一种箔材无损残余应力磁测方法及磁测系统与流程

本发明涉及磁测方法领域，具体涉及一种箔材无损残余应力磁测方法及磁测系统，通过箔材的物理性质来对箔材进行测试。

背景技术：

1、原材料的应力状态一直是影响机械加工等国民经济领域的关键因子；尤其是精密金属加工领域，材料的应力大小深深影响产品品质，对材料应力的测定十分具有经济意义；例如在fmm等以invar金属为原材料的微米级加工领域，微小的应力差异(<5mpa)将带来相对巨大的产品尺寸变化，对应力的控制将直接影响产品良率；目前业内主要采用化学半蚀刻后的翘曲值来表征原材料的应力水平，或者采用x射线衍射，磁测，超声波等；其中磁测法因测试效率高、可探测面积广、无辐射，不损坏材料等特点应用广泛。

2、磁测法中一般是利用铁磁物质的磁致伸缩效应进行残余应力的测定，在零应力的状态下，铁磁体为磁各向同性体，磁导率各方向一致；当材料存在应力时，铁磁体各个方向的磁导率不一致，即磁各向异性，磁导率与该方向的应力状态相关，即应力致磁各向异性(sma)；即当试样内存在残余应力时，会使磁畴的移动和转向均受阻而使磁化率减小，测定磁导率的相对变化量即可测出残余应力，也即磁弹法，相对磁导率的变化量往往在磁测中转换成电信号(电压或电流)进行测定；实验与理论表明，材料某处的主应力方向的电流差与主应力差成近似线性关系：i1-i2＝α(σ1-σ2)或者电压与主应力差的关系

3、

4、当前测试试件残余应力的一般做法是，利用退火等手段获取待测试件的零应力样品，通过对该零应力样品施加确定的拉伸应力或者压缩应力来标定待测试样的灵敏度系数α；

5、当已知α后，一般利用包含激励线圈和励磁线圈的四级探头传感器测定待测试样0°和45°方向的电压电流信号，即可推断出试样的残余应力的大小。

6、上述利用应力致磁各向异性探测法测试样品的残余应力的方案，其中零应力标定试样一般是采用假定样品充分退火后样品的残余应力完全消除的方式制定，这就会带来两个主要问题，一个是充分退火是一个定性方法，并不一定能保证试样应力彻底归零而达到磁各向同性，而且待测材料的灵敏度系数α与材料的组织结构息息相关，经过充分退火后的样品组织结构并不与待测的样品一致，以上两点都会导致标定出来的灵敏度系数误差过大，从而导致测量误差无法确定；

7、为保证通过标样标定的灵敏度系数使用无误，正常测试待测品时与标定时都会保持磁测探头与试样在同样的测量提离高度，即一般会与试样保持接触式标定及测试，这样的接触极易导致超薄待测样品折损变形，尤其例如用于制造fmm(精密金属掩膜版)的25um的invar薄带材料，这样不利于样品的再利用，更不利于在线测试。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提供了一种箔材无损残余应力磁测方法及磁测系统，通过箔材的物理性质来对箔材进行测试，此方法摒弃了制作零应力标样进行标定的应力磁测方案，直接在待测试样上进行标定和测试，一次性完成标定和测试。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种箔材无损残余应力磁测方法，包括以下步骤：

4、s100：在不同的提离高度下，测试不同的励磁电流下磁感应电压值v0i与励磁电流i0i的曲线关系；

5、s200：选取v0i变化率在30％～50％之间的激励电流范围i0a～i0b，并搜索v0i变化率在30％～50％之间的提离高度范围ha～hb，选取上述电流范围内和高度范围内的i0ab和hab作为测试输入条件；

6、s300：向待测的箔材样品施加连续拉力σti后，测试0°和45°方向的电压值v0ti和v45ti，得到箔材样品的残余应力σx与拉力σti以及灵敏度系数αti之间的关系；

7、s400：以dσti的速率增大σti，同样可以得到箔材样品的残余应力σx与拉力dσti+σti以及灵敏度系数αti之间的关系，可以得到灵敏度系数箔材样品的平均灵敏度系数可以进行加权积分表示为：

8、s500：得出灵敏度系数αti后，除去连续拉力σti，则未知的待测箔材残余应力σx，以及已知最大主应力与x轴向的夹角θ，通过已知的弹性解析理论分解求出主应力σ1，σ2，从而得出σx。

9、作为优选，所述s100中，还包括：使用拉力装置夹住箔材样品两端，在一定拉力下，将箔材样品拉平。

10、作为优选，所述s200中，还包括：在相同提离高度下，选取v0i变化率在30％～50％之间的激励电流范围i0a～i0b，并根据以上确定的励磁电流范围搜索v0i变化率在30％～50％之间的提离高度范围ha～hb。

11、作为优选，所述s100中，还包括：使用探头可在旋转马达的控制下测试任意角度方向的信号，以获取不同角度下主应力方向的电流值。

12、作为优选，所述探头是由两组u型线圈组成的两对sn级探头，其中一对sn级探头在励磁线圈的作用下产生励磁磁场，另一对sn级探头在激励线圈的作用下生成激励磁场，通过电磁转换转变成电信号，系统获取电信号的大小。

13、一种箔材无损应力磁测系统，包括：

14、机架；

15、夹具，滑动配合于机架上，包括上夹具和下夹具，且内置有拉力传感系统；

16、探头，位于上夹具和下夹具之间，且内置有高度传感系统；

17、所述箔材样品的两端分别夹持于上夹具和下夹具上，所述探头朝向箔材样品设置。

18、作为优选，所述机架上设有丝杆，所述上夹具和下夹具上设有与丝杆配合的升降螺母；所述丝杆还设有导向杆，所述上夹具和下夹具左右两端设有与导向杆配合的滑动孔。

19、作为优选，所述机架上滑动杆，所述探头通过位置调节横杆滑动配合于滑动杆上。

20、与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供了一种箔材无损残余应力磁测方法及磁测系统，通过箔材的物理性质来对箔材进行测试，此方法摒弃了制作零应力标样进行标定的应力磁测方案，直接在待测试样上进行标定和测试，一次性完成标定和测试。

技术特征：

1.一种箔材无损残余应力磁测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种箔材无损残余应力磁测方法，其特征在于，所述s100中，还包括：使用拉力装置夹住箔材样品两端，在一定拉力下，将箔材样品拉平。

3.根据权利要求1所述的一种箔材无损残余应力磁测方法，其特征在于，所述s200中，还包括：在相同提离高度下，选取v0i变化率在30％～50％之间的激励电流范围i0a～i0b，并根据以上确定的励磁电流范围搜索v0i变化率在30％～50％之间的提离高度范围ha～hb。

4.根据权利要求1所述的一种箔材无损残余应力磁测方法，其特征在于，所述s100中，还包括：使用探头可在旋转马达的控制下测试任意角度方向的信号，以获取不同角度下主应力方向的电流值。

5.根据权利要求4所述的一种箔材无损残余应力磁测方法，其特征在于，所述探头是由两组u型线圈组成的两对sn级探头，其中一对sn级探头在励磁线圈的作用下产生励磁磁场，另一对sn级探头在激励线圈的作用下生成激励磁场，通过电磁转换转变成电信号，系统获取电信号的大小。

6.一种箔材无损残余应力磁测系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的一种箔材无损残余应力磁测系统，其特征在于，所述机架(1)上设有丝杆(11)，所述上夹具(21)和下夹具(22)上设有与丝杆(11)配合的升降螺母；所述丝杆(11)还设有导向杆(12)，所述上夹具(21)和下夹具(22)左右两端设有与导向杆(12)配合的滑动孔。

8.根据权利要求6所述的一种箔材无损残余应力磁测系统，其特征在于，所述机架(1)上滑动杆(13)，所述探头(3)通过位置调节横杆(14)滑动配合于滑动杆(13)上。

技术总结
本发明公开一种箔材无损残余应力磁测方法及磁测系统，包括以下步骤：S100：在不同的提离高度下，测试不同的励磁电流下磁感应电压值V<subgt;0i</subgt;与励磁电流I<subgt;0i</subgt;的曲线关系；S200：选取V<subgt;0i</subgt;变化率在30％～50％之间的激励电流范围I<subgt;0a</subgt;～I<subgt;0b</subgt;，并搜索V<subgt;0i</subgt;变化率在30％～50％之间的提离高度范围h<subgt;a</subgt;～h<subgt;b</subgt;，选取上述电流范围内和高度范围内的I<subgt;0ab</subgt;和h<subgt;ab</subgt;作为测试输入条件；S300：向待测的箔材样品施加连续拉力σ<subgt;ti</subgt;后，测试0°和45°方向的电压值V<subgt;0ti</subgt;和V<subgt;45ti</subgt;；S400：以dσ<subgt;ti</subgt;的速率增大σ<subgt;ti</subgt;，得到箔材样品的残余应力σ<subgt;x</subgt;与拉力dσ<subgt;ti</subgt;+σ<subgt;ti</subgt;以及灵敏度系数α<subgt;ti</subgt;之间的关系；S500：得出灵敏度系数α<subgt;ti</subgt;后，除去连续拉力σ<subgt;ti</subgt;，通过已知的弹性解析理论分解求出主应力σ<subgt;1</subgt;，σ<subgt;2</subgt;，从而得出残余应力σ<subgt;x</subgt;。

技术研发人员：蔡俊飞,李斌,王玉航,沈洵,徐华伟,夏金晓
受保护的技术使用者：浙江众凌科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13