CN103499636B - 基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，属于无损检测技术领域。首先将永磁体置于标定薄板的表面，使用力传感器测定作用于永磁体上的静磁力的反作用力；其次将永磁体置于待测薄板的表面，再次使用力传感器测定永磁体受到的反作用力；将两个反作用力进行比较，若相同，则确定待测薄板上不存在表面缺陷或内部缺陷，若不相同，则确定待测薄板上存在表面缺陷或内部缺陷。本方法测量过程简单，检测成本相对较低，而且检测结果可靠；测量精度高，可探测到磁性薄板中微米级的微缺陷；检测速度高，可对薄板材料进行在线、快速、实时的检测。

Description

基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

无损检测技术是产品质量控制中和很多材料使役过程中不可缺少的基础技术，由于其不破坏产品使用特性的特点，可直接对其缺陷特性进行检测和评价。因此，无损检测成为保证产品完整性和可靠性的重要技术手段。

其中薄板类金属导磁材料存在广泛的用途，例如作为电子元器件基础材料的硅钢片。现代的电子工业要求涡电流越来越小，使用过程中产生的感应热越少越好，因此硅钢片的厚度越来越薄，如冶金工业生产的0.8毫米厚的硅钢板。如果这类薄板金属制品由于冶金中冶炼过程或铸造工艺中混入了如金属氧化物、硫化物等第二相杂质缺陷,且在工艺中也极易产生裂纹和空穴,这将对薄板产品产生极大损害，在使役过程中甚至有时会产生灾难性的后果。因此有必要对产品内的缺陷进行严格的检测并加以控制。

目前传统的几大类无损检测方法中针对铁磁性薄板件或制品的无损检测，都存在不同方面的检测困难和局限，简述如下。

超声检测，利用超声波在材料中传播时的一些特性，如声波在通过材料时能量会有所损失，在遇到两种介质的分界面时会发生反射,据此原理可实现超声检测。常用的超声波频率在兆赫兹数量级上，进一步提高工作频率技术上将很困难，成本也很高，由于超声波的频率所限，一般缺陷小于50微米，采用超声探测就将变得很困难；

射线检测，当强度均匀的射线束透照射物体时，如果物体局部区域存在缺陷或结构存在差异，它将改变物体对射线的衰减，使得不同部位透射射线强度不同，通过检测透射射线的强度，就可判断物体内部的缺陷和分布。其中红外热像检测发展较快，它是利用红外热像仪等设备监测被测物体表面的温度变化，利用缺陷或结构的差异会影响到被测物体的热扩散过程来检测的。红外检测技术具有非接触、无污染、快速全场、直观的特点，但红外热像仪设备复杂且较昂贵。

涡流检测，利用了电磁感应原理，通过激励线圈产生感应电磁场，渗透到被测导体表面或内部，由于缺陷（通常是非导电的）的存在，改变了感应电流的分布或频域特性，然后通过检测线圈检测这些变化。该法具有检测效率高、非接触、对表面质量要求低等特点。并且通过多组线圈的设计可以检测非平面待测面。但由于激励线圈和检测线圈很难做得很小，故在检测微小尺寸的缺陷时受到极大限制。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，利用永磁体和铁磁性材料之间的静磁力由于缺陷引起的变化，探测薄板类金属材料内部的各种缺陷。

本发明提出的基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，包括以下步骤：

（1）将永磁体置于待测薄板的表面，永磁体的磁化方向垂直于薄板表面；

（2）利用与待测薄板相同材料的标定薄板进行标定，标定方法为：使用力传感器测定作用于永磁体上静磁力F₀的反作用力F₀′；

（3）对待测薄板内部缺陷进行测定，测定过程包括以下步骤：

（3-1）使用力传感器测定永磁体受到的反作用力F₁′；

（3-2）将上述反作用力F₁′和F₀′进行比较，若F₁′和F₀′相同，则确定待测薄板上不存在表面缺陷或内部缺陷，若F₁′和F₀′不相同，则确定待测薄板上存在表面缺陷或内部缺陷。

本发明提出的基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，其优点是：

1、本发明提出的基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，测量过程简单，只需测量静磁力或其转换形式的相应变化，即可检测到材料表面或内部是否存在缺陷，并确定缺陷位置。

2、本发明的无损检测方法，测量过程简单，测量设备只涉及永磁体和测力传感器，因此与已有传统的无损检测方法相比，检测成本相对较低。

3、本发明的检测方法，采用永磁体获得的静磁场稳定，与线圈型磁场相比，磁场强度足够强，因此检测信号强，检测结果可靠。

4、本发明的检测方法，使用微小力测力传感器，测量精度高，可探测到铁磁性薄板中微米级的微缺陷。

5、本发明的检测方法，检测速度高，可对薄板材料进行在线、快速、实时的检测。

附图说明

图1是本发明方法中测定永磁体与待测薄板之间产生的静磁力F₀的反作用力F₀′的原理示意图。

图2是本发明方法中测定永磁体与待测薄板的缺陷处之间产生的静磁力F₁的反作用力F₁′的原理示意图。

图3是本发明方法中采用永磁体阵列方式通过扫描薄板表面测量微缺陷的示意图。

图1至图3中，1是待测薄板，2是永磁体，3是微缺陷，4是磁敏感区，5是永磁体阵列。

具体实施方式

本发明提出的基于测静磁力薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，包括以下步骤：

（1）将永磁体置于待测薄板的表面，永磁体的磁化方向垂直于薄板表面；

（2）利用与待测薄板相同材料的标定薄板进行标定，标定方法为：使用力传感器测定作用于永磁体上静磁力F₀的反作用力F₀′；

（3）对待测薄板内部缺陷进行测定，测定过程包括以下步骤：

（3-1）使用力传感器测定永磁体受到的反作用力F₁′；

（3-2）将上述反作用力F₁′和F₀′进行比较，若F₁′和F₀′相同，则确定待测薄板上不存在表面缺陷或内部缺陷，若F₁′和F₀′不相同，则确定待测薄板上存在表面缺陷或内部缺陷。

以下结合附图，详细介绍本发明的内容：

本发明提出的基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，其测试原理如图1和图2中所示，首先将永磁体2置于待测薄板1的表面，永磁体2的磁化方向垂直于薄板表面。

然后，利用与待测薄板相同材料的标定薄板进行标定，标定方法为：使用力传感器测定作用于永磁体上的反作用力F₀′。此处设定永磁体对标定薄板的静磁吸引力为F₀，因此使用力传感器测定的是作用于永磁体上的反作用力F₀′，反作用力F₀′可以通过下式计算：

$F_0^{\′}=-F_0=-{\∫}_{\∂\mathrm{\Ω}}\mathrm{nTds}$

其中，n为磁敏感区4内面Ω上指向铁磁材料之外的法向量，s为磁敏感区4内标定薄板的上表面和下表面Ω的面积，T为待测薄板由于永磁体的静磁场作用而受到的表面应力张量，T由下式计算得到：

$\mathrm{nT}=-\frac{1}{2}(H\·B)n+(n\·H)B^T$

其中，H为永磁体的磁场强度，单位：安培每米，B为永磁体的磁通密度，单位：特斯拉，^BT为B的转置矩阵；

最后，对待测薄板内部缺陷进行测定，测定过程为：首先使用力传感器（图中未标出）测定永磁体受到的反作用力F₁′，然后将该反作用力F₁′与上述标定的F₀′进行比较，若F₁′和F₀′相同，则确定待测薄板上不存在表面缺陷或内部缺陷，若F₁′和F₀′不相同，则确定待测薄板上存在表面缺陷或内部缺陷。其中这里的Ω′包括磁敏感区4内待测薄板的上表面和下表面以及待测薄板与缺陷之间的界面，n′为磁敏感区内面Ω′上由铁磁材料指向外的法向量，s′为面Ω′的面积。

根据上述测得的反作用力F₁′和F₀′大小的比较，就可确定待测薄板内是否含有缺陷。

本发明提出的基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，其中的永磁体的形状可以设计成圆柱形，或正方体或长方体，或马蹄形等。设计原则是磁体产生的静磁场能在薄板铁磁材料中充分磁化形成高密度磁路。

在本发明的无损检测方法中，将薄板内永磁体附近磁场较强的区域称之为磁敏感区，只有缺陷移动进入磁敏感区内，永磁体才会感知到相应的力变化，才能被检测到。磁敏感区域内无缺陷的薄板视为全部由铁磁性材料构成，磁敏感区内薄板含有缺陷时，则由铁磁材料和非铁磁性的缺陷组成。

本发明采用了微小尺寸的永磁体提供静磁场，用于探测铁磁材料薄板中的微小缺陷。其尺寸与薄板件中微缺陷的尺寸在同一或大于一到两个数量级上。在已有技术中，薄板的尺寸比永磁体的大很多，由于受重力作用的影响，直接测量作用在薄板上的微小静磁力几乎不可能。本发明对已有技术进行了改进，采取了一种转换的形式：根据作用力与反作用力的关系，即通过测量作用在永磁体上的力，来获得作用在薄板上的静磁力。

为提高本发明方法在实践中的探测效率，可将上述的测量装置采用阵列方式布置，测量装置包括永磁体和微小力测量传感器，采用两行或多行阵列的布置方式，如图3所示。图3中，5是永磁体阵列。阵列中的永磁体特征长度为l_PM。相邻永磁体间以及行间距l_g应略大于磁敏感区的长度，以避免不同永磁体所产生的静磁场之间互相干扰。通过测量阵列与薄板之间相对移动的测量动作，使测量阵列以扫描的方式测量薄板的整个表面，以到达对其微缺陷全面监测和检测之目的。

Claims (1)

1.一种基于测静磁力的薄板类铁磁材料中微缺陷的无损检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将永磁体置于待测薄板的表面，永磁体的磁化方向垂直于薄板表面；

(2)利用与待测薄板相同材料的标定薄板进行标定，标定方法为：使用力传感器测定作用于永磁体上静磁力F₀的反作用力F₀′；

(3)对待测薄板微缺陷进行测定，测定过程包括以下步骤：

(3-1)使用力传感器测定永磁体受到的反作用力F₁′；

(3-2)将上述反作用力F₁′和F₀′进行比较，若F₁′和F₀′相同，则确定待测薄板上不存在表面缺陷或内部缺陷，若F₁′和F₀′不相同，则确定待测薄板上存在表面缺陷或内部缺陷。