CN102879420A - 高电阻率铁磁材料缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对高电阻率铁磁材料的裂纹、气泡等缺陷进行无损检测的方法。本发明基本检测流程是将检测对象置于交变磁场中交流磁化使其温度升高，同时采用红外热像仪实时获取热图像，根据缺陷引起的温度场分布异常检测缺陷。相比较已公开的热成像无损检测方法，本发明主要特征是热激励手段不同，通过铁磁材料在交流磁化过程中的磁滞损耗来实现。本发明所述方法可以在非接触的情况下对检测对象从内部进行加热进而检测缺陷，并且不要求检测对象导电，特别适合于铁氧体等高电阻率铁磁材料缺陷检测。

Description

高电阻率铁磁材料缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及一种产品缺陷无损检测方法，尤其是用于高电阻率铁磁材料的主动式热成像无损检测方法。

背景技术

铁磁材料零部件在生产及服役过程中可能产生裂纹、气泡、腐蚀等缺陷，这些缺陷的存在会严重影响产品的稳定性、可靠性及使用寿命，因此需要采用无损检测技术发现缺陷并确定其位置。高电阻率铁磁材料具有在交变磁场作用下感应涡流很弱的优点，典型代表是铁氧体材料，该类材料大量应用于高频领域，其缺陷检测具有重要意义。

热成像无损检测技术是一类通过热像仪获取对象表面温度信息并据此分析缺陷情况的技术，具有非接触、检测结果直观、检测速度快等优点。现有热成像无损检测技术的热激励手段有闪光灯、热空气、涡流、超声等，其中闪光灯、热空气等热激励方式仅作用于检测对象表面，对缺陷灵敏度不高；超声激励方法要求探头与检测对象紧密接触，不适合高效率检测场合；涡流热成像方法可在非接触情况下感应产生涡流并利用焦耳效应进行热激励，但该方法仅适用于导电材料，不适合高电阻率铁磁材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于高电阻率铁磁材料的热成像无损检测方法，相关装置无需与检测对象接触，能够对检测对象内部直接进行加热，且加热效果对缺陷敏感。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方法实现：

1）将检测对象置于交变磁场中，该交变磁场作为热激励手段，将检测对象进行交流磁化，利用该过程中的磁滞损耗进行加热，使检测对象表面温度升高。

2）在使用交变磁场施加热激励的同时，采用热像仪对检测对象进行热成像，获取检测对象在激励前、激励过程中、激励后的热图像序列。

3）对热图像序列进行分析，根据温度分布异常判断缺陷是否存在，并确定缺陷位置和缺陷大小。

更进一步的，为了提高加热速度，增强热图像中缺陷区域与完好区域的温度差，所用交变磁场应具有较大强度，一般达到或超过待检测铁磁材料饱和磁化所需磁场强度。另外，为了提高检测缺陷的灵敏度，增强缺陷区域与完好区域的温度差，所用交变磁场的磁力线方向应与缺陷区域面积最大截面的法线方向平行。

本发明有益效果：本发明中能量的传递通过电磁场实现，不需要传播媒介，因此可以实现非接触检测。当检测对象为高电阻率材料时，涡流效应很弱，激励磁场可深入检测对象内部进行加热，提高对内部缺陷的检测效果，因此对铁氧体等高电阻率铁磁材料尤其适合。

附图说明

图1. EM型磁芯裂纹检测系统结构示意图；

图2. EM型磁芯实物图；

图3. 施加交变电流激励0.0秒后热像图；

图4. 施加交变电流激励0.5秒后热像图；

图5. 施加交变电流激励1.0秒后热像图；

图6. 施加交变电流激励1.5秒后热像图；

图中，1、EM型磁芯；2、水冷却铜管；3、感应加热装置；4、感应加热装置输出接头；5、磁芯上的表面开口裂纹。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

实施案例：EM型软磁铁氧体磁芯裂纹检测

检测系统基本结构如图1所示，其包括EM型磁芯1、水冷却铜管2、感应加热装置3，其中磁芯1上有表面开口裂纹5，感应加热装置通过输出接口4输出设定频率和幅值的交变电流；水冷却铜管2缠绕在磁芯1上，感应加热装置3的输出接头4与水冷却铜管2连接。检测对象为某磁性材料企业生产的EM型软磁铁氧体磁芯，外形如图2所示。设置感应加热装置输出电流幅值为360A，频率为257kHz，电流持续时间1.2s。采用热灵敏度≥50mK、分辨率为320×240、帧频25Hz的热像仪进行热图像采集。开始施加电流激励的时刻作为零点，在0秒、0.5秒、1.0秒、1.5秒采集的热图像依次如图3、图4、图5、图6所示。

分析热成像结果发现，磁芯结构左右对称，但在1.0秒的热图像（图5）及1.5秒的热图像（图6）中，温度场分布左右不对称。由于磁致损耗随磁感应强度变大而增加，因此温度场分布可反映磁力线分布规律。由1.0秒的热图像（图5）及1.5秒的热图像（图6）可知，磁芯右侧温度弱于左侧，在右侧内拐角位置存在较大温度差，据此可推测该位置存在裂纹缺陷，导致右侧磁路具有较大磁阻，磁场能量主要集中于磁芯左侧，该分析结果与实际裂纹情况一致。

本发明方法所依据的原理：所有铁磁材料在交变磁场中都存在磁滞损耗，因此可以起到加热效果。磁滞损耗与交变磁场的频率之间具有递增关系，与磁通密度幅值之间也具有递增关系，故采用高频、高强度交变磁场可增大磁滞损耗，提高温升速度，改善热图像信噪比。铁磁材料内部存在缺陷时，会改变所在区域的有效磁导率，从而改变邻近区域的磁通密度，进而改变邻近区域的磁滞损耗，最终导致器件表面不同区域之间的温度差，该温度差可通过热像仪采集的热图像分析得到。当沿磁力线方向存在具有截断磁力线效果的缺陷时，缺陷更容易改变原有磁通密度分布，因此进行交流磁化时所用交变磁场的磁力线方向与缺陷区域面积最大截面的法线方向平行时能够具有更好的检测灵敏度。另外，缺陷通常也会改变材料的热传导特性，从而对检测对象表面温度场分布产生影响。一般的，缺陷的存在会导致热图像中特定区域温度升高或降低，温度分布规律与缺陷类型有关，温度变化大小与缺陷大小有关，温度变化的位置与缺陷位置有关，因此通过热图像分析，可以获取缺陷的种类、位置、大小等信息。

本发明应用具体个例对本发明实施方案进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的工作原理及其核心思想，并不局限于特定的实施对象，凡是根据本发明的核心思想，在具体实施方式和适用范围内有变化之处的相同或相近技术方案均在其保护范围之内。

Claims (3)

1.高电阻率铁磁材料缺陷检测方法，包括对检测对象进行热激励，采用热像仪获取检测对象在检测过程中的热图像序列，然后通过分析热图像序列判断缺陷是否存在，并确定缺陷位置，其特征在于，所述热激励具体为：将检测对象置于交变磁场中进行交流磁化，利用检测对象的磁滞损耗从内部进行加热，并引起表面温度升高。

2.根据权利要求1所述的高电阻率铁磁材料缺陷检测方法，其特征在于：所述对检测对象进行交流磁化的磁场，其强度达到或超过待检测铁磁材料饱和磁化所需磁场强度。

3.根据权利要求1所述的高电阻率铁磁材料缺陷检测方法，其特征在于：所述对检测对象进行交流磁化的磁场，其磁力线方向与缺陷区域面积最大截面的法线方向平行。

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