用于測(cè)定鐵磁性材料中雙向應(yīng)力的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種測(cè)定鋼構(gòu)件中雙向應(yīng)力的方法，首先通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)試件產(chǎn)生標(biāo)定基準(zhǔn)，所說(shuō)試件具有與鋼構(gòu)件類似的冶金特性，然后把從鋼構(gòu)件上測(cè)得的足以代表巴克好森噪聲強(qiáng)度值應(yīng)用于標(biāo)定基準(zhǔn)。按照本發(fā)明專利技術(shù)，在檢驗(yàn)的鋼構(gòu)件的選定位置上給出沿第一和第二主方向上的應(yīng)變值。（*該技術(shù)在2009年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及金屬構(gòu)件中殘余應(yīng)力的測(cè)定，更確切地說(shuō)涉及測(cè)定鋼構(gòu)件中雙向應(yīng)力的方法。鐵磁性材料，例如鋼中的應(yīng)力和結(jié)構(gòu)缺陷，以及金屬件的某些其它特性，可以通過(guò)在金屬件中建立隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)和分析由磁場(chǎng)在金屬件中產(chǎn)生的磁噪聲來(lái)識(shí)別。這種探測(cè)技術(shù)應(yīng)用了被稱之為“巴克好森效應(yīng)”的現(xiàn)象，即當(dāng)建立在金屬件中的磁場(chǎng)逐漸變化時(shí)，在物質(zhì)磁化中的一系列突變和跳躍。這種現(xiàn)象對(duì)本領(lǐng)域的工作人員來(lái)說(shuō)已經(jīng)是公知的。在LeeP等人的美國(guó)3427872號(hào)專利中給出關(guān)于巴克好森效應(yīng)的一個(gè)極好的
技術(shù)介紹
討論。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變，在磁化中發(fā)生的突變可以作為電噪聲由緊密排列的傳感線圈或與金屬件相接觸來(lái)探測(cè)。Tiitto的美國(guó)4634976號(hào)專利中描述了幾種傳感器的外形，由來(lái)自傳感線圈的電導(dǎo)線攜帶且通常被稱為“巴克好森噪聲”的噪聲可通過(guò)合適的處理網(wǎng)絡(luò)來(lái)輸送，而且，如果需要的話，該噪聲能輸?shù)铰曨l揚(yáng)聲器。在金屬件中某一位置產(chǎn)生的巴克好森噪聲強(qiáng)度部分地取決于該位置的應(yīng)力或應(yīng)變的向指大小和方向以及金屬的微觀結(jié)構(gòu)。此外，該領(lǐng)域的工作人員已經(jīng)試圖應(yīng)用巴克好森效應(yīng)和巴克好森噪聲來(lái)確定金屬件中的應(yīng)力或應(yīng)變以及缺陷和金屬件的一些微觀結(jié)構(gòu)特性。應(yīng)用巴克好森效應(yīng)確定金屬件中的應(yīng)力或應(yīng)變以及缺陷的大多數(shù)系統(tǒng)包括一個(gè)激勵(lì)線圈系統(tǒng)和一個(gè)傳感線圈系統(tǒng)。激勵(lì)線圈設(shè)置在檢測(cè)過(guò)程中緊靠金屬件的位置，而且該線圈由隨時(shí)間周期性變化的信號(hào)激勵(lì)，以便在金屬件中感應(yīng)出隨時(shí)間周期性變化的磁場(chǎng)。巴克好森噪聲在金屬件中產(chǎn)生的結(jié)果由傳感線圈感受并輸送到能以多種方式處理噪聲的電路中。最后，經(jīng)過(guò)處理的巴克好森噪聲被送至顯示裝置。這里用MP(磁致彈性系數(shù))值來(lái)表示巴克好森噪聲，該值與在指定的頻率范圍內(nèi)測(cè)得的巴克好森噪聲強(qiáng)度成正比。在檢驗(yàn)金屬件應(yīng)力的傳統(tǒng)實(shí)踐中，巴克好森噪聲強(qiáng)度(MP值)是通過(guò)以下途徑實(shí)際應(yīng)用的，首先由被檢測(cè)的每個(gè)鋼號(hào)的試件作出單軸向標(biāo)定曲線;在被驗(yàn)的鋼構(gòu)件中進(jìn)行MP值的實(shí)際測(cè)量;將從實(shí)際測(cè)量得到的MP值與特定的單軸向標(biāo)定曲線進(jìn)行比較以確定在鋼構(gòu)件檢測(cè)位置上出現(xiàn)的應(yīng)力或應(yīng)變。單軸向標(biāo)定曲線是通過(guò)使試件僅在一個(gè)方向處于壓縮受力或拉伸受力的狀態(tài)而獲得的，而其它方向的應(yīng)力忽略不計(jì)或假設(shè)它們非常小。在各壓縮或是拉伸條件下測(cè)得的MP值構(gòu)成了沿加載軸出現(xiàn)的應(yīng)力/應(yīng)變表示法，在試件彈性范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量的整個(gè)過(guò)程中，這些測(cè)量是有效的。該領(lǐng)域的工作人員已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了上述用巴克好森噪聲標(biāo)定曲線方法測(cè)量應(yīng)力/應(yīng)變與用其它方法測(cè)量應(yīng)力/應(yīng)變之間的巨大變化。在多數(shù)情況下，可以假定這些變化可能與鋼的微觀結(jié)構(gòu)差異有關(guān)，象成分、晶體結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、形變和冶金結(jié)構(gòu)。然而，實(shí)際上所有真正的鋼構(gòu)件(例如，焊接構(gòu)件、裝配或構(gòu)件)都有復(fù)雜的雙軸向殘余應(yīng)力狀況，這一狀況是由鋼的生產(chǎn)過(guò)程造成的，并由后來(lái)的焊接及機(jī)加工過(guò)程被加強(qiáng)和變化的，這些就是鋼構(gòu)件的制造者和使用者所設(shè)法測(cè)定的重要的殘余應(yīng)力。通過(guò)下面的描述將會(huì)明顯地看到，把單軸向標(biāo)定應(yīng)用于檢測(cè)雙軸向應(yīng)力/應(yīng)變狀況可能引起誤差，該誤差比規(guī)定鋼等級(jí)中典型的微觀變化所導(dǎo)致的誤差大。這種雙軸向(或平面)應(yīng)力/應(yīng)變狀況的基本原則是大家熟悉的。按照線性彈性理論和虎克定律，所有平面應(yīng)變狀況可以用兩個(gè)基本正應(yīng)變(ε1、ε2)來(lái)表示，這兩個(gè)應(yīng)變互相垂直，而且有一個(gè)平面外正應(yīng)變(ε3)垂直于該表面(1)、(2)ε1、ε2=εx+εy2±(εx-εy2)2+(rxy2)2]]>(3)ε2＝ε3＝ (ν)/(1-ν) (εx+εy)這里x和y是在試件平面中隨機(jī)選擇的坐標(biāo)，εx、εy是在x和y方向測(cè)得的正應(yīng)變，γxy是在xy試件平面中的剪應(yīng)變，ν是泊松比。雙軸向平面應(yīng)力狀況的兩個(gè)基本正應(yīng)力(σ1、σ2)很容易通過(guò)下述公式求得(4)σ1＝ (E)/(1－ν2) (ε2＋ε1)(5)σ2＝ (E)/(1－ν2) (ε2＋ε1)其中E是彈性模量。通過(guò)上述定義，大家可能注意到，一個(gè)自由表面不能保證正應(yīng)力垂直于該表面平面，也即σ3＝0;不過(guò)由于泊松效應(yīng)，正應(yīng)變?chǔ)?可以仍然存在。作為工程應(yīng)用，應(yīng)變?chǔ)?、ε2和應(yīng)力σ1、σ2通常使用盲孔鉆法或X線衍射來(lái)測(cè)定。這兩種技術(shù)通常被認(rèn)為是費(fèi)時(shí)和不切實(shí)際的。如上所述，使用巴克好森噪聲將傳統(tǒng)的單軸向標(biāo)定用于檢測(cè)雙軸向平面應(yīng)力/應(yīng)變狀況可能引起一系列誤差，有時(shí)在50～100%的數(shù)量級(jí)。例如，若在應(yīng)用單軸向標(biāo)定方法時(shí)，在一個(gè)結(jié)構(gòu)件上測(cè)得某個(gè)MP值，將該MP值用于標(biāo)定曲線，并假設(shè)橫向應(yīng)變(ε2)為零，從而獲得某個(gè)縱向應(yīng)變值(ε1)。但是，結(jié)構(gòu)件中的橫向應(yīng)變實(shí)際上可能有一個(gè)很大的值，而且在橫向應(yīng)變實(shí)際值處使用標(biāo)定曲線會(huì)得出一個(gè)縱向應(yīng)變，這個(gè)應(yīng)變值明顯地不同于上述假設(shè)橫向應(yīng)變?yōu)榱銜r(shí)用標(biāo)定曲線所得的值。正是兩個(gè)基本應(yīng)變分量可能都很大，這將引起構(gòu)件的制造者和用戶關(guān)心，而且還會(huì)使單軸向標(biāo)定法不可靠或者甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，需要發(fā)展巴克好森噪聲方法，以便更好地測(cè)定實(shí)際鋼構(gòu)件中雙軸向應(yīng)力狀況。迄今為止，該領(lǐng)域的工作人員很少認(rèn)識(shí)到雙軸向殘余應(yīng)力的分布實(shí)際上可能是影響巴克好森噪聲實(shí)驗(yàn)的重要因素。例如，在一篇題為“巴克好森雙軸向應(yīng)力/應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)”〔k.Loomis著，第十三屆國(guó)際無(wú)損探傷學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告(San.Antonio，Texas(1981)〕的文章中，由實(shí)驗(yàn)提供的數(shù)據(jù)表明，在測(cè)定的主方向上幾乎沒(méi)有橫向應(yīng)力;從該數(shù)據(jù)看，結(jié)果是另人滿意的，無(wú)需對(duì)雙軸向應(yīng)力進(jìn)行補(bǔ)償。在題為“用巴克好森噪聲法檢測(cè)加工應(yīng)力”〔L.Karjalainen等著，在產(chǎn)品制造及性能方向與應(yīng)力有關(guān)的加工效應(yīng)(焊接原理，AbingtoHall，劍橋1985)，§13，第一頁(yè)〕一文中，作者證實(shí)了雙軸向殘余應(yīng)力以及關(guān)于它們對(duì)單軸向標(biāo)定曲線的影響所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)的重要性，此外還提示沒(méi)有用來(lái)測(cè)定單軸向殘余應(yīng)力存在的影響的過(guò)程。在題為“在雙軸向應(yīng)力檢測(cè)中磁性巴克好森噪聲分析”〔作者Furuya等，日本無(wú)損探傷學(xué)會(huì)雜志，VOL.36，NO.8(1987)，第530頁(yè)〕一文中，作者進(jìn)行了一次償試，用巴克好森噪聲法直接測(cè)定雙軸向應(yīng)力，不過(guò)，其結(jié)論是這種噪聲可能僅與每個(gè)基本應(yīng)力差有關(guān)。本專利技術(shù)的目的是提供一種測(cè)定鋼構(gòu)件中雙軸向應(yīng)力的巴克好森噪聲法，它消除或顯著地減少考慮到橫向和縱向應(yīng)力(應(yīng)變)的任一組合，由于橫向應(yīng)力/應(yīng)變對(duì)巴克好森噪聲強(qiáng)度的影響所引起的誤差。于是，本專利技術(shù)提供的用于測(cè)定鋼構(gòu)件中雙軸向應(yīng)力的方法包括以下步驟(a)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)定基準(zhǔn)，(ⅰ)由一個(gè)具有類似于所說(shuō)鋼構(gòu)件冶金特性的實(shí)驗(yàn)試件，并且(ⅱ)在所說(shuō)試件的彈性范圍內(nèi)，所說(shuō)的反映巴克好森噪聲強(qiáng)度隨縱向和橫向應(yīng)變變化的標(biāo)定基準(zhǔn)相對(duì)于應(yīng)變的零點(diǎn)值而變化;(b)在所說(shuō)鋼構(gòu)件的選定位置上沿第一和第二主方向測(cè)定巴克好森噪聲強(qiáng)度;和(c)，利用所說(shuō)的標(biāo)定基準(zhǔn)，把測(cè)得的巴克好森強(qiáng)度換算成在所說(shuō)鋼構(gòu)件選定位置上沿第一和第二主方向的縱向和橫向應(yīng)變值。本專利技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在檢測(cè)過(guò)程中在鋼構(gòu)件的選定位置上沿第一和第二主方向獲得應(yīng)變值;這些應(yīng)變值通過(guò)上述傳統(tǒng)公式(4)、(5)可以容易地?fù)Q算成應(yīng)力值。在本專利技術(shù)的最佳實(shí)施例中，處于檢測(cè)狀態(tài)的鋼構(gòu)件的選定位置上沿第一和第二主方向的縱向和橫向應(yīng)變的精確值是通過(guò)把在第一和第二主方向上測(cè)得的一對(duì)MP值用標(biāo)定基準(zhǔn)直接轉(zhuǎn)換成所說(shuō)主方向上的應(yīng)變或應(yīng)力值而獲得的。在本專利技術(shù)的第二個(gè)實(shí)施例中本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種測(cè)定鋼構(gòu)件中雙向應(yīng)力的方法，包括以下步驟：產(chǎn)生標(biāo)定基準(zhǔn)（ｉ）來(lái)自一個(gè)實(shí)驗(yàn)的試件，該試件具有與所說(shuō)鋼構(gòu)件類似的冶金特性和（ｉｉ）在所說(shuō)試件的彈性極限內(nèi)，反映巴克好森噪聲強(qiáng)度隨所說(shuō)試件縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變而變化的標(biāo)定基準(zhǔn)從它們的零值起變化 。在鋼構(gòu)件的選定位置處沿第一和第二主方向測(cè)量巴克好森噪聲強(qiáng)度。利用所說(shuō)的標(biāo)定基準(zhǔn)，把測(cè)得的巴克好森噪聲強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成在所說(shuō)鋼構(gòu)件的選定位置上沿第一和第二主方向的縱向和橫向應(yīng)變值。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：塞坡I蒂特歐，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：美國(guó)應(yīng)力技術(shù)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US[美國(guó)]