專利名稱：利用自發(fā)射磁信號評價再制造毛坯應力集中程度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用自發(fā)射磁信號評價再制造毛坯應力集中程度的方法，屬于無損檢測技術領域。
背景技術：
再制造毛坯是再制造的生產(chǎn)對象，它們是經(jīng)過一輪服役周期的廢舊機械零部件。 在服役過程中這些廢舊零部件可能產(chǎn)生損傷，甚至生成缺陷。再制造前必須評價再制造毛坯的損傷程度，判斷其有無再制造價值，只有具有再制造價值的廢舊零部件才能夠進行再制造。針對已生成宏觀缺陷的再制造毛坯，使用常規(guī)無損檢測方法，如射線、超聲、渦流、 磁力、滲透探傷等技術均可發(fā)現(xiàn)，但這些方法對再制造毛坯的早期隱性損傷無法診斷。目前再制造生產(chǎn)企業(yè)主要采用磁粉、超聲、滲透、水壓等探傷技術來檢測廢舊零件有無裂紋等危險缺陷。如未發(fā)現(xiàn)缺陷，則認為這些廢舊件具有再制造價值，可以進行再制造，這就使得雖無宏觀缺陷但有早期損傷的廢舊零件進入再制造生產(chǎn)流程，埋下質(zhì)量隱患。由于早期損傷的復雜性和隱蔽性，無損評價再制造毛坯的早期損傷程度非常困難。金屬磁記憶技術是90年代末形成的先進無損檢測手段，它利用鐵磁材料在服役過程中受載荷激勵而自發(fā)產(chǎn)生的自發(fā)射磁信號來發(fā)現(xiàn)潛在的應力集中部位，由于在早期損傷診斷領域極具潛力而受到關注。俄羅斯學者作為金屬磁記憶技術的原創(chuàng)者，提出以磁信號法向分量的梯度值來評價鐵磁材料應力集中程度大小，建立經(jīng)驗公式(1)如下K = J~^
Δ4(1)公式(1)中ΔΗρ表示鐵磁材料表面自發(fā)射磁信號法向分量的變化；Δ Ik表示相對應的探頭檢測的長度。目前，在工程領域和學術領域，均以此公式為基礎，評價鐵磁零部件應力集中區(qū)域的危險程度。然而，由于針對不同的鐵磁構(gòu)件，其化學成分、幾何尺寸、服役環(huán)境、服役載荷等諸多影響因素與自發(fā)射磁信號變化規(guī)律的相關性尚未澄清，缺乏應力集中程度的校驗標準，依據(jù)公式(1)只能對同類零件應力集中程度進行定性評價，難以定量比較不同結(jié)構(gòu)、功能和服役條件的鐵磁性再制造毛坯的應力集中程度。已有技術中，僅有申請?zhí)?00710119911. 6，公開號CN101122578A的中國發(fā)明專利——鐵磁性金屬構(gòu)件疲勞裂紋和應力集中的磁記憶檢測方法，提出一種磁示應力集中系數(shù)表征鐵磁材料應力集中程度的方法，以自發(fā)射磁信號的水平分量HpOO信號磁場強度最大值與最小值的比值作為比較標準，該方法仍然是一種應力集中程度定性評價方法，不適用不同零件的比較。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種利用自發(fā)射磁信號定量評價不同服役條件下鐵磁零件應力集中程度的新型檢測方法。本發(fā)明所提供的是一種通過預制一系列標準應力集中系數(shù)的試件，在不同服役條件下進行試驗，獲得自發(fā)射磁信號特征參量與應力集中系數(shù)的映射關系，利用這一映射關系評價廢舊鐵磁零件潛在危險部位的應力集中程度，實現(xiàn)利用自發(fā)射磁信號定量評價再制造毛坯應力集中程度的目標。本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)一種利用自發(fā)射磁信號定量評價廢舊鐵磁零件應力集中程度的方法，其特征在于該方法包括以下各步驟1)采用和被測廢舊鐵磁零件相同材質(zhì)的材料制作系列應力集中系數(shù)的標準試件，按照被測廢舊鐵磁零件新品出廠時的表面質(zhì)量及熱處理規(guī)范要求進行使用前的最終處理；2)磁傳感器垂直標準試件表面，按照固定提離值，掃描標準試件表面的應力集中部位，獲得初始狀態(tài)下試件檢測表面的自發(fā)射磁信號；3)根據(jù)被測鐵磁零件服役條件要求，設計相應的彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞一種或幾種不同試驗類型，進行應力集中系數(shù)標準試件試驗，試驗過程中利用磁傳感器垂直試件表面，按照步驟2)相同的固定提離值，掃描試件表面的應力集中區(qū)域，獲得應力集中區(qū)域的自發(fā)射磁信號；檢測次數(shù)的確定根據(jù)被測零件的設計壽命確定；重復上述步驟，直至標準試件破壞；4)磁傳感器在上述步驟中測得的信號經(jīng)計算處理，提取自發(fā)射磁信號水平分量 Hp(X)或法向分量Hp (y)或切向分量Hp(Z)之一或者兩種或者三種的特征參量，采用神經(jīng)網(wǎng)絡建立標準試件應力集中區(qū)域自發(fā)射磁信號的特征值與應力集中程度的映射關系模型；5)采用步驟幻所用的磁傳感器，按照和步驟幻相同提離值，檢測被測鐵磁零件表面潛在危險區(qū)域的自發(fā)射磁信號，根據(jù)步驟4)中確定的自發(fā)射磁信號特征量與應力集中程度的映射關系，定量評價被測鐵磁試件的應力集中程度；上述的自發(fā)射磁信號的測量方式為標準試件和被測鐵磁零件在卸載狀態(tài)下進行測量。使用的磁傳感器測量鐵磁材料自有漏磁場的一維或二維或三維之一或者兩種或者三種的磁信號，即為法向分量Hp(y)信號、水平分量HpOO信號或切向分量％(2)信號之一或者兩種或者三種信號，測量精度等于或高于lA/m。本發(fā)明確定的方法，利用鐵磁材料自發(fā)射磁信號實現(xiàn)應力集中程度的定量評價， 無需對被測廢舊鐵磁零件外加激勵磁場及退磁裝置，也不需要對廢舊零件表面作任何預處理。


圖1為本發(fā)明采用的應力集中標準試件及檢測線布置圖2為本發(fā)明采用的應力集中標準試件疲勞試驗過程中表面二維磁信號分布特征
具體實施方式
本發(fā)明通過如下措施來實現(xiàn)被測構(gòu)件材料為42CrMo鋼，自發(fā)射磁信號檢測儀器為EMS-2003型金屬磁記憶檢測儀(檢測法向分量Hp (y)信號)和RM-I型磁記憶檢測儀(檢測水平分量Hp (χ)信號)。1)選用和被測構(gòu)件材質(zhì)相同的鐵磁材料42CrMo鋼，按照國家標準制作應力集中系數(shù)Kt = 1 5的五種預制切口的應力集中系數(shù)試件，表面粗糙度Ra的上限值為0. 4 μ m， 加熱至860 V，保溫30分鐘，油淬，而后540 V高溫回火2小時，隨爐冷卻至200°C以下出爐空冷，獲得純凈的初始磁狀態(tài)。在試件表面兩側(cè)的預制切口部位，每條檢測線間隔1mm，共布置10條平行檢測線， 覆蓋預制切口。檢測線長度100mm，如附圖1所示。2)采用的磁傳感器基于霍耳元件，可采集表面雜散磁場的二維信號，即自發(fā)射磁信號的法向分量Hp (y)信號和水平分量Hp(X)信號，檢測精度為lA/m。傳感器垂直試件表面，提離值1mm，以直線行進方式(掃描方向如附圖1箭頭所示)分別掃描各檢測線，采集試件初始狀態(tài)下表面雜散磁場的二維信號，獲得Hp(X)和％(》信號分布。3)對應力集中標準試件施加恒幅拉壓疲勞載荷，根據(jù)真實零件的服役載荷譜，設定最大應力σ max = 160MPa,應力比R = _1，頻率f = 30Hz。加載至標準試件疲勞壽命的初期、中期和后期階段的循環(huán)次數(shù)下，分別卸載取下試件，將試件沿地磁場南北方向放置于非磁性三維平臺上，由三維電控掃描架控制磁傳感器檢測線按照固定方式移動，獲取試件應力集中部位表面的二維信號，信號送入計算機處理，獲得該循環(huán)次數(shù)下表面雜散磁場法向分量分布。重復上述步驟，獲得不同應力集中系數(shù)下，疲勞循環(huán)次數(shù)與試件表面雜散磁場二維信號分布規(guī)律(如附圖2所示)，直至試件萌生疲勞裂紋。4)采用Matlab軟件提取Hp(y)信號的峰峰值和峰間斜率值兩個特征參量，Hp(X) 信號的峰寬、峰高及峰態(tài)因素等三個特征量，以這五個信號特征量為輸入向量建立三層BP 網(wǎng)絡模型，輸出層神經(jīng)元個數(shù)為1，為試件應力集中程度值，建立自發(fā)射磁信號特征量與應力集中程度映射關系的BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型。5)采用步驟幻所用的磁傳感器，按照和步驟幻相同提離值，檢測被測鐵磁零件表面潛在危險區(qū)域的自發(fā)射磁信號，根據(jù)步驟4)中確定的二維磁信號特征量與應力集中程度的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，定量評價被測鐵磁試件的應力集中程度。
權利要求
1.一種利用自發(fā)射磁信號定量評價廢舊鐵磁零件應力集中程度的方法，其特征在于該方法包括以下各步驟1)采用和被測廢舊鐵磁零件相同材質(zhì)的材料制作系列應力集中系數(shù)的標準試件，按照被測廢舊鐵磁零件新品出廠時的表面質(zhì)量及熱處理規(guī)范要求進行使用前的最終處理；2)磁傳感器垂直標準試件表面，按照固定提離值，掃描標準試件表面的應力集中部位， 獲得初始狀態(tài)下試件檢測表面的自發(fā)射磁信號；3)根據(jù)被測鐵磁零件服役條件要求，設計相應的彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞一種或幾種不同試驗類型，進行應力集中系數(shù)標準試件試驗，試驗過程中利用磁傳感器垂直試件表面，按照步驟2)相同的固定提離值，掃描試件表面的應力集中區(qū)域，獲得應力集中區(qū)域的自發(fā)射磁信號；檢測次數(shù)的確定根據(jù)被測零件的設計壽命確定；重復上述步驟，直至標準試件破壞；4)磁傳感器在上述步驟中測得的信號經(jīng)計算處理，提取自發(fā)射磁信號水平分量Hp(X) 或法向分量Hp(y)或切向分量Hp(ζ)之一或者兩種或者三種的特征參量，采用神經(jīng)網(wǎng)絡建立標準試件應力集中區(qū)域自發(fā)射磁信號的特征值與應力集中程度的映射關系模型；5)采用步驟幻所用的磁傳感器，按照和步驟幻相同提離值，檢測被測鐵磁零件表面潛在危險區(qū)域的自發(fā)射磁信號，根據(jù)步驟4)中確定的自發(fā)射磁信號特征量與應力集中程度的映射關系，定量評價被測鐵磁試件的應力集中程度；上述的自發(fā)射磁信號的測量方式為標準試件和被測鐵磁零件在卸載狀態(tài)下進行測量。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種利用自發(fā)射磁信號定量評價廢舊鐵磁零件應力集中程度的方法，其特征在于使用的磁傳感器測量鐵磁材料自有漏磁場的一維或二維或三維之一或者兩種或者三種的磁信號，即為法向分量Hp (y)信號、水平分量Hp(X)信號或切向分量 Hp(z)信號之一或者兩種或者三種信號，測量精度等于或高于lA/m。
全文摘要
一種利用自發(fā)射磁信號定量評價廢舊鐵磁零件應力集中程度的方法，屬于無損檢測技術領域。采用和被測廢舊鐵磁零件相同材質(zhì)的材料制作試件，設計相應的彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、疲勞等不同試驗，試驗過程中利用磁傳感器按照固定提離值掃描試件表面的應力集中區(qū)域，獲得應力集中區(qū)域的自發(fā)射磁信號；測得的信號經(jīng)計算處理，提取多種特征參量，采用神經(jīng)網(wǎng)絡建立應力集中區(qū)域自發(fā)射磁信號的特征值與應力集中程度的映射關系模型；按相同提離值檢測被測構(gòu)件表面潛在危險區(qū)域的自發(fā)射磁信號，根據(jù)自發(fā)射磁信號特征量與應力集中程度的映射關系模型，定量評價被測鐵磁試件的應力集中程度。本發(fā)明提高了金屬磁記憶技術評判應力集中的可靠性，操作簡便，重復性好。
文檔編號G01N27/83GK102445491SQ20111030718
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權日2011年10月11日
發(fā)明者徐濱士, 王慧鵬, 董世運, 董麗虹, 薛楠 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院