分缺陷性质的问题，特别是避免了对构件表面不平整的误报。同时，本方法也是准确检测应力或疲劳产生的活动缺陷的新的发展方向。
图2是本发明实施例检测装置中的一种差动磁传感器示意图。
图3是实现本发明方法可用的一种检测装置的硬件结构框图。
图4是实施例1的被测构件的活动缺陷试样图。
图5是实施例1的试样裂纹缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为5mm。
图6是实施例1的被测构件上裂纹缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为5mm。
图7是实施例1的试样裂纹缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为10mm。
图8是实施例1的被测构件上裂纹缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为10mm。
图9是实施例1的试样塑性变形缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为5mm。


图10是实施例1的被测构件上塑性变形缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为5mm。
图11是实施例2的被测构件的活动缺陷试样图。
图12是实施例2的试样裂纹缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为5mm。
图13是实施例2的被测构件上裂纹缺陷处的磁场强度信号波形图，实施方案中检测提离值为5mm。
图1是本发明的检测方法原理示意图，被检测构件1为铁磁性构件，在被检测构件1上有一个应力或疲劳造成的缺陷3，磁传感器在提离值为h的磁场强度检测面2上进行检测。所述的提离值是指磁传感器与被检测构件表面之间的距离，提离值的取值范围为大于0mm且小于等于100mm。
图2是本发明实施例中所用的差动磁传感器示意图，在差动磁传感器中，两磁敏感器件4平行放置，且敏感方向和距传感器底面提离值相同，差动磁传感器测磁敏感法平面5是传感器使用过程中的检测面，差动磁传感器外封装6是为了保护磁传感器避免磨损，并起部分电磁屏蔽作用的非铁磁性材料做成的外壳。
图3是实现本发明方法可用的一种检测装置的硬件结构框图，由磁敏感器件7、放大电路8、差动放大电路9、梳状滤波和A/D转换电路10、单片机11、磁阻置/复位电路12、EPROM13、SRAM14和液晶显示15组成。差动磁传感器6中两磁敏感器件7测到的磁场强度信号经过放大电路8、差动放大电路9、滤波和A/D转换电路10后达到单片机11，并显示在液晶屏上。EPROM13存储单片机程序，SRAM14存储检测数据，单片机控制磁阻置/复位电路12向磁敏感器件7发送置/复位信号。
实施例1首先确定被检测铁磁性构件的材质、热处理状态和厚度情况，并根据上述情况采用和被检测铁磁性构件材质相同、热处理状态相同、厚度相同的材料做成活动缺陷试样。
图4所示的是被检测铁磁性构件的活动缺陷试样图，试样根据被检测构件采用45#钢热压板材，经铣、线切割加工成长条形状，试样厚度为10mm，试样表面粗糙度为6.3。在拉伸实验机上夹持试样两端，施加拉伸载荷直至试样椭圆孔长轴的一测出现裂纹，裂纹的宽度为0.1mm，长度为5mm，深度为0.5mm。将试样取下水平放置，然后用霍耳磁传感器以5mm提离值检测试样表面椭圆孔有裂纹一测的磁场强度值。
保证固定的提离值，在工程中有很多方案。本实施例是通过将磁传感器安装在带轮子的小检测车上，磁传感器敏感面距检测车轮子底面5mm，并在检测过程中使轮子始终接触被检测面来保证提离值的恒定。磁传感器的测磁敏感方向为试样表面法向，扫查方向为垂直裂纹缺陷方向，扫查范围为以裂纹缺陷为检测中心，扫查长度为10mm。
磁传感器的输出信号经放大器AD627、滤波和A/D转换器CS5509后传输到计算机，在计算机显示器上绘制检测信号波形并计算阈值，检测结果如图5所示。经计算，扫查长度上的各采样点的磁场强度绝对值的平均值为0.88Gauss，因此检测阈值设为0.88Gauss。
用上述步骤所用的磁传感器检测被测构件表面的5mm提离值高度上各点的磁场强度信号，所述的磁场强度信号通过放大、滤波、A/D转换和计算机采样后，在显示装置上显示测得的各采样点磁场强度值形成的信号波形，如图6所示。
将所测得的各采样点的磁场强度值同所述检测阈值0.88Gauss进行比较，当磁场强度值超过所述检测阈值时，就认为该处存在应力造成的裂纹缺陷。检测结果表示，在本实施例中的被测构件上存在裂纹缺陷，且所述被测构件上的裂纹大于试样上的裂纹缺陷。
用磁传感器检测被测构件的活动缺陷试样时，如果选择检测提离值为10mm，则通过上述仪器处理后得到的试样的磁场强度信号波形如图7所示，此时检测阈值为1Gauss。
同理，用同样的磁传感器检测被测构件时，检测提离值仍为10mm，通过上述仪器处理后得到的试样的磁场强度信号波形如图8所示。将所测得的各采样点的磁场强度值同所述检测阈值1Gauss进行比较，当磁场强度值超过所述检测阈值时，就认为该处存在应力造成的裂纹缺陷。当然，检测提离值改为10mm后，检测被测构件的结果与提离值为5mm时的结果相同。
在实施例1中，用霍耳磁传感器检测图4所示的试样表面椭圆孔有塑性变形一测的磁场强度值，试样上塑性变形区长5mm，磁传感器测磁敏感方向为试样表面法向。当检测提离值为5mm，扫查范围以塑性变形缺陷为检测中心，扫查长度为20mm。
磁传感器的输出信号经放大器AD627、滤波和A/D转换器CS5509后传输到计算机，在计算机显示器上绘制检测信号波形并计算阈值，检测结果如图9所示。经计算，扫查长度上的各采样点的磁场强度绝对值的平均值为0.84Gauss，因此检测阈值设为0.84Gauss。
同理，用同样的磁传感器检测被测构件时，检测提离值仍为5mm，通过上述仪器处理后得到的试样的磁场强度信号波形如图10所示。将所测得的各采样点的磁场强度值同所述检测阈值0.84Gauss进行比较，当磁场强度值超过所述检测阈值时，就认为该处存在应力造成的塑性变形缺陷。检测结果表示，本实施例的被检测构件上存在塑性变形区，且所述被测构件上的塑性变形区大于试样上的塑性变形区。
实施例2首先确定被检测铁磁性构件的材质、热处理状态和厚度情况，并根据上述情况采用和被检测铁磁性构件材质相同、热处理状态相同、厚度相同的材料做成活动缺陷试样。
图11是另一个被测铁磁性构件的活动缺陷试样图，试样材料为16MnR低合金高强钢，试样是由热扎钢板经冷弯后焊接成型。试样在交替变化载荷作用下产生了周向疲劳裂纹，裂纹宽度0.05mm，长度5mm，深度0.5mm。然后用差动霍耳磁传感器以5mm提离值检测试样表面磁场值。
差动霍耳磁传感器测磁敏感方向为试样表面法向，扫查方向为垂直裂纹的方向，扫查范围以裂纹为检测中心，扫查长度为10mm。
差动霍耳磁传感器的输出信号经放大器AD627、滤波和A/D转换器CS5509后传输到计算机，在计算机显示器上绘制检测信号波形并计算阈值，检测结果如图12所示。经计算，扫查长度上的各采样点的磁场强度绝对值的平均值为0.3Gauss，因此检测阈值设为0.3Gauss。
用上述步骤所用的差动霍耳磁传感器检测被测构件表面的5mm提离值高度上各点的磁场强度信号，所述的磁场强度信号通过放大、滤波、A/D转换和计算机采样后，在显示装置上显示测得的各采样点磁场强度值形成的信号波形，如图13所示。
将所测得的各采样点的磁场强度值同所述检测阈值0.3Gauss进行比较，当磁场强度值超过所述检测阈值时，就认为该处存在疲劳造成的裂纹缺陷。检测结果表示，在本实施例中的被测构件上存在裂纹缺陷，且所述被测构件上的裂纹大于试样上的裂纹缺陷。
本发明在检测过程中无需对被测构件表面做任何预处理，检测速度快。当检测提离值进一步减小时，缺陷检测灵敏度将进一步提高。对被磁性探伤污染过的构件，同样可以采用本发明方法进行检测，这时应选用差动磁传感器来有效地去除背景噪声，发现应力及疲劳等造成的活动缺陷。
权利要求
1.一种应力或疲劳造成的活动缺陷的检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)采用和被检测铁磁性构件材质相同、热处理状态相同且厚度相同的材料做成活动缺陷试样，给试样施加应力或疲劳使其产生符合探伤规范要求中规定尺度的缺陷2)用磁传感器以固定提离值检测所述试样上缺陷区域的磁场强度，扫查方向为垂直缺陷的方向；对试样上的裂纹缺陷，扫查范围以裂纹缺陷为检测中心，扫查长度为所述提离值的两倍；对试样上的塑性变形缺陷，扫查范围以塑性变形缺陷为检测中心，扫查长度为所述提离值与扫查方向上塑性变形区长度之和的两倍；磁传感器测得的磁场强度信号通过放大、滤波、A/D转换和计算机采样后，在显示装置上显示测得的各采样点磁场强度值形成的信号波形；3)将所述扫查长度上的各采样点的磁场强度绝对值的平均值作为检测阈值；4)用上述步骤所用的磁传感器检测被测构件表面的相同提离值高度上各点的磁场强度，测得的磁场强度信号通过放大、滤波、A/D转换和计算机采样后，在显示装置上显示测得的各采样点磁场强度值形成的信号波形；5)将第4)步测得的各采样点的磁场强度值同第3)步确定的检测阈值进行比较，当磁场强度值超过所述检测阈值时，就认为该处存在的活动缺陷。
2.根据权利要求1所述的活动缺陷检测方法，其特征在于所述提离值的取值范围为大于0mm且小于等于100mm。
3.根据权利要求1或2所述的活动缺陷检测方法，其特征在于所述方法中使用的磁传感器是差动磁传感器或非差动磁传感器。
全文摘要
一种应力或疲劳造成的活动缺陷的检测方法，属于电磁无损检测技术领域。本发明提供的方法包括如下步骤采用和被测构件材质、热处理状态、厚度均相同的材料做成活动缺陷试样，给试样施加应力或疲劳使其产生符合探伤规范要求中规定尺度的缺陷；用磁传感器以固定提离值检测所述试样上缺陷区域的磁场强度；将扫查长度上各采样点的磁场强度绝对值的平均值作为检测阈值；用所述的磁传感器检测被测构件表面相同提离值高度上各点的磁场强度，并将之同所述的检测阈值进行比较。当磁场强度值超过所述检测阈值时，就认为该处存在活动缺陷。本发明无需外加激励，可直接测出工件表面的活动缺陷，避免了传统检测方法无法区分缺陷性质的问题，特别是避免了误报。
文档编号G01N27/82GK1425914SQ0310061
公开日2003年6月25日 申请日期2003年1月17日 优先权日2003年1月17日
发明者李路明, 黄松岭 申请人:清华大学