Page 97 - 无损检测2021年第十二期
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王丽婷, 等:
基于磁巴克豪森噪声的磁各向异性试验评估
信号可以用于表征磁晶各向异性、 轧制加工引起的 化区段3内。在矫顽力点周围产生的 MBN 跳变强
磁各向异性等。然而, 在实际 MBN 测试中, MBN 度较大( 磁化区段2 ), 主要以 180° 畴壁运动为主要
包络与测量方法、 检测参数密切相关 [ 9-10 ] , 导致使用 特征, 其与 MBN 包络的主峰一致。移动90° 畴壁需
MBN 技术的不同试验方案评价同种材料的磁各向 要更多的能量, 因此在主峰之后出现小的 MBN 峰
异性存在差异。 值主要与90° 畴壁运动相关联。一般认为从磁化区
VASHISTA 等 [ 11 ] 研究高频( 125Hz ) 激励和低 段2和3中提取的磁各向异性结果受材料加工引起
频( 0.4Hz ) 激励对 MBN 包络的影响, 揭示了低频激 的磁各向异性的影响。
励下 MBN 包络形状的变化更能反映不同微观结构 轭铁相对于被测试件表面的取向决定其施加给
变化引起的磁化过程。 PALTANEA 等 [ 12 ] 沿与轧制 被测试件的磁场方向, MBN 信号实际反映了检测
方向的不同角度切割平板试件进行 MBN 检测试 线圈附近材料在特定取向的励磁磁场下, 其内部磁
验, 最终得到材料的易磁化轴位置仅受到磁通密度 畴的运动规律。当被测材料是磁各向异性时, 在被
' 测试件表面不同方向测得的 MBN 信号特征值是不
的影响, 而与励磁频率无关的结论。 MARTINEZ-
ORTIZ等 [ 13 ] 探究了不同励磁场强度对管线钢易磁 同的。将这些特征值绘制成随角度变化的极图形
化轴的影响规律。由于励磁场强度的增加涉及到不 式, 能用于分析材料的磁各向异性特征。
同的磁化过程, 因此材料表现出不同的易磁化方向。 由电磁场的集肤效应可知, 不同频带的 MBN
STUPAKOV 等 [ 14 ] 分别使用环绕试件检测线圈和 信号在材料内部传播的距离不同, 使得 MBN 信号
放置在试件表面的线圈研究磁化频率对 MBN 包络 携带了材料不同深度的微观结构以及应力状态等信
息, 具体表达式为
和频谱的影响。
对于给定的材料, 使用 MBN 信号进行磁各向 1
δ= ( 1 )
异性测试的结果受检测参数( 如励磁频率、 励磁电 π μ σ f
f
μ
流)、 信号特征提取方法等多种因素的影响。目前的 式中: 为激励频率; σ 为电导率; 为磁导率; δ 为
研究工作对上述影响因素的分析讨论较少, 笔者主 MBN 信号的穿透深度。
要论述了影响磁各向异性的3种机制, 将 MBN 技 激励频率越高, 穿透深度越小, 材料被磁化的
术应用于管线钢、 硅钢材料的磁各向异性评价中, 对 范围也就越小, 引起 MBN 信号减弱 [ 15 ] 。为了获
取较强的 MBN 信号, 选择的励磁频率不宜过高
比分析了励磁频率、 励磁电流以及不同磁化区段对
f<100Hz )。
(
磁各向异性结果的影响。
最大工作磁场强度主要由激励线圈的电流、 匝
1 测量原理与方法 数、 磁轭的几何形状以及芯材决定, 其表达式为
MBN 信号是畴壁运动和磁畴旋转的结果, 在 H amax= Ni ( 2 )
L
MBN 包络曲线上分别对应不同的磁化区段( 见图1 )。
式中: N 为线圈匝数; i 为激励电流; L 为有效磁路
不可逆磁畴旋转主要发生在离开磁饱和状态的较高
长度。
工作磁场下( 磁化区段1 ), 此时产生的 MBN 跳变相
对较小。因此, 在该区段内得到的磁各向异性结果 2 试验装置和材料
主要与材料的平均磁晶各向异性密切相关。
磁各向异性检测系统外观如图2所示。 MBN 传
不可逆的畴壁运动主要发生在磁化区段2和磁
感器由顶部绕制约400匝励磁线圈的 U 型电磁铁和
填充铁氧体磁芯的检测线圈构成。由上位机控制信
号激励板卡产生交变电流信号, 通过功率放大器放大
后进入励磁线圈, 在磁轭和样品中形成闭合磁路产生
交变磁场, 变化的磁场会引起被测试件中磁畴的不连
续运动或转动, 进而产生 MBN 信号。系统使用检测
线圈接收 MBN 信号, 通过 NI-PXIe-6376型多通道采
集卡对接收到的电压信号进行采集, 并最终输入上位
图1 不同磁化区段的 MBN 包络线
机, 以供后续分析和处理。在讨论励磁频率对磁各向
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2021年 第43卷 第12期
无损检测
