专利名称：检测金属材料损伤的无损检测方法
技术领域：
本发明是对各种具有良好或较好导电性的金属材料试件和零部件损伤进行检测 的无损检测方法，可广泛应用于船舶，汽车，航空、兵器、石油和冶金等行业的设计、制造、维 修和故障诊断中。
背景技术：
金属材料及工件在工作、运输或存储一段时间后会因受载、碰撞、环境变化等因素 产生变形、磨损、刮伤、腐蚀等损伤，而这类损伤虽未造成金属材料或工件的直接失效，但很 明显已经降低了材料的性能和工件的使用寿命。在这类情况下，有必要对受过损伤的金属 材料或工件进行质量检测，对损伤的程度做出评价，或者对未来的使用寿命进行预测。目前，对金属损伤检测的方法分有损检测和无损检测两类方法。其中无损检测方 法在工程应用中最普遍采用的有涡流检测(ET)、液体渗透检测(PT)、磁粉检测(MT)、射线 照相检测(RT)五种。这几种检测法各有优势，但共同的缺点是检测步骤比较繁琐，同时对 被测物体都有一定的限制即普适性较差。而且还有的需要借助感应线圈、磁粉等配套专用 品，或者对检测人员的操作水平要求较高，仍有改良的必要。
发明内容
本发明提供一种检测金属材料损伤的无损检测方法，以解决上述背景技术中存在 的技术问题，即检测步骤比较繁琐，同时对被测物体都有一定的限制即普适性较差，而且还 有的需要借助感应线圈、磁粉等配套专用品，或者对检测人员的操作水平要求较高。为了解决上述技术问题，本发明的检测金属材料损伤的无损检测方法，包括如下 步骤(1)将交流电压施加于待测金属材料的AB段两端；(2)保持交流电压的幅值不变，确 定所加的交流电的初始频率；(3)探测待测金属材料内待测的CD段的测量值，进行数据记 录，所述CD段位于所述AB段内，CD段长度小于等于AB段长度；(4)改变AB段所施加交流 电的频率，同时记录对应的CD段测量值，得到CD段测量值随AB段频率变化的数值曲线；将得到的所述数值曲线与无损伤时的数值曲线进行比较。其中，所述CD段测量值为测量交流电压值。其中，所述CD段测量值为测量电阻值。其中，步骤(4)中所述改变AB段所施加交流电的频率为，使频率连续线性的递增。其中，步骤(4)中所述改变AB段所施加交流电的频率为，使频率连续线性的递减。其中，步骤(5)中为，将待测CD段交流电压值随AB段频率变化的数值曲线的斜率 与无损伤时的数值曲线的斜率进行比较。其中，步骤(5)中为，将待测CD段交流电压值随AB段频率变化的数值曲线的斜率 与无损伤时的数值曲线的斜率进行比较。其中，所述初始频率为大于等于lKHz。其中，所述AB两端为所述待测金属材料的首末端。
其中，所述AB两端为所述待测金属材料内包括所述待测段CD的中间段。本发明通过上述技术方案，只需测量仪器，不需要其他特别处理和配套专用品，操 作简单方便，测试精度较高，能够直观得反映待测金属材料受损伤的程度，具有较强的工程 实用价值。
图1是本发明的检测装置示意图；图2是本发明的测量结果分析图。附图标记说明1-交流电源；2-测量装置；3-分析装置；4-待测金属材料；5-电阻。
具体实施例方式为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例 并结合附图进行详细说明。本发明的原理如下当直流电流通过导体时，横截面上的电流密度是均勻相同的。当交变电流通过导 体时，沿导体截面的电流分布是不均勻的，表面的电流密度较大，越往中心处越小，尤其是 当频率较高时，电流几乎是在导体表面附近的薄层中流动，这就是集肤效应现象(或称趋 肤效应，皮肤效应，skin effect)。涡流透入导体的距离称为透入深度，涡流密度衰减到其表面值l/e(37% )时的透 入深度称为标准透入深度，也称集肤深度，它表征涡流在导体中的集肤程度，用表示S表 示，单位是米(m) f——交流电流的频率，单位是Hz ；μ —材料的磁导率，单位是H/m ；σ——材料的电导率，单位是S/m。从式中我们可以看出，频率越高、导电性能越好或导磁性能越好的材料，集肤效应
越显著。故当改变通过材料的电流的频率时，集肤深度随之改变。同时，由于改变了集肤深 度，使得通过材料横截面的电流的截面积改变，从而改变了电阻。因此，通过改变电流的频 率，可以测到随之改变的电阻或电压值。将该检测到的电阻值或电压值与材料完好时检测 到的数值相比，即可发现材料表面的损伤。根据上述公式，集肤深度可以通过调节频率来调节，故可以检测出不同深度下的 材料损伤。且材料内部的损伤会在材料表面有所体现。因此通过本发明的检测方法，可以 发现材料的各处损伤。本发明的应用范围涉及对于金属(导电)材料疲劳损伤、表面擦伤、 表面裂纹、磨损以及有关结构的宏观与微观尺寸改变的检测。图1是本发明的检测金属材料损伤的无损检测装置示意图，如图所示，包括可调 节频率的交流电源1，该交流电源1的输出频率为IKHZ以上，且其电压幅值可以根据需要进行调节。该交流电源1作为供电电源施加交流电压于待测金属材料4，与待测金属材料4 组成一个电路回路。输出时可以串联一个可调节电阻值大小的电阻5作为负载，以避免短 路。该交流电源1接于待测金属材料4的AB两端，此处两端既可是材料的首末端，也 可以是包括了待测段的中间某一段，当待测金属材料的体积较大时宜采用后一种分段式， 即选取中间一段来检测。在施加高频交流电的该AB段内，平行于两端连线方向选取待测段两端的两点CD， 将电压或电阻测量装置2的两个探针置于C点和D点上，通过测量装置2进行CD段电压或 电阻的测量。该测量结果输送到分析装置3内，进行测量数据的处理和分析，得出待测段测 量电压或电阻大小随交流电源1提供频率的变化率等数学关系。根据导体的集肤效应，改变施加于待测金属材料4上的高频交流电的频率，可以 改变待测段⑶的集肤深度，从而使待测金属材料4的待测段(⑶段)电阻改变。通过测量 该待测段电压或电阻，并比较材料损伤前后电阻值或电压值数据或数值曲线，可以分析得 到材料是否发生损伤，及其损伤程度的大小。采用上述检测装置的检测金属材料损伤的无损检测方法，包括如下步骤1、根据待测金属材料的材料和尺寸的不同，选择适当幅值的高频交流电，通过交 流电源1施加于待测金属材料的两端，加压距离(即图1中所示AB段的长度)为L。具体的，对于直径Φ = IOmm的待测金属材料，电压幅值选取为3V及以上；对于直径Φ = IOOmm的待测金属材料，电压幅值为IOV及以上；对于直径Φ > IOOmm的待测金属材料，电压幅值为20V及以上。2.在选定交流电压幅值后，保持其幅值不变。根据待测金属材料4的材料和尺寸 的不同，确定交流电源1所加的交流电的初始频率。例如当待测金属材料的直径Φ = IOmm时，其初始频率f彡1KHZ。3.将测量装置2的两个探针置于AB段内拾取待测金属材料4的交流电压值或电 阻值，两探针距离为1(其中1 < L)，然后进行数据记录。4.按照一定的规律(如连续线性的递增或递减)改变交流电源1对AB段所施加 交流电的频率，同时通过测量装置2记录对应的CD段交流电压值或电阻值。5.将测量数据输送到分析装置3进行分析处理，描绘出待测金属材料4待测段交 流电压值或电阻值随频率变化而变化的数值曲线，得到待测金属材料4在无损伤时的数值 曲线。6.待测金属材料4工作一段时间或经过一定损伤后，重复上述1 5的操作，根据 电压或电阻随交流电频率变化的曲线斜率的变化大小来判断待测金属材料4损伤程度的 大小。上述步骤可多次重复，得到待测金属材料4在各种不同损伤程度下的曲线，并与无损 伤时的数值曲线进行比较。具体损伤量需要根据实验事先标定。图2为本发明的测量结果分析图，如图所示，CD段的电压或电阻的测量量随AB段 输入频率的增大而增大。当待测金属材料4无损伤时，其得到的数值曲线斜率最大，随待测 金属材料4损伤程度增大，其数值曲线斜率随之减小。故将待测金属材料4的数值曲线与 无损伤时的数值曲线相比较，即可由该测量结果分析图看出待测金属材料4的损伤程度大 小。
本发明检测金属材料损伤的无损检测方法，只需测量仪器，不需要其他特别处理 和配套专用品，操作简单方便，测试精度较高，能够直观得反映待测金属材料受损伤的程 度，具有较强的工程实用价值。以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要 求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的 保护范围内。
权利要求
检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤(1)将交流电压施加于待测金属材料的AB段两端；(2)保持交流电压的幅值不变，确定所加的交流电的初始频率；(3)探测待测金属材料内待测的CD段的测量值，进行数据记录，所述CD段位于所述AB段内，CD段长度小于等于AB段长度；(4)改变AB段所施加交流电的频率，同时记录对应的CD段测量值，得到CD段测量值随AB段频率变化的数值曲线；(5)将得到的所述数值曲线与无损伤时的数值曲线进行比较。
2.如权利要求1所述的检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，所述CD段测 量值为测量交流电压值。
3.如权利要求1所述的检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，所述CD段测 量值为测量电阻值。
4.如权利要求2或3所述的检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，步骤(4) 中所述改变AB段所施加交流电的频率为，使频率连续线性的递增。
5.如权利要求2或3所述的检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，步骤(4) 中所述改变AB段所施加交流电的频率为，使频率连续线性的递减。
6.如权利要求4所述的检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，步骤(5)中 为，将待测CD段交流电压值随AB段频率变化的数值曲线的斜率与无损伤时的数值曲线的 斜率进行比较。
7.如权利要求5所述的检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，步骤(5)中 为，将待测CD段交流电压值随AB段频率变化的数值曲线的斜率与无损伤时的数值曲线的 斜率进行比较。
8.如权利要求1所述的检测金属材料损伤的无损检测方法，其特征在于，所述初始频 率为大于等于ΙΚΗζ。
9.如权利要求1所述的无损检测装置，其特征在于，所述AB两端为所述待测金属材料 的首末端。
10.如权利要求1所述的无损检测装置，其特征在于，所述AB两端为所述待测金属材料 内包括所述待测段CD的中间段。
全文摘要
检测金属材料损伤的无损检测方法，包括如下步骤(1)将交流电压施加于待测金属材料的AB段两端；(2)保持交流电压的幅值不变，确定所加的交流电的初始频率；(3)探测待测金属材料内待测的CD段的测量值，进行数据记录，所述CD段位于所述AB段内，CD段长度小于等于AB段长度；(4)改变AB段所施加交流电的频率，同时记录对应的CD段测量值，得到CD段测量值随AB段频率变化的数值曲线；(5)将得到的所述数值曲线与无损伤时的数值曲线进行比较。本发明操作简单方便，测试精度较高，能够直观反映待测金属材料受损伤的程度，具有较强的工程实用价值。
文档编号G01N27/04GK101839888SQ20101018349
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者左嘉徐, 石楠 申请人:石楠