[发明专利]确定由可磁化材料制成的部件的应力的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定由可磁化材料制成的部件（优选为飞行器部件）的应力的系统和方法。

背景技术

如已知的，飞行器制造业使用氮化或碳化钢部件，其首先被碳化然后喷丸（shot peened），并且最终被打磨。

喷丸是冷处理部件表面以在部件的最外层中产生各向同性的剩余压缩状态的一个机械过程。

打磨通常在诸如剩余应力、微结构以及随之而来的对磨损和疲劳的耐性等方面影响喷丸部件的最终表面状况。

特别地，如果不仔细地控制打磨参数，打磨区域中产生的热的形式的能量的局部注入可能造成表面层中的严重的热损坏。

如果部件的温度超过回火温度，打磨可以产生冶金等级的微观结构的马氏体变化，导致所谓的过度回火马氏体：涉及较软的表面区域和机械性特性通常降低的亚稳相。

因此，过度回火的马氏体会加速裂痕的发生；并且打磨还可改变材料的剩余应力型式。

在最坏的情形中，材料可能在表面区域中存在剩余的压缩性应力，并且在靠近表面的内部区域中存在剩余的张应力，因此导致材料的应力中的突然变化。

应力的最终幅度和均一性可以显著地变化。

因此感觉在该行业内存在以下需要，即，确定打磨在部件的应力上的效果，以使能够准确地评价部件对疲劳的耐性。

已知的化学蚀刻部件检查方法仅对较重的微结构钢有效，并且总是涉及一定量的主观评价。

此外，它们也不能确定过度回火在碳化或氮化钢铁部件的剩余应力中造成的改变。

确定部件的应力的替换方法利用巴克豪森效应（Barkhausen effect）。

根据巴克豪森效应，在暴露于变化的磁场中的可磁化（例如铁磁）材料的部件内部的磁通量不是连续变化的，而是经历离散的改变，这在靠近部件布置的线圈中诱发了电压脉冲，所述电压脉冲可以被放大并且连接到扩音器以产生公知为巴克豪森噪音的声学脉冲。

在部件内部的磁通量的离散变化与磁畴边缘的不连续的移动相关。更具体地说，在未磁化部件中，磁畴（magnetic domain）随意地定位，因此本体的平均磁性是零。当暴露于外部磁场时，部件的畴的定位趋向于随之改变，并且经历相邻磁畴的壁的移动，因此由于部件内的磁性的间断性，本体的“宏观”磁化经历离散的改变。

已知巴克豪森噪音特征受到部件的张力或压缩应力的影响。

因此感觉到在该行业内需要一种用于利用巴克豪森效应确定由可磁化材料制成的部件的应力的系统和方法，并且所述系统和方法易于实施。

还感觉到需要一种用于在不同的部件深度下确定所述应力的直接、容易执行的系统和方法。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于确定由可磁化材料制成的部件的应力的系统，该系统包括：

-发生台，该发生台用于产生变化的幅度的磁场；以及

-拾取台，该拾取台用于随所述磁场的所述幅度中的变化而获取巴克豪森噪音信号；

该系统的特征在于包括用于随所述磁场的所述幅度的变化而计算所述信号的最大值的倒数的处理单元；

所述处理单元包括存储台，该存储台用于存储所述最大值的所述倒数与显著应力值（significant stress value，有效应力值）之间的线性关系。

根据本发明，还提供了一种用于确定由可磁化材料制成的部件的应力的方法，该方法包括以下步骤：

-产生不同幅度的磁场；

以及

-随所述磁场的所述幅度中的变化而获取所述部件的巴克豪森噪音信号；

该方法的特征在于包括以下步骤：

-随所述磁场的所述幅度中的变化而计算所述巴克豪森噪音信号的最大值的倒数；以及

-通过所述最大值的倒数与显著应力值之间的线性关系计算所述部件的显著应力值。

附图说明

下面将通过例子，参考附图来描述根据本发明的优选的、非限定性的实施例，在附图中：

图1示出了根据本发明的用于确定由可磁化材料制成的部件的应力的系统的示意图；

图2示出了随图1系统所施加的磁场的强度变化而获得的有效巴克豪森噪音信号值以及用于不同的显著施加应力值的图表；

图3示出了随显著施加应力值的变化而获得的图2巴克豪森噪音信号的有效值，以及用于与图2中相同部件的图表；

图4示出了随显著施加应力值中的变化而获得并且用于与图2和图3中相同部件的强制点处的非磁滞微分磁化率的理论测试图表；