激励磁场对磁记忆信号的强化研究及其工程应用

发布时间：2020-10-21 13:40

　　 金属磁记忆检测技术是一种新型无损检测方法,检测对象是铁磁性材料,通过采集力磁耦合作用产生的弱磁信号来评估材料的应力分布及其水平,但信号易受到环境磁场的影响。因为铁磁性材料在不同的环境磁场中受应力作用后产生的磁信号差别较大,所以该技术在实际工程应用中需要明确的励磁强化机制作为指导。本文对激励磁场强化磁记忆信号的机制进行了研究,并将研究结论与工程实际相结合,应用到磁场辅助等离子喷焊的热残余应力检测当中,拓宽了该技术的工程应用领域。为了探讨激励磁场对磁记忆信号的强化机制,本文用45钢试样进行静载拉伸试验,发现激励磁场对力磁耦合作用的影响ΔH是随着应力的增大而呈指数形式递增的。从磁导率与应力及环境磁场变化关系的角度,在理论上计算了外加激励磁场下的力磁耦合与力、磁单独作用下的表面磁场强度之差ΔH,并推导出该差值随着应力的增大而增大,理论推演与实验结果相吻合。最后,展开正交实验验证了外加激励磁场对磁信号的强化是显著的。这为该技术在磁场辅助喷焊质量检测中的工程应用提供了理论依据。在等离子喷焊过程中施加激励磁场不仅可以改善加工质量同时也会强化热残余应力的磁记忆特征信号。本文搭建了激励磁场下的等离子喷焊实验平台,对地磁场与激励磁场下的45钢材料进行喷焊并采集热影响区的磁记忆信号,发现在地磁场下的磁记忆特征信号微弱,而激励磁场下的信号随热残余应力集中程度变化而变化的特征明显。提取并发现磁信号切向分量的峰值与均值之差ΔH(x)和法向分量的峰谷值ΔH(y)可以对热残余应力水平进行表征,激励磁场对这两个特征量强化作用明显。此外,通过对喷焊后材料金相组织的观察发现与熔覆区域距离越近的热影响区晶粒度越大,而晶粒度越大的部分磁导率也越高,相应的在激励磁场作用下磁信号特征越明显。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG115.28
【部分图文】：

a 磁畴运动示意 b 典型应力集中磁信号分布图 1.1 磁记忆检测原理图Fig 1.1 Schematic diagram of metal magnetic memory1.2.1 国外发展现状在理论层面，国外学者从多种角度进行了分析。在接近学说与有效场论的基础上，美国学者 Jiles 教授提出了 J-A 模型，主要以磁机械效应与弹性效应为理论依据，较好的解释了铁磁性材料弹性形变阶段的力磁耦合作用[14]，Jiles 指出，铁磁性材料在外界应力的作用下，内部磁畴的整体磁化水平将倾向转变为无滞后磁化状态，且存在多种因素影响力磁耦合作用，铁磁材料的应力状况、结构性质、外界磁场等都会对产生磁信号的过程造成不同程度的影响，且该影响是复杂的函数关系。鉴于 J-A 模型仅适用于弹性形变阶段的局限性，美国学者 Sablik 对该模型进行了改进，他建立了塑性形变阶段与模型的对应关系，他的实验表明矫顽力、磁畴密度与材料内部的晶粒度有密切关系，这使得 J-A 模型可以进一步的应用于塑性阶段[15]。在实验分析的方面，Masatoshi Kuroda 等针对不同材料的钢板施加拉应力，发

从而影响到焊缝的形貌与力学性能，激励磁最终焊缝中 Si 元素的含量，降低熔覆层的脆者展开实验对工艺的改进进行探讨，Lim 等数下熔覆层晶粒细化效果明显[46]；Li 等研究间会使激励磁场辅助加工的优化效果更为明可以在点焊过程中细化晶粒，提升均匀度、]。此外，激励磁场会改变熔池的熔深，该作径决定的，但是一味的增大磁场并不能得到作用存在一个最佳值，磁场过大反而会使熔堆焊过程中外加激励磁场来控制晶粒的形态等人通过在焊接过程中施加不同方向的外加焊接残余应力产生不同的影响[53]；王成等在发现正阳性电磁场对等离子体作用明显[54]。辅助等离子喷焊及其它喷焊能够有效改善和离子束中的带电粒子产生作用，如图 1.2 所

金属磁记忆技术的研究集中于对应力的评价，而外界激励磁场对检测出化信号影响巨大，尽管有大量学者在环境磁场对磁记忆信号的影响方面，但是对具体的作用机制没有系统的研究也没有将已知的结论运用到工外加激励磁场对拉伸应力中力磁耦合所产生磁信号的影响、外加激励磁子喷焊热残余应力磁信号的影响是本文的研究重心。本文拓宽了金属磁记忆技术的应用范围并将理论与实践相结合，将该技磁场应用到实际工程当中。等离子喷焊作为重要的表面再制造修复技术工质量的检测方式也尤为重要，而金属磁记忆检测技术作为近些年兴起测技术在该领域具有较大应用潜能。在喷焊加工过程中引入外加激励磁以改进加工质量而且可以强化表面磁信号，有利于提升弱磁信号检测的可靠性。这将为两种技术的应用与发展提供一定的理论基础。 论文的主要内容论文主要对激励磁场强化磁记忆信号的规律进行探讨，并结合研究结论际工程当中，论文的研究思路及主要技术特征如图 1.3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2850187