一种高强钢的检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明涉及无损检测设备【技术领域】，尤其是指一种高强钢的检测装置及其检测方法，包括信号发生器、检测探头、信号放大器、信号采集卡及与信号发生器电连接的功率放大器，所述检测探头包括U形低频磁芯；首先收集检测不同强度的标准高强钢试样时得到的巴克豪森电磁信号；建立标定曲线，将探头紧贴被测热成形高强钢的表面，保持所述检测探头稳定，测量高强钢零件被测部位的巴克豪森电磁信号特征值，并根据标定曲线计算出力学性能。本发明基于铁磁性物质所具有的巴克豪森噪声现象，开发出一种可用于冷成形及热成形高强钢零件力学性能的无损检测方法，不仅能在数秒的时间内实现单点的测量，同时可自适应于零件复杂的轮廓，实用性强。
【专利说明】一种高强钢的检测装置及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无损检测设备【技术领域】，尤其是指一种高强钢的检测装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002]作为汽车车身的安全部件，冷成形及热成形高强钢零件的强度、硬度、残余应力等力学性质是评价其性能的重要指标，而如何能够在生产现场快速地检测其力学性能，成为一个不可避免的问题。钢板的强度，是指材料在外力作用下抵抗产生弹性变形、塑性变形和断裂的能力，包括屈服强度和抗拉强度，通常由拉伸试验获得。拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法，金属拉伸试验的步骤可参见ASTM E-8标准以及国标GB/T228.1-2010。硬度是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，高强钢零件的硬度通常使用洛氏硬度计、维氏硬度计或布氏硬度计测量，这些方法都是通过测量材料表面抵抗另一物体压入时所引起的塑性变形量来评定硬度值。残余应力的测量通常使用盲孔法，它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔，破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过应变仪测量钻孔后的应变量，就可以计算原应力场的应力值。
[0003]通过标准拉伸试验测量已成形零件的强度时，有以下缺点:一、切割试样对零件造成不可逆的损伤；二、制样和检测工艺周期较长；三、不能检测零件或样品的曲面区域的强度；四、不能连续检测零件相邻区域的强度。
[0004]通过硬度计测量已成形零件硬度时，有以下缺点:一、硬度计会对零件表面产生不可逆的损伤；二、不宜测量体积较大的零件。
[0005]通过盲孔法测量已成形零件残余应力时，有以下缺点:一、对零件表面产生不可逆的损伤；二、测试周期较长。
[0006]综上所述，通过拉伸试验测试板料的强度时，需要对板料零件进行切割制成标准的平面的拉伸试样，从而对零件产生不可逆的损伤，且测试时间较长，不能对曲面部位进行拉伸试验。通过硬度计测量硬度时，硬度计会在钢板表面产生压痕。通过盲孔法测量残余应力时，需要在钢板表面打孔。因此这些检测方法都会对零件产生损伤。由于具有以上缺点，这些方法不宜用于高强零件力学性能的现场快速无损检测，缺陷明显。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种力学性能检测准确，操作方便快捷，且对被测零件不产生任何损伤的高强钢的检测装置及其检测方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种高强钢的检测装置，包括信号发生器、检测探头及与信号发生器电连接的功率放大器，检测探头连接有信号放大器，该信号放大器连接有信号采集卡，所述检测探头包括U形低频磁芯，该U形低频磁芯的两个纵向杆均套装有磁化线圈，两个磁化线圈均与所述功率放大器电连接；所述两个纵向杆的下部中间装设有高频磁芯及用于安装固定高频磁芯的弹性固定装置，该高频磁芯与所述信号放大器电连接。
[0009]优选的，所述U形低频磁芯由铁磁材料片切割成多个U形片材并叠制而成。
[0010]优选的，所述铁磁材料片为纯铁片、低碳钢片、硅钢片或铁镍合金片。
[0011]优选的，所述弹性固定装置为压缩弹簧或橡胶。
[0012]优选的，所述弹性固定装置位于所述两个磁化线圈之间。
[0013]一种使用高强钢的检测装置的检测方法，包括如下步骤:
步骤1:使用高强钢的检测装置对不同强度的标准高强钢试样进行强度/硬度的检测，收集检测时得到的巴克豪森电磁信号；
步骤2:提取出电磁信号的的峰值和均方根作为特征值，建立巴克豪森电磁信号特征值和强度/硬度之间的标定曲线，并存储标定曲线数据；
步骤3:热成形高强钢零件成形之后，将探头紧贴被测热成形高强钢的表面，按压所述检测探头至纵向杆的下端和高频磁芯的下端均能紧贴被测部位的表面；
步骤4:保持所述检测探头稳定，测量高强钢零件被测部位的巴克豪森电磁信号特征值，并根据标定曲线计算出被测高强钢零件的强度/硬度。
[0014]其中，所述强度包括屈服强度和抗拉强度。
[0015]本发明的有益效果在于:本发明提供了一种高强钢的检测装置及其检测方法，本发明基于铁磁性物质所具有的巴克豪森噪声(也称巴克豪森电磁信号)现象，开发出一种可用于冷成形及热成形高强钢零件力学性能(强度、硬度、残余应力)的无损检测方法，不仅能在数秒的时间内实现单点的测量，同时可自适应于零件复杂的轮廓，实用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明高强钢的检测装置的模块框图。
[0017]图2本发明高强钢的检测装置的检测探头结构示意图。
[0018]图3使用本发明高强钢的检测装置检测热成形高强钢零件强度示意图。
[0019]图4使用本发明高强钢的检测装置检测热成形高强钢零件硬度示意图。
[0020]图中附图标记如下:
I——检测探头；2——磁化线圈；3——检测线圈；4——弹性固定装置；5——被测钢；6——信号发生器；7——功率放大器；8——信号放大器；9——信号采集卡；10——计算机；11——低频磁芯；12——线圈绕组；13——高频磁芯；14——线圈绕组；15——热成形高强钢零件A ; 16—热成形高强钢零件B。
【具体实施方式】
[0021]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
[0022]如图1和图2所示，一种高强钢的检测装置，包括信号发生器6、检测探头I及与信号发生器6电连接的功率放大器7，检测探头I连接有信号放大器8，该信号放大器8连接有信号采集卡9，所述检测探头I包括U形低频磁芯11，该U形低频磁芯11的两个纵向杆均套装有磁化线圈2，两个磁化线圈2均与所述功率放大器7电连接；所述两个纵向杆的下部中间装设有高频磁芯13及用于安装固定高频磁芯13的弹性固定装置4，该高频磁芯13与所述信号放大器8电连接。
[0023]本实施例中，所述U形低频磁芯11由铁磁材料片切割成多个U形片材并叠制而成。
[0024]优选的，所述铁磁材料片为纯铁片、低碳钢片、硅钢片或铁镍合金片，所述弹性固定装置4为压缩弹簧。
[0025]本文发明中的检测装置由信号发生器6、功率放大器7、磁化线圈2、检测线圈、功率放大器7、信号放大器8及采集卡组成，使用时，将本发明的检测装置与计算机10连接，如图1所示。磁化线圈2和检测线圈共同组成探头，如图2所示。磁化线圈2由低频磁芯和线圈绕组组成。通过信号发生器6提供正弦电压信号，经过功率放大器7后产生足够大的电流驱动磁化线圈2，由磁化线圈2对被测钢板表面施加交变磁场，从而激发巴克豪森电磁信号。检测线圈由高频磁芯13和线圈绕组组成，用于接收试样表面的磁场信号。检测线圈通过压缩弹簧或橡胶制成的固定装置安装于磁化线圈2中间。在使用探头测量零件表面的过程中，通过压缩弹簧或高弹性材料装置，使得磁化线圈2和检测线圈的底部能够紧贴平面和曲面的检测区域。巴克豪森信号通过信号放大器8放大，并通过数据采集卡进入计算机10，并通过软件模块进行完成采集和分析任务。通过本发明测量热成形高强钢零件的步骤如下所述:
步骤1:使用高强钢的检测装置对不同强度的标准高强钢试样进行强度/硬度的检测，收集检测时得到的巴克豪森电磁信号；通过信号发生器6和功率放大器7提供正弦电压信号激励，在磁化线圈2中产生交变磁场，当探头紧贴钢板表面时，钢板内部的磁畴磁畴壁发生移动，当磁畴壁的移动遇到晶界、位错、非磁性夹杂等的阻碍时，便会产生巴克豪森电磁信号；通过检测线圈接收到巴克豪森电磁信号并对信号进行放大后传送至计算机10，并最终通过计算机10存储和信号处理。
[0026]步骤2:由计算机10提取出电磁信号的的峰值和均方根作为特征值，建立巴克豪森电磁信号特征值和强度/硬度之间的标定曲线，并存储标定曲线数据；
步骤3:热成形高强钢零件成形之后，将探头紧贴被测热成形高强钢的表面，按压所述检测探头I至纵向杆的下端和高频磁芯13的下端均能紧贴被测部位的表面；
步骤4:保持所述检测探头I稳定，计算机10采集并测量高强钢零件被测部位的巴克豪森电磁信号特征值，并根据标定曲线计算出被测高强钢零件5强度/硬度。
[0027]其中，所述强度包括屈服强度和抗拉强度，所述弹性固定装置4位于所述两个磁化线圈2之间。
[0028]本发明基于铁磁性物质所具有的巴克豪森噪声(也称巴克豪森电磁信号)现象，开发出一种可用于冷成形及热成形高强钢零件力学性能(强度、硬度、残余应力)的无损检测方法，不仅能在数秒的时间内实现单点的测量，同时可自适应于零件复杂的轮廓，实用性强。
[0029]本发明在实际应用中的案例见以下实施例。
[0030]实施例一，如图3所示为某汽车的热成形前防撞梁零件，为了测量其屈服强度和抗拉强度，过程如下:
首先，使用本检测装置，采集具有不同强度的标准高强钢试样的巴克豪森电磁信号，分别得到巴克豪森电磁信号特征值和强度(屈服强度和抗拉强度)的标定曲线，并存储数据。
[0031]其次，零件成形之后，将探头紧贴被测热成形高强钢零件15的表面，当测量曲面时，按压探头使弹簧压缩，从而保证磁化线圈2和检测线圈的底部均能紧贴被测部位的表面。
[0032]最后，保持探头稳定，测量零件被测部位的巴克豪森电磁信号特征值，并根据标定曲线计算出屈服强度和抗拉强度。
[0033]实施例二，如图4所示为某汽车的热成形前防撞梁零件，为了测量其硬度，过程如下:
首先，使用本检测装置，采集具有不同硬度的标准高强钢试样的巴克豪森电磁信号，分别得到巴克豪森电磁信号特征值和硬度的标定曲线，并存储数据。
[0034]其次，零件成形之后，将探头紧贴被测热成形高强钢零件16的表面，当测量曲面时，按压探头使弹簧压缩，从而保证磁化线圈2和检测线圈的底部均能紧贴被测部位的表面。
[0035]最后，保持探头稳定，零件被测部位的巴克豪森电磁信号特征值，并根据标定曲线计算出硬度。
[0036]需要补充说明的是，所述弹性固定装置4还可以用橡胶替代压缩弹簧，同样也能实现上述技术效果。
[0037]上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高强钢的检测装置，包括信号发生器(6)、检测探头(I及与信号发生器(6)电连接的功率放大器(7 )，检测探头(I)连接有信号放大器(8 )，该信号放大器(8 )连接有信号采集卡(9)，其特征在于:所述检测探头(I)包括U形低频磁芯(11 )，该U形低频磁芯(11)的两个纵向杆均套装有磁化线圈(2)，两个磁化线圈(2)均与所述功率放大器(7)电连接； 所述两个纵向杆的下部中间装设有高频磁芯(13)及用于安装固定高频磁芯(13)的弹性固定装置(4)，该高频磁芯(13)与所述信号放大器(8)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高强钢的检测装置，其特征在于:所述U形低频磁芯(11)由铁磁材料片切割成多个U形片材并叠制而成。
3.根据权利要求2所述的一种高强钢的检测装置，其特征在于:所述铁磁材料片为纯铁片、低碳钢片、硅钢片或铁镍合金片。
4.根据权利要求1所述的一种高强钢的检测装置，其特征在于:所述弹性固定装置(4)为压缩弹簧或橡胶。
5.根据权利要求4所述的一种高强钢的检测装置，其特征在于:所述弹性固定装置(4)位于所述两个磁化线圈(2 )之间。
6.一种使用权利要求1至权利要求5任意一项所述的高强钢的检测装置的检测方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1:使用高强钢的检测装置对不同强度的标准高强钢试样进行强度/硬度的检测，收集检测时得到的巴克豪森电磁信号； 步骤2:提取出电磁信号的的峰值和均方根作为特征值，建立巴克豪森电磁信号特征值和强度/硬度之间的标定曲线，并存储标定曲线数据； 步骤3:热成形高强钢零件成形之后，将探头紧贴被测热成形高强钢的表面，按压所述检测探头(I)至纵向杆的下端和高频磁芯(13)的下端均能紧贴被测部位的表面； 步骤4:保持所述检测探头(I)稳定，测量高强钢零件被测部位的巴克豪森电磁信号特征值，并根据标定曲线计算出被测高强钢零件(5)的强度/硬度。
7.根据权利要求6所述的高强钢的检测装置的检测方法，其特征在于:所述强度包括屈服强度和抗拉强度。
【文档编号】G01N27/80GK104330460SQ201410674004
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】张宜生, 罗啸宇, 姚小春 申请人:东莞市豪斯特热冲压技术有限公司, 华中科技大学