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基于微磁理論的鍍層工件裂紋檢測儀

作者: 時間:2011-11-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

基于

以具有鍍層的鐵磁零部件的裂紋檢測為背景,闡述了微磁的主要原理、裂紋特征二次梯度提取及裂紋檢測的實(shí)現(xiàn)。
  關(guān)鍵詞:鍍層零件;微磁檢測;二次梯度

Instrument of Testing Crack for the Parts with Plating Layer Bas ed?on Micro?magnetic Theory
CHEN Guiqin1, XU Zhangsui2, WANG Feng2, ZHOU Hailin2
(1.Hebei Higher Special School of Engineering, Cangzhou 0 61001, China;
2.Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)
  Key words: parts with plating layer; micro?magnetic detection; double gradient
  由材料的微觀磁特性可知:(1)當(dāng)外加機(jī)械應(yīng)力時,會使材料中的晶格組織發(fā)生變化。在損傷區(qū)邊緣出現(xiàn)附加磁極,產(chǎn)生磁荷聚集,形成磁場,材料對外顯示磁性。缺陷不再擴(kuò)展,其缺陷磁場強(qiáng)度保持不變。(2)當(dāng)材料內(nèi)部存在裂紋、夾雜等缺陷時,也會破壞原來的晶格,形成累計(jì)磁場,對外顯磁性。
  因此在內(nèi)應(yīng)力集中或缺陷集中的地方,金屬導(dǎo)磁率下降,形成一內(nèi)部磁源。這一內(nèi)部磁源向金屬表面?zhèn)鬟f,形成泄漏磁場,其切向分量最大,法向分量具有從正過零到負(fù)的變化過程。
  金屬構(gòu)件缺陷的存在,就一定產(chǎn)生磁疇固定結(jié)點(diǎn),形成內(nèi)部磁場。這種磁場十分微弱,按微磁學(xué)原理稱為微磁點(diǎn),其檢測過程稱為微磁檢測。
  裂紋磁疇結(jié)點(diǎn)磁場按靜態(tài)磁場的特點(diǎn)向材料表面?zhèn)鬟f。設(shè)裂紋呈V形,寬度為2b,深度為d,長度為L,鐵磁材料相對磁導(dǎo)率為μr(如圖1所示)。當(dāng)磁場通過兩種介質(zhì)分界面時,磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量是連續(xù)的。因此磁場由鐵磁區(qū)(區(qū)域1)進(jìn)入空氣(由于鉻與空氣的導(dǎo)磁率都近似為1,可認(rèn)為是一個區(qū)域,記為區(qū)域2)有:
  

  由文獻(xiàn)[5],對如圖2所示V形裂紋,磁偶極子在測試點(diǎn)P處產(chǎn)生的磁場其垂直分量為:
 
3裂紋特征提取
  由式(2)作出的模擬裂紋微磁水平、垂直分量的波形如圖3所示。
  (1)裂紋磁場垂直分量H?y具有正峰和負(fù)峰值,峰—峰值隨裂紋的深度增加而增大(峰—峰間的變化梯度增大)。當(dāng)梯度大于某一閾值時,存在裂紋。
  (2)裂紋水平分量具有單峰,峰值隨裂紋深度增加而增大。磁場的二次梯度反映了磁場變化的程度。只有在磁場變化非常劇烈的地方,二次梯度的峰值才會很突出。當(dāng)二次梯度大于某一閾值時,裂紋存在,且隨著裂紋深度增加,二次梯度增大。
  根據(jù)上述特點(diǎn)可提取裂紋特征(圖4)。圖4(a)為實(shí)際檢測的信號,(b)為二次梯度信號。由圖可見,二次梯度大的信號可判斷為裂紋信號。
  儀器系統(tǒng)由傳感裝置、自適應(yīng)掃描裝置、采樣控制器、信號預(yù)處理器、計(jì)算機(jī)、驅(qū)動裝置等組成,如圖5所示。
  磁傳感裝置在驅(qū)動裝置帶動下,沿工件表面運(yùn)動,測取缺陷磁信號,并轉(zhuǎn)化為電信號輸出到信號預(yù)處理器;信號預(yù)處理器對信號進(jìn)行放大、濾波,再經(jīng)采樣控制器變成數(shù)字信號,送計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)對上述各部分實(shí)施控制,同時對接收的信號進(jìn)行數(shù)字濾波、信號分析、裂紋特征提取、定量計(jì)算、顯示記錄,實(shí)現(xiàn)裂紋微磁定量檢測。驅(qū)動裝置受控于計(jì)算機(jī),它的兩個輸出驅(qū)動軸分別接采樣控制器和磁傳感裝置,使之聯(lián)動。在強(qiáng)變化環(huán)境磁場干擾時,計(jì)算機(jī)控制復(fù)位電路消除強(qiáng)變化環(huán)境磁場干擾。
?
  主程序流程如圖6所示,采用智能化設(shè)計(jì)。檢測開始,啟動探測頭掃描,檢測信號經(jīng)放大、濾波預(yù)處理后,進(jìn)入信號采集,將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,送計(jì)算機(jī)進(jìn)行平滑濾波,然后轉(zhuǎn)換為信號變化二次梯度數(shù)據(jù);隨后根據(jù)裂紋信號特征,首先尋找二次梯度變化峰值點(diǎn),然后判斷各個峰值是否≥閥值,凡二次梯度峰值≥閥值的信號,均可判斷為裂紋;對判斷為裂紋的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、顯示。
  根據(jù)上述原理研制的智能微磁,可檢出微米級裂紋,實(shí)現(xiàn)了裂紋定量檢測,檢測工藝簡便,工效高。


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