CN105699482B - 一种快速检测应力集中线的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无损检测领域，提供了一种快速检测应力集中线的装置和方法，装置包括由软磁材料制成的软磁材料体；所述软磁材料体为对称结构，最下端为与待测材料平行的两个长方体形面，所述两个长方体形面向上延伸并连接形成具有开口且开口方向向下的结构，所述软磁材料体的上端的中间设有开孔；所述开孔中设置有读取所述软磁材料体中的磁通信号的磁敏传感器。软磁材料体最下端与待测材料靠近的两个面，在应力集中线的两侧，构成一个磁路，导通应力集中线两侧的磁力线，同时起到集中磁力线的作用，在软磁材料体的顶端设置磁敏传感器检测经过软磁材料体中的磁通，通过判断检测位置的分量是不是达到极值，从而确定检测位置是否为应力集中线。

Description

一种快速检测应力集中线的装置和方法

技术领域

本发明属于无损检测领域，尤其涉及一种快速检测应力集中线的装置和方法。

背景技术

现有的应力无损检测方法种类比较多，但都比较间接。例如有利用材料晶格常数因应力的变化来检测应力的X射线衍射法(XRD),也有利用材料声速和频谱随应力而变化的效应的超声测速法。对于光泽的表面，还可以利用激光干涉，来测量弯曲晶片的干涉条纹，从而知道材料的应变以及应力。此外红外热图法也可作为一种方法，其原理是利用材料的循环加载后的热辐射，来得到其温度分布，从而推知其应力分布。还有一种应用的比较多的方法：应变片法，就是利用贴在材料上的电阻片的因应力而变形导致的电阻变化来间接计算其应力的变化。

类似上面的声学检测方法，也可以利用铁磁材料在应力下的磁性变化，来测量铁磁材料的应力。比较普遍是巴克豪森噪声法(Barkhausen Noise)、磁力声发射法、磁各向异性法以及磁场旋转法。这些方法的一个共同的特点是利用外磁场来检测铁磁物质在应力作用下的磁学性能变化，反过来计算其应力。这些方法和前述的方法一样，间接且操作复杂，局限性大，更适用于实验室。

另一方面，应力集中区(Stress Concentration Zone，SCZ)，以及其边界应力集中线(Stress Concentration Line，SCL)的检测特别重要。应力集中区是材料或者工件在应力的作用下，形成的特定区域。一般而言，材料或者工件的失效模式(failure mode)，包括腐蚀、断裂等模式，是从应力集中线开始的。所以，应力集中线的检测，对于工件的安全评估，以及生产事故的预防非常重要。但是如上述，首先在使用现场，特别是对于在役的器件，应力检测本身就是个有难度的工作，而对于进一步的应力集中线，更是具有挑战性。

1994年，俄罗斯科学家杜波夫(Dubov)提出，利用铁磁材料的金属磁记忆(MetalMagnetic Memory)效应，来检测材料的应力。俄罗斯动力诊断公司也成功的开发出了磁记忆检测仪器，应用在各行各业中。

利用磁记忆效应，可以检测应力集中区和应力集中线。但是其基本的操作方式是，对材料或者工件进行全面的扫描，得出材料的表面磁场分布图，然后利用“过零判据”和“极大值判据”，来判断应力集中区，以及其边界应力集中线。实际使用中证实，这种方法的原理有效，但是其缺点是测量间接、结果不明确、测量效率有待提高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种快速检测应力集中线的装置和方法，至少可克服现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及的一种快速检测应力集中线的装置，包括由软磁材料制成的软磁材料体；

所述软磁材料体为对称结构，最下端为与待测材料平行的两个长方体形面，所述两个长方体形面向上延伸并连接形成具有开口且开口方向向下的结构，所述软磁材料体的上端的中间设有开孔；

所述开孔中设置有读取所述软磁材料体中的磁通信号的磁敏传感器。

作为实施例一涉及的一种快速检测应力集中线的装置，所述磁敏传感器与外部的主机通信，将读取到的软磁材料体中的磁通信号传输给主机，主机根据实时接收的数值判断当前位置是否为应力集中线。

所述软磁材料包括铁镍合金和工业纯铁。

所述软磁材料体最下端的两个长方体形面向上延伸并连接围成的形状为U形、方形、长方形、半圆形或者半椭圆形。

所述软磁材料体上还设置有由无磁性材料制成的把手。

所述装置包括开口方向和对称轴方向相同的两个所述软磁材料体，两个所述软磁材料体的跨度不同，一个所述软磁材料体置于另一个所述软磁材料体的开口内部。

所述装置包括开口方向和对称轴方向相同的两个所述软磁材料体，两个所述软磁材料体从左到右依次排列。

所述装置包括开口方向垂直、对称轴方向相同的两个所述软磁材料体。

本发明实施例涉及的一种快速检测应力集中线的装置的检测方法，包括：

步骤1，在待检测区域内进行大范围的快速扫描，确定表面磁场方向的变化区域，并标记下检测出现极大值的标记点；

步骤2，以所述标记点为中心，前后左右移动软磁材料体，并观察表面漏磁场的极值变化，标记检测到的下一个极大值的位置为下一个应力集中线上点的位置，确定应力集中线的走向；

所述步骤2中，寻找下一个极大值的过程包括：

步骤201，取当前极大值位置两侧对称两个点A和B，取应力集中线走向侧与A和B点分别对称的C点和D点；

步骤202，确定A和B两点连线之间的应力集中线的位置，使所述软磁材料体垂直于所述应力集中线方向平行移动；

步骤203，所述软磁材料体移动到CD两点后，左右移动判断是否能找到极大值，是，执行步骤205，否，执行步骤204；

步骤204，测试AC两点和BD两点是否出现极大值，执行步骤205；

步骤205，确定找到的下一个极大值为下一个应力集中线上点的位置。

本发明实施例提供的一种快速检测应力集中线的装置和方法的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种快速检测应力集中线的装置及方法，需要移动的范围较小，同时扫描覆盖的区域较大，可以很快的检测出应力集中线，效率得到明显提；不需要像现有的磁记忆检测仪器，要来回多次扫描，并且现有的磁记忆检测仪的探头较小，一般在6毫米宽度左右，扫描时覆盖的区域有限，效率低下。

检测结果明确：使用现有的磁记忆检测仪器，由于材料本身的基底磁场的影响，因为要同时观察法向磁场的“过零判据”，以及切向磁场的“极大值判据”，所以经常出现矛盾的情况；利用本发明提供的一种应力集中线检测装置及方法，因为综合了法向和切向方向的磁场，通过磁敏器件读出各个位置的实际磁场，所以检测结果更加明确。

检测结果直接，不用事后分析：使用现有的磁记忆检测仪器，得出整个检测表面的磁场后，经常需要利用专门的软件来对数据进行分析，特别是要扣除各种外部影响之后，才能更好的使用“过零判据”和“极大值判据”，所以现有的方法经常不能直接给出应力集中线的位置；利用本发明提供的一种应力集中线检测装置及方法，当场就能直接找出磁应力集中线，利于现场标注，方便进一步的检测或者定量测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第一实施例的结构示意图；

图2是本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的测试原理图；

图3是本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第二实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第三实施例的结构示意图；

图5是本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的检测方法的示意图；

图中，1为软磁材料体，2为开孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

本发明提供的实施例一为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第一实施例，如图1所示为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的结构示意图，所述装置包括由软磁材料制成的软磁材料体1，该软磁材料体1为对称结构，最下端为与待测材料平行的两个长方体形面，两个长方体形面向上延伸并连接形成具有开口且开口方向向下的结构，软磁材料体的上端的中间设有开孔2。

该开孔2中设置有读取软磁材料体中的磁通信号的磁敏传感器。

如图2所示为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的测试原理图，由图2可知，本发明实施例提供的一种快速检测应力集中线的装置，结合实际情况中，待测材料的应力集中线两侧的法向方向的磁化方向相反，应力集中线的上方的切线方向的磁场强度达到极大值，提供一种检测应力集中线的装置，软磁材料体最下端与待测材料靠近的两个面，在应力集中线的两侧，构成一个磁路，导通应力集中线两侧的磁力线，同时起到集中磁力线的作用。在软磁材料体的顶端设置磁敏传感器检测经过软磁材料体中的磁通，通过判断检测位置的分量是不是达到极值，从而确定检测位置是否为应力集中线。

磁敏传感器与外部的主机通信，将读取到的软磁材料体中的磁通信号传输给主机，主机根据实时接收的数值判断当前位置是否为应力集中线。

本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置中，制作弧形体的软磁材料包括但不限于铁镍合金，工业纯铁等。

进一步的，软磁材料体1最下端的两个长方体形面向上延伸并连接围成的形状可以为U形、方形、长方形、半圆形或者半椭圆形，本发明实施例给出的附图中均为半椭圆形。

本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的跨度和宽度可以根据待测材料的具体情况以及实际需求进行适应性变化，作为一种特例，可以选择宽度为5毫米，跨度为12毫米，厚度为3毫米。

本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置，软磁材料体上还设置有把手，该把手为塑料、铝合金或者不锈钢或者铜等无磁性材料制成。

实施例二

本发明提供的实施例二为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第二实施例，如图3所示为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第二实施例的结构示意图，该实施例中，包括开口方向和对称轴方向相同的两个软磁材料体，

图3给出的实施例中，两个软磁材料体的跨度不同，一个软磁材料体置于另一个软磁材料体的开口内部，能进一步的精确定位应力集中线的位置。

还可以为两个软磁材料体从左到右依次排列，能进一步的扩大扫描面积。

实施例三

本发明提供的实施例三为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第三实施例，如图4所示为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第三实施例的结构示意图，由图4可知，该实施例中，包括开口方向垂直和对称轴方向相同的两个软磁材料体。

在应力集中线的折弯处，要多次扫描才能确定应力集中线的走向，利用本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的第三实施例，通过各个主要通道上的磁敏器件，或者一个三维度磁敏元件的多个测量方向，能够同时收集和读取各个主要方向的磁场大小，方便比较，从而快速的检测出应力集中线的折弯处的下一个点的位置，方便应力集中线的折弯处的扫描。

实施例四

本发明提供的实施例四为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的检测方法的实施例，该检测方法包括：

步骤1，在待检测区域内进行大范围的快速扫描，确定表面磁场方向的变化区域，并标记下检测出现极大值的标记点。

步骤2，以标记点为中心，前后左右移动软磁材料体，并观察表面漏磁场的极值变化，标记检测到的下一个极大值的位置为下一个应力集中线上点的位置，确定应力集中线的走向。

步骤2中，寻找下一个极大值的过程包括：

步骤201，取当前极大值位置两侧对称两个端点A和B，取应力集中线走向侧与A和B点分别对称的C点和D点。

步骤202，确定A和B两点连线之间的应力集中线的位置，使软磁材料体垂直于该应力集中线方向平行移动。

步骤203，软磁材料体移动到CD两点后，左右移动判断是否能找到极大值，是，执行步骤205，否，执行步骤204。

步骤204，测试AC两点和BD两点是否出现极大值，执行步骤205。

步骤205，确定找到的下一个极大值为下一个应力集中线上点的位置。

如图5所示为本发明提供的一种快速检测应力集中线的装置的检测方法的示意图。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种快速检测应力集中线的装置，其特征在于，所述装置包括由软磁材料制成的软磁材料体；

所述软磁材料体为对称结构，最下端为与待测材料平行的两个长方形面，所述两个长方形面向上延伸并连接形成具有开口且开口方向向下的结构，所述软磁材料体的上端的中间设有开孔；

所述开孔中设置有读取所述软磁材料体中的磁通信号的磁敏传感器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁敏传感器与外部的主机通信，将读取到的软磁材料体中的磁通信号传输给主机，主机根据实时接收的数值判断当前位置是否为应力集中线。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软磁材料包括铁镍合金和工业纯铁。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软磁材料体最下端的两个长方形面向上延伸并连接围成的形状为U形、方形、长方形、半圆形或者半椭圆形。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软磁材料体上还设置有由无磁性材料制成的把手。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括开口方向和对称轴方向相同的两个所述软磁材料体，两个所述软磁材料体的跨度不同，一个所述软磁材料体置于另一个所述软磁材料体的开口内部。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括开口方向和对称轴方向相同的两个所述软磁材料体，两个所述软磁材料体从左到右依次排列。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括开口方向和对称轴方向相同的两个所述软磁材料体，两个所述软磁材料体相互交叉叠放。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的快速检测应力集中线的装置的检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，在待检测区域内进行大范围的快速扫描，确定表面磁场方向的变化区域，并标记下检测出现极大值的标记点；

步骤2，以所述标记点为中心，前后左右移动软磁材料体，并观察表面漏磁场的极值变化，标记检测到的下一个极大值的位置为下一个应力集中线上点的位置，确定应力集中线的走向；

所述步骤2中，寻找下一个极大值的过程包括：

步骤201，取当前极大值位置两侧对称两个点A和B，取应力集中线走向侧与A和B点分别对称的C点和D点；

步骤202，确定A和B两点连线之间的应力集中线的位置，使所述软磁材料体垂直于所述应力集中线方向平行移动；

步骤203，所述软磁材料体移动到CD两点后，左右移动判断是否能找到极大值，是，执行步骤205，否，执行步骤204；

步骤204，测试AC两点和BD两点是否出现极大值，执行步骤205；

步骤205，确定找到的下一个极大值为下一个应力集中线上点的位置。