[发明专利]封闭铁磁壳体内部三维作用力在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料内应力检测技术，尤其涉及一种封闭铁磁壳体内部三维作用力在线检测方法。

背景技术

将一个工件与一壳体装配，当该工件外型与壳体内部形状几乎相同时，工件与壳体紧密配合，形成封闭铁磁壳体。为了实现工件与壳体紧密配合，必须在装配过程中施加较大的作用力。由于任何一个工件都存在一定的尺寸加工误差，在生产装配时，容易在工件、壳体的接触面上产生局部应力集中、局部过热、偏载和配合欠紧密等问题，甚至造成材料内部的裂纹和损伤，造成损失或成为隐患引发事故。因此，研究壳体装配过程中狭缝间作用力的在线无损检测方法和相应的在线检测设备，对于保障产品质量具有重要意义。同时这种检测技术对于其它相类似的设备加工制造过程中的在线无损检测以及危险性较高的在役设备长期安全监测具有重大意义。

目前可以检测材料内应力或缺陷的无损检测方法有：超声检测、射线检测、红外检测以及磁检测。射线、红外、超声检测的优点是适用的材料种类广，磁检测往往只适用于磁性材料。

超声法具有体积小、重量轻、便于携带且对人体无害的特点。但是通常要求被测工件尺寸较大，因为实际操作中，超声波在金属中传播纵波速度为5000m/s左右，这样通过测量声速差检测应力，首先要求应力作用的声传播路径要有一定距离，至少要在100mm以上，即使这样检测的分辨率也很低。由于固体材料的声速不仅会受到应力的影响，它还与材料自身的性质及温度等有关，这在很大程度上限制了超声法的应用。并且超声波测量装置与试件之间的耦合因素严重影响检测的精度，所以超声法的现场应用发展缓慢，目前这种方法还仍处于试验研究阶段。

漏磁检测(磁检测的一种)的工作原理是利用激励磁场在导磁的被测件体内产生一个纵向磁场回路，如果工件内壁或外壁有缺陷，则磁通路变窄，磁力线发生变形，部分磁力线还将穿出工件壁之外而产生所谓漏磁，漏磁场被位于两磁极之间的、紧贴管壁的探头检测到。理论上材料形变也可以造成漏磁，但是对于大刚度的材料，外力作用下的形变极其微小，不可能通过测量形变而推导出应力。因此无法采用漏磁检测来检测封闭铁磁壳体狭缝间的作用力。

红外检测常用于高温或低温承压设备内部保温层状态的检测与评价，它也适用于各种设备的高应力集中和疲劳损伤部位的检测。设备上的高应力集中部位在大量疲劳载荷的作用下，出现的早期疲劳损伤会显示在热斑迹图像上。红外热成像可以及早发现壳体上存在的薄弱部位，为以后的重点检测提供依据；然而，目前针对红外检测的检测结果还无法定量分析应力大小。

射线检测主要针对壳厚小于12mm的设备内部缺陷，也可以测量内应力；射线法主要有X射线检测和中子衍射法两种，但X射线的穿透深度极浅，而在中子检测时，被测物体要根据中子源仪器条件受到一定限制，而且射线法成本高、危险性大，很难在实际装配过程中在线应用。

涡流检测(磁检测的一种)是针对导电材料的一种无损检测方法，涡流探伤法可以发现缺陷，但是无法测量应力。

巴克豪森检测法是从，Barkhausen于1919年发现的巴克豪森效应，逐步发展并成熟起来的，利用巴克豪森检测法不仅可以测到单轴向应力，而且能测较复杂的应力，但只能显示出应力的二维分布。

综上所述，能够检测铁磁性材料内部三维应力分布的检测方法研究，目前国内外尚未见有关成功研究的报道。

发明内容

本发明提出了一种封闭铁磁壳体内部三维作用力在线检测方法，该方法采用巴克豪森磁噪声检测装置，向被测铁磁壳体施加变频电磁激励和旋转电磁激励，获取被测铁磁壳体内部不同深度的MBN、MAE信号，对MBN、MAE信号进行三维重建，最终检测出被测铁磁壳体内的三维应力和缺陷分布。

检测方法的具体步骤为：

1)预设多个不同磁场激励频率；

2)采用巴克豪森磁噪声检测装置，在每个磁场激励频率条件下分别扫描一次铁磁壳体表面；

3)步骤2)中扫描结果：如扫描结果无异常，则可判断铁磁壳体内部结构正常；如扫描结果出现异常，转步骤4)；

4)对扫描结果异常的铁磁壳体按如下方法进一步检测：

[1]预设多个磁场激励频率和多个检测位置；

[2]在同一检测位置，在某个起始磁场激励频率条件下，每检测一次就将检测装置旋转一相同角度继续检测，直到旋转360°为止；检测装置旋转了360°后，改变磁场激励频率，继续按“每检测一次就将检测装置旋转一相同角度，直到旋转360°为止”进行检测，直至每个磁场激励频率条件下，都完成了一次旋转检测为止；