無損檢測磁巴克豪森噪聲檢測Non-destructivetesting—MagneticBarkhausennois 12規范性引用文件 13術語和定義 14方法概要 35安全要求 46人員要求 47檢測工藝規程 48檢測設備和器材 59檢測程序 910檢測結果的評價與處理 11檢測記錄與報告 附錄A(資料性附錄)磁巴克豪森噪聲檢測應用 附錄B(資料性附錄)典型標定方法 附錄C(資料性附錄)本標準起草單位和起草人 1本部分參照GB/T1.1—2009給出的規則起草。請注意本標準的某些內容有可能涉及專利。本標準的發布機構不應承擔識別這些專利的責任。本標準由中國材料與試驗團體標準委員會無損檢測技術及設備領域委員會(CSTM/FC94)提出。本標準由中國材料與試驗團體標準委員會無損檢測技術及設備領域委員會(CSTM/FC94)歸口。2無損檢測磁巴克豪森噪聲檢測件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認證GB/T12604.5無損檢測術語磁粉檢測GB/T34357無損檢測術語漏磁檢測3鐵磁性材料磁化時，置于材料表面上方用于接收磁巴克豪森噪聲信號的傳感器。激勵磁場，用于磁化鐵磁性材料所施加的外界磁場。均方根值Root-Mean-Squarevalue(RMS)磁巴克豪森噪聲信號特征參數之一，對磁巴克豪森噪聲信號取均方根值。磁巴克豪森噪聲信號特征參數之一，為磁巴克豪森噪聲信號幅值最大值。磁巴克豪森噪聲信號特征參數之一，為得到噪聲信號幅值最大值的時間。磁巴克豪森噪聲信號特征參數之一，為得到噪聲信號幅值最大值所需的勵磁電流或電壓。振鈴數jumpcount磁巴克豪森噪聲信號特征參數之一，噪聲信號中高于某一幅值門檻的跳躍數量。磁巴克豪森噪聲包絡magneticBarkhausennoiseenvelope磁巴克豪森噪聲信號的特征參數之一，為一系列脈沖信號的包絡曲線。磁巴克豪森噪聲能量magneticBarkhausennoiseenergy磁巴克豪森噪聲信號的特征參數之一，磁巴克豪森噪聲波包所具有的能量。4鐵磁性材料內部相鄰磁疇之間的過渡區域。布洛赫壁Blochwall鐵磁性材料內部相鄰磁疇方向呈180°時其之間的疇壁。鐵磁性材料被磁化時，疇壁的不可逆位移時出現的跳躍現象。疇壁運動domainwallmotion鐵磁性材料被磁化時，疇壁向著磁化方向移動。鐵磁性材料被磁化時，磁疇磁矩方向朝著磁化場轉動。磁性物質的磁性隨方向改變的現象，主要表現為弱磁體的磁化率及鐵磁體的磁化曲線隨磁化方向不同而變化。由軛狀電磁鐵組成，通常由C字型或Ⅱ字型的實體或疊層的軟磁性材料上繞以電流線圈組成，軟磁材料一般為錳鋅鐵氧體、硅鋼片以及鐵芯等磁導率較大的材料。U型磁軛U-shapedmagne一種U型形狀的電磁軛，通常用于將磁場聚集于材料表層從而實現對表層的技術磁化。磁化頻率magnetizingfrequ施加激勵磁場的頻率，用于控制交變磁場磁化材料的周期。施加激勵磁場的幅值，用于控制交變磁場使鐵磁性材料達到磁化程度。54.1.1在居里溫度以下，當鐵磁性材料處于交變磁場中，材料內部的磁疇將發生平移和翻轉等磁場強度H磁場強度H電壓U電壓U磁感應強度B磁場強度H(a)磁滯回線4.2.3磁巴克豪森噪聲主要是不可逆疇壁位移的結果。應力、材料狀態、材料力學性能、材料6磁巴克豪森噪聲方法的檢測應用見附錄A。d)檢測時儀器的檢測參數，包括激勵頻率、勵磁強度、激勵波形；5.1本章沒有列出進行檢測時所有的安全要求7m)編制(級別)、審核(級別)和批準人；U型磁軛磁巴克豪森噪傳感器8用于控制整個儀器的各模塊的工作，對磁巴克豪森噪聲信號進行信號處理及98.5.1.1校準試塊用于對檢測系統進行校準和復核。形試塊100mm×100mm,或長邊尺寸大于磁巴克豪森噪聲感器磁軛觸頭邊緣大于20mm,試塊短邊邊緣距傳感器磁軛觸頭邊緣大于20mm。8.5.1.3校準試件機加工后熱處理前上下平面粗糙度Ra不大于0.1。8.5.1.4校準試塊應材質均勻，無內應力。一般需經過完全退火處理，滿足表1退火要求。≤100℃/小時保溫時間隨爐冷卻出爐后處理8.5.2.1標定試塊用于建立磁巴克豪森噪聲特征與檢測物理量的對應關系，8.5.2.1標定試塊的形狀與預處理視具體被測物理量而定。宜根據檢測目標設計合理8.6.2.1檢測系統(探頭、導線、儀器及輔助裝置)每次實施檢測前都要進行校準，以保證檢測結果b)被檢構件運行記錄資料：運行參數、工作環境、載荷變化情況以及運行中出現的d)確認操作工況，包括操作空間、作業環境、是否易燃易爆。易燃易爆場合作業需采用具有防爆e)確認檢測對象狀況，如溫度、表面狀況等。被檢構件表面應無影響檢測b)采用接觸或者固定提離的非接觸檢b)弧形表面、不規則表面可根據磁化方向與角度需求選擇線接觸式磁極傳感器或點接觸式磁極傳9.1.5操作指導書或工藝卡的編制對于每個檢測工程或每類被檢構件，應根據使用的儀器和現場實際情況，按照通用檢測工藝規程來編制操作指導書或工藝卡，確定檢測要求。檢測部位應避免內部或外部附件的影響，同時對每個被檢構件進行測繪，畫出被檢構件結構示意圖。9.2儀器調試儀器調試方法：a)將儀器設置恢復為默認設置；b)根據趨膚效應公式確定激勵頻率，所選激勵頻率應使趨膚深度小于0.8倍被測部位厚度；c)調整激勵電壓，使磁巴克豪森噪聲信號處于較好水平；d)觀察接收信號頻譜，觀察是否存在強干擾頻段信號。若干擾信號頻段處于傳感器頻段范圍內，更換其他工作頻段的傳感器；反之，設置濾波器截止頻率，濾掉干擾信號；e)保存儀器參數，在實驗室標定和實際現場檢測時須使用此設置及傳感器和儀器。9.3標定和檢測標定的目的是建立被檢物理量與磁巴克豪森噪聲的關系，標定數據可為標定曲線或篩選曲線。標定數據視具體被檢物理量而定。如采用磁巴克豪森噪聲測量應力，標定時可在實驗室通過拉伸機將試件拉伸和壓縮至不同應力下，測量磁巴克豪森噪聲均方根值，建立起拉壓應力-均方根曲線。再如測量齒輪磨削燒傷時，可通過其他方法事先區分和獲取大量燒傷/未燒傷部件，通過測量這些燒傷/未燒傷部件的磁巴克豪森噪聲信號的不同，建立區分燒傷/未燒傷的信號閾值，檢測時通過此閾值判斷部件是否燒傷。標定的操作步驟：a)標定前須對儀器進行校準；b)將儀器參數調整至調試后確定的參數；c)記錄MBN特征值與目標測量值的對應關系，制作標定曲線；9.4預處理9.4.1被測部位表面要求為：a)工件表面被檢位置須露出材料本體，不得有覆蓋物：包括鐵銹、氧化皮以及防護層；b)被測部位表面須平整，不得有毛刺。9.4.2被測部位表面處理方法，覆蓋物的清理不得使用角磨機打磨等強力去除材料的方法，需使用無應力去除方法，包括酸洗、溶解等。掃查可以采用手動或自動模式進行。9.5檢測9.5.1手動點檢測時一般采用接觸式檢測，測量中將傳感器貼合被檢測部位并壓緊，勵磁過程中傳感器不應出現振動。9.5.2自動掃查檢測一般采用固定提離非接觸式檢測，測量過程中應保證勵磁的一致性。9.5.3獲取檢測信號并保存記錄原始檢測信號或磁巴克豪森噪聲特征值。10檢測結果的評價與處理所有記錄的保存應符合有關法規、標準和(或)合同的要求。c)被檢工件(設備)規格、幾何尺寸、盛裝介質及使用年限、材料牌號、公稱厚度、涂層厚度、k)用草圖、標記或照相描述并定位超出驗收標準的結果位置示意圖；A.1.1鐵磁性材料受到應力作用時小，通過標定建立應力-磁巴克豪森噪聲均方根值標定曲線可確定材A.1.2通過測量設備整體或區域內應力可得到材之間的數學模型，實現激光增材制造以及激光強化后鐵磁性材料機A.6齒輪燒傷檢測齒輪在切削加工過程中，易發生表面燒傷，造成表面局部的微觀結構改變和機械性能退化。采用接觸或者固定提離非接觸檢測的方式，對齒面、齒根等部位的磁巴克豪森噪聲信號進行拾取并提取多個特征值。建立不同燒傷程度與磁巴克豪森噪聲信號特征值之間的數學模型，可實現齒輪表面材料的燒傷程度檢測。A.7變壓器硅鋼片疲勞檢測變壓器硅鋼片的疲勞性能主要受化學成分、加工過程、內在微觀結構特征、幾何形狀、環境溫度、加載比和加載頻率等因素的影響。在電力電子變壓器中，變壓器硅鋼片作為磁芯的主要構成，受高頻、大溫差等工作環境影響而產生疲勞，造成其微觀磁疇結構和宏觀磁特性的變化并影響能量轉換效率。變壓器硅鋼片疲勞過程中位錯、釘扎以及內應力對疇璧運動的影響，使得磁巴克豪森噪聲特征隨著疲勞周期的增加先增加后減小。通過建立電工鋼疲勞程度與磁巴克豪森噪聲特征及電工鋼電磁特性之間的數學模型，可實現對變壓器硅鋼片。A.8齒輪疲勞檢測齒輪疲勞主要包含齒根的彎曲疲勞及齒面接觸疲勞。齒輪彎曲疲勞失效是由于齒根部受到的最大振幅脈動或交變彎曲應力超過了材料的彎曲疲勞極限而產生的。齒面接觸疲勞是由于齒輪嚙合過程中齒面受到周期性變化的應力造成的。通過對比未發生疲勞及即將疲勞失效齒輪的磁巴克豪噪聲信號均方根值及峰值的區別，可實現對運行過程中的齒輪疲勞的安全預警。A.9鋼軌與輪對表面疲勞與脆化檢測在高速鐵路、普速鐵路、重載和城市軌道交通線路的運營中，輪對和鋼軌的材料退化損傷一直是造成重大安全隱患的主要因素。在輪軌表面產生明顯疲勞損傷之前，由于輪軌接觸、運行載荷、剎車運動等因素作用，會造成輪對和鋼軌的表面材料微觀結構變化，形成馬氏體并使得材料表面硬度增大和脆化，機械性能下降。磁巴克豪森噪聲多個特征值都可以表征鋼軌與輪對表面微觀結構的變化。采用接觸或者固定提離非接觸檢測的方式，對鋼軌及輪對的接觸面進行磁巴克豪森噪聲信號拾取，并對不同的表面疲勞程度的樣例進行比對或與非承載受力部位進行對比，如鋼軌不承載車輪載荷的一側，實現輪軌表面疲勞和脆化的程度檢測。A.10齒輪硬化層檢測齒輪在加工過程中需要進滲碳等熱處理，以達到對表面進行強化的目的。由于熱處理的結果，包括表面的硬度、含碳量、殘余馬氏體和奧氏體含量、晶粒大小、滲碳層深度等都和材料的微觀結構有直接關系，使得磁巴克豪森噪聲多個特征值都可以表征其微觀結構的變化。采用接觸或者固定提離非接觸檢測方式，對熱處理后的齒輪表面磁巴克豪森噪聲信號進行拾取，并提取多個特征值。采用抽樣的金相分析、理化試驗等方法，對熱處理后的齒輪硬度、含碳量、殘余馬氏體和奧氏體含量、晶粒大小、滲碳層深度進行檢測，并采用多元回歸、神經網絡等算法建立起磁巴克豪森噪聲多特征值與上述參數之間的數學模型，可實現齒輪硬化層的無損評價。A.11核電設備鐵磁性材料輻照脆化檢測核電設備中的鐵磁性材料，會在輻照作用下發生脆化，即高能粒子和金屬的點陣原子發生碰撞造成金屬內部產生點缺陷，產生晶體中位錯的運動，造成金屬發生硬化和脆化，表現為韌脆性轉變溫度升高、屈服強度增大和斷裂韌性值降低等。采用接觸或者固定提離非接觸檢測的方式，對核電設備壓力容器結構表面進行磁巴克豪森噪聲信號的拾取，并對不同輻照程度的樣例進行比對，可以得到輻照脆化程度與磁巴克豪森噪聲特征值之間的數學模型，實現核電設備鐵磁性材料輻照脆化程度檢測。附錄B(資料性附錄)典型標定方法B.1應力測量標定方法B.1.1實驗室條件下，采用材料拉伸實驗對應力測量進行標定。通過拉伸機對標定試塊在彈性應力范圍內加載不同應力，準確獲取沿拉伸方向磁化時的磁巴克豪森噪聲信號，建立起不同應力與磁巴克豪森噪聲特征參量的關系曲線。B.1.2標定試塊應滿足GB/T228中對拉伸試塊尺寸的要求。B.1.3標定試塊材料、熱處理狀態、表面質量應與被測部件完全相同。B.1.4材料部件內部常有一定的殘余應力，制作的標定試塊在標定前應進行殘余應力消除，若使用熱處理方法消除殘余應力可能導致試塊內部微觀結構改變及表面氧化，使標定試塊磁性能和表面狀況發生改變導致標定與實際測量誤差較大，故可將標定試塊在彈性階段進行多次(≥10次)反復加載-卸載應力至零，以消除殘余應力。B.2磨削燒傷標定方法B.2.1磨削燒傷一方面引起部件表面金相組織發生變化，導致表面硬度下降，另一方面，由于部件表面與內部溫度的差異引起各層熱變形的不同表面形成拉應力，即殘余應力。B.2.2一般通過觀察磨削部位金相和測量表面硬度判斷部件是否發生燒傷。B.2.3磨削燒傷的試塊可直接從實際部件中獲取，通過金相和表面硬度得到未燒傷試塊和已燒傷試塊，這兩種試塊共同組成標定試塊，通過測量這兩種試塊的磁巴克豪森噪聲信號，區分試塊是否燒傷。B.2.4標定試塊要求如下：·考慮磁化時邊緣效應，磨削燒傷標定試塊檢測區域應大于傳感器磁軛底面尺寸的1倍；·標定試塊需包含并已區分未燒傷試塊和已燒傷試塊。附錄C(資料性附錄)本標準起草單位和起草人本標準起草單位：中國特種設備檢測研究院、南京航空航天大學、電子科技大學、中北大學、南昌航空大學、鋼鐵研究總院、北京工業大學、合肥通用機械研究院有限公司、安微華夏高科技開發有限責任公司、南京市鍋爐壓力容器檢驗研究、山東科捷工程檢測有限公司本標準主要起草人：沈功田、鄭陽、譚繼東、王平、高斌、周進節、朱雨虹、李翔、宋凱、張宗健、張建衛、何存富、李衛、李寰、業成、梁玉梅、李素軍、戚青麗。[1]GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法[3]孫昊，陳娟，祁欣.溫度和激勵磁場對磁巴克豪森跳躍平均體積的影響[J].無損檢[4]王平，楊雅榮，田貴云，姚恩濤，王海濤.基于巴克豪森效應的鋼軌表面應力研究[J].無損檢[5]H.Barkhausen:ZweimitHilfederneuenVerst?rker401-403(1919)(Twophenomena,discoveredwiththehelpofthenewamplifiers)[6]PerkovicO,DahmenKA,SethnaJP,etal.AVALANCHES