一种弱磁场激励下金属磁记忆检测装置及其使用方法

摘要

本发明公开的一种弱磁场激励下金属磁记忆检测装置及其使用方法，属于金属磁记忆无损检测技术领域。包括探头、外壳和PC端；探头嵌套在外壳内，探头与外壳均为非铁磁性材质，探头与外壳之间设有若干压缩弹簧，探头能够在外壳内沿轴向运动；探头内部设有三轴磁阻传感器阵列、电路板和激励磁轭，三轴磁阻传感器阵列设在探头的端板内，激励磁轭包围三轴磁阻传感器阵列，激励磁轭上缠绕有线圈，三轴磁阻传感器阵列和线圈与电路板连接，电路板通过集线束与PC端连接。本发明改善了传统磁记忆检测信号较弱的情况，凸显磁记忆检测信号特征，实现对在役工件前期应力集中状态的快速检测；同时能够使探头检测面充分贴合工件表面，提高检测的效率和精准度。

说明书

技术领域

本发明属于金属磁记忆无损检测技术领域，涉及一种弱磁场激励下金属磁记忆检测装置及其使用方法。

背景技术

铁磁性金属材料常用的无损检测只能对设备及零部件中已成型的宏观缺陷实施有效检测。金属磁记忆检测方法可根据在工件应力集中区在地磁场的作用下，结合磁场特性、金属质量特性和被检构件的实际运行条件，可对构件的应力状态做出综合评定。该项技术的突出优点是具有预警作用，能够对铁磁性金属构件的应力集中、早期失效和损伤等进行快速、准确的诊断。

传统的金属磁记忆检测，工件在环境磁场即地磁场(地磁场磁场强度在40A/m以内)作用下，磁信号往往较弱，信号特征不明显。同时，由于工件表面情况复杂，在实际操作时探头不能一直很好地贴合工件表面，造成信号丢失，影响检测。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种弱磁场激励下金属磁记忆检测装置及其使用方法，改善传统磁记忆检测信号较弱的情况，凸显磁记忆检测信号特征，实现对在役工件前期应力集中状态的快速检测；同时能够使探头检测面充分贴合工件表面，自适应工件表面状况，避免因探头提离而造成的信号丢失，提高检测的效率和精准度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种弱磁场激励下金属磁记忆检测装置，包括探头、外壳和PC端；探头嵌套在外壳内，探头与外壳均为非铁磁性材质，探头与外壳之间设有若干压缩弹簧，探头能够在外壳内沿轴向运动；探头内部设有三轴磁阻传感器阵列、电路板和激励磁轭，三轴磁阻传感器阵列设在探头的端板内，激励磁轭包围三轴磁阻传感器阵列，激励磁轭上缠绕有线圈，三轴磁阻传感器阵列和线圈与电路板连接，电路板通过集线束与PC端连接。

优选地，三轴磁阻传感器阵列包括若干沿斜向偏移排列的三轴磁阻传感器，每个三轴磁阻传感器均通过集线束内的独立信号线与PC端连接。

进一步优选地，三轴磁阻传感器阵列内三轴磁阻传感器的个数为4～8。

优选地，三轴磁阻传感器阵列与工件表面之间的距离≤1mm。

优选地，激励磁轭为十字交叉型磁轭，三轴磁阻传感器阵列设置在激励磁轭4个磁脚的中心。

优选地，若干压缩弹簧均布在探头与外壳之间。

优选地，探头与外壳之间设有若干平行于探头轴线的滑条及滑槽。

优选地，外壳上设有若干排气孔。

优选地，探头与外壳之间设有限位结构。

本发明公开的上述弱磁场激励下金属磁记忆检测装置的使用方法，包括：

线圈通电，激励磁轭产生激励磁场；采用不同加载载荷的同材质标准拉伸对比试块对装置进行校准，并设定报警阈值；探头在工件表面进行检测，通过探头与外壳之间的压缩弹簧，探头能够自适应工件的表面状况；在三轴磁阻传感器阵列的检测范围内，检测得到的工件横向方向磁信号为Hp(x)，传感器检测得到的工件纵向方向磁信号为Hp(y)，传感器检测得到的工件垂向方向磁信号为Hp(z)；所得信号至电路板经集线束传输至PC端进行处理；

最大的磁记忆信号切向分量

当切向分量的最大值超过报警阈值，且法向分量出现过零点特征，则判定该处存在应力集中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

传统的磁记忆检测为地磁场激励，在这一外磁场作用下，材料磁导率处于变化十分活跃范围内，在应力作用下，材料上会叠加一个或正或负的“等效场”，使磁导率值产生波动，磁记忆信号和地磁场信号处于同一数量级。

本发明公开的弱磁场激励下金属磁记忆检测装置，突破目前磁记忆检测方法中单纯采用天然地磁场作为磁激励源的局限，采用在探头内部增加绕置线圈的磁轭进行人工磁化，适当加强外场激励，以有效抑制干扰因素影响，凸显应力集中和缺陷处的磁记忆信号特征。探头与外壳之间的压缩弹簧，能够使探头检测面充分贴合工件表面，自适应工件表面状况，避免因探头提离而造成的信号丢失。本发明结构设计合理，有效提高了检测的效率和精准度，具有良好地应用前景。

进一步地，三轴磁阻传感器阵列包括若干沿斜向偏移排列的三轴磁阻传感器，能够避免各方向漏检，且一次有效扫查面积数倍于单一通道，效率高。每个三轴磁阻传感器均通过集线束内的独立信号线与PC端连接，能够对各三轴磁阻传感器检测的磁信号独立显示，能够根据各独立显示传感器检测结果对异常处进行快速定位。

更进一步地，三轴磁阻传感器阵列内三轴磁阻传感器的个数为4～8，能够一次扫查有效覆盖面积数倍于单一检测传感器，有效提高检测效率。

进一步地，三轴磁阻传感器阵列与工件表面之间的距离≤1mm，避免因提离距离过大造成激励强度不够，且检测传感器无法有效拾取工件表面磁信号。

进一步地，激励磁轭采用十字交叉型磁轭，可在工件表面横向及纵向产生均匀的激励磁场。

进一步地，若干压缩弹簧均布在探头与外壳之间，使探头运动时均匀受力，不容易发生偏斜。

进一步地，探头与外壳之间设有若干平行于探头轴线的滑条及滑槽，使探头沿轴线进行运动，不发生偏斜。

进一步地，外壳上设有若干排气孔，避免探头运动时因活塞效应产生阻滞，影响操作。

进一步地，探头与外壳之间设有限位结构，避免探头行程过大而对压缩弹簧压缩量过大造成压缩弹簧失效。

本发明公开的上述弱磁场激励下金属磁记忆检测装置的使用方法，操作简便，适用型强，能够显著提高工作效率；操作简单，不依赖操作人员的经验和技能水平；有效提高了检测的效率和精准度，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的十字交叉型磁轭的结构示意图；

图3为本发明的三轴磁阻传感器阵列的布局示意图；

图4是本发明的不同载荷下三维磁记忆信号Hp(xy)的显示示意图；

图5是本发明的不同载荷下三维磁记忆信号Hp(z)的显示示意图。

图中，1为三轴磁阻传感器阵列，2为电路板，3为激励磁轭，4为线圈，5为探头，6为外壳，7为压缩弹簧，8为尾插，9为集线束，10为PC端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

如图1，为本发明的弱磁场激励下金属磁记忆检测装置，包括探头5、外壳6和PC端10；探头5嵌套在外壳6内，探头5与外壳6均为非铁磁性材质，探头5与外壳6之间设有若干压缩弹簧7，探头5能够在外壳6内沿轴向运动；探头5内部设有三轴磁阻传感器阵列1、电路板2和激励磁轭3，三轴磁阻传感器阵列1设在探头5的端板内，激励磁轭3包围三轴磁阻传感器阵列1，激励磁轭3上缠绕有线圈4，三轴磁阻传感器阵列1和线圈4与电路板2连接，电路板2通过集线束9与PC端10连接。

对于探头5与外壳6的形状，一个方案是都为圆柱轮廓，探头5在中部设置一个肩部，外壳6上方开口，并有一个向内翻折的圆周翻边，探头5嵌套在外壳6内，通过探头5的肩部和外壳6的圆周翻边实现两者的相对运动。一个方案是探头5采用截面为“T”型的多面体，外壳6为上部开口的中空长方体，开口处边沿向内翻折，同样可以实现两者的相对运动。

在本发明的一个较优的实施例中，外壳6底部设有尾插8，尾插8两端分别与电路板2和集线束9连接。

在本发明的一个较优的实施例中，三轴磁阻传感器阵列1包括若干沿斜向偏移排列的三轴磁阻传感器，每个三轴磁阻传感器均通过集线束9内的独立信号线与PC端10连接。一般的，三轴磁阻传感器阵列1内三轴磁阻传感器的个数设置为4～8个。

在本发明的一个较优的实施例中，三轴磁阻传感器阵列1与工件表面之间的距离≤1mm；该距离即为三轴磁阻传感器阵列1表面与探头5端板之间的间隙再加上探头5端板的厚度。

在本发明的一个较优的实施例中，如图2，激励磁轭3为十字交叉型磁轭，三轴磁阻传感器阵列1设置在激励磁轭3的4个磁脚的中心。

在本发明的一个较优的实施例中，若干压缩弹簧7均布在探头5与外壳6之间。

在本发明的一个较优的实施例中，探头5与外壳6之间设有若干平行于探头5轴线的滑条及滑槽。可以在探头5外壁设置滑条，在外壳6内壁设置滑槽；也可以在外壳6外壁设置滑条，在探头5内壁设置滑槽。优选地，滑条及滑槽对称成对设置。

在本发明的一个较优的实施例中，在外壳6上设有若干排气孔。

在本发明的一个较优的实施例中，探头5与外壳6之间设有限位结构，如限位块、限位条。

下面以一个具体实施例来对本发明进行进一步的解释说明：

该实施例中，激励磁轭3采用铁硅氧体十字交叉型磁轭，四个磁脚与厚度为0.3mm的亚克力材质探头5端板贴合；激励磁轭3本身不生产磁场(磁力线)，在磁路中起磁力线传输的作用，绕制线圈通入电流产生磁场，十字交叉型磁轭四个磁脚与待测构件形成磁回路，在工件中产生激励磁场。

检测传感器为正方形三轴磁阻传感器，可准确拾取工件表面横向(X轴)、纵向(Y轴)和垂向(Z轴)多向磁场强度，4个检测传感器交错布置在探头底部，形成三轴磁阻传感器阵列1，如图3。检测有效覆盖区域为检测传感器边长叠加长度之和，在探头5外壳处做出了明显标识。单个传感器一面通过16个针脚焊接在电路板2上，另一面与与厚度为0.3mm的亚克力材质探头5端板贴合。

三轴磁阻传感器阵列1检测得到的工件横向方向(X轴)磁信号为Hp(x)，检测得到的工件纵向方向(Y轴)磁信号为Hp(y)，检测得到的工件垂向方向(Z轴)磁信号为Hp(z)。

工件表面磁信号Hp(x)与Hp(y)均为切向分量，对切向分量Hp(x)、Hp(y)进行矢量合成，得到最大的磁记忆信号切向分量Hp(xy)。

根据金属磁记忆检测机理，在铁磁性构件应力集中处，切向分量出现达到最大值、法向分量过零点特征，对某一铁磁性钢材工件，当应力达到某一定值时，在应力集中区域的磁记忆信号三维分量Hp(xy)、Hp(z)如图4图5所示。当扫查至25mm处时，其中切向分量Hp(xy)具有明显的最大值特征，法向分量Hp(z)具有明显的过零点特征，判断该点为应力集中处，并随载荷的增大，切向分量及法向分量的极值随之增大。

三轴磁阻传感器阵列1中的4个三轴磁阻传感器可以单独同时输出磁记忆信号法向分量和切向分量的信号，在PC端10分窗口单独显示。

对不同加载载荷的同材质标准拉伸对比试块，使用探头5进行扫查，记录不同载荷下磁记忆检测信号特征及数值，设置可调报警阀值，当实际检测工件切向分量出现最大值特征，最大值超过阀值，且法向分量出现过零点特征，判定被检测工件该处存在应力集中，并应进行后续的消除应力处理。

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式之一，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。