一种新颖、高效的磨削烧伤检测方法——磁弹法

1. 工作原理
   磁弹法即BN法(BarkhansenNoise Method)，是以1919年发现的物理学Barkhansen效应为基础开发的一种测试方法，它能有效地对磨削烧伤进行测试。近年来，利用磁弹法研制的测试仪器已在零部件表面磨削烧伤检测中逐步得到应用，并充分显现出优越性。
   
   (a)
   (b) 图1 BN法检测仪器工作原理示意图
   众所周知，出现磨削烧伤的那些零部件，主要由铁磁性材料制成。在正常情况下，其磁序(体现在多晶体的磁畴结构里)呈有规则的排列。但如前所述，磨削烧伤后产生的金相组织变化及可能出现的很大残余应力都将引起磁畴结构内的磁序变化。Barkhansen效应指出，矫顽(磁)力，即改变被颠倒极性所需要的磁场强度是与铁磁性材料晶格结构错位和残余应力等的程度有关的。利用BN法探测被检零部件表面磨削烧伤的机理就在于此。图1是在BN法基础上开发的检测仪器的工作原理示意图。
   图1a中，“门”形电感线圈形成的磁场在被测钢件中所产生的效应取决于工件表面磨削烧伤的实际状况，而由此在工件周围所形成的磁场又会使测头在测试区域的感应线圈中产生相应的电信号，而这一信号直接与工件磨削烧伤的程度有关。图1b是据此研制的测试仪器的组成框图，箭头反映了整个工作过程：由电感线圈引起相应的作用磁场，通过被检工件，进而在传感头中产生对应的检测信号(称为B信号)，该B信号经过放大和滤波等处理环节，最后被显示和输出。
   
   (a)幅值－硬度图
   (b)幅值－应力图 图2 BN法检测仪器能够敏感反映出磨削烧伤的硬度及残余应力变化磨削烧伤的物理表现主要是因表面金相组织结构变化产生回火层所引起的硬度下降，以及在表面出现的残余应力(拉应力)。图1所示的检测仪器对它们都能作出敏感的反映(见图2)。图2a中的横坐标表示硬度值Rc，而纵坐标表示输出的B信号幅值。随着被检工件表面硬度值Rc由高向低变化，检测仪器输出的相应B信号幅值将由小到大，即硬度低对应的检测信号高，硬度高对应的检测信号低。仪器对表面残余应力的反应见图2b，从中可见，当残余应力由小到大，即由负(压应力)向正(拉应力)变化时，检测仪器输出的相应B信号幅值将由低向高变化。
2. 评定特征值mp及其定标
   上述由仪器特殊设计的激磁电路和传感装置产生的检测信号，乃是Barkhansen磁弹法效应的一种量化表达，以特征值mn(magnetoelastic parameter)标志。mp与被检测工件表面的变异状态，如残余应力成比例，其数值能在仪器的屏幕上显示、输出。但利用mp来反映工件磨削烧伤的程度从本质上来说是一种比较测量的方式，为了能够真正地对其做准确的定量描述，还必须解决“定标”的问题。定标包括二项内容：①确定不合格品的界限。有目的地制作一批样品，其中包括有一些磨削烧伤程度不同的工件，利用酸洗法按用户的评定标准对它们作出不同的判断后，将介于合格／不合格临界状态的若干工件通过仪器求得相应的mp值，然后取其平均值作为不合格的界限；②进行校准。校准就是找出特征值mp与采用酸洗法确认的磨削烧伤程度之间的相关性。具体来说，就是需确定一个相关系数MAGN，并利用仪器控制面板上的拨盘予以设置，MGAN值的范围从0到99，一般尾数取5或0。为此，可在前面的样品中找二根表面状态差异较大的工件，选定工件上的某一位置，在检测仪器上的MGAN取值间隔为5或10时，以静态方法读出二组对应的mp值，如 MGAN为30时，在二个工件上测出2个mp值，在MGAN为40时又得到2个，直到MGAN=90。两两相减后必然能得到一个最大值，以这时的MGAN值作为相关系数，在面板上予以设置。
   注意：在实际执行“定标”时，也可先利用第一项中的样件求得相关系数MGAN，然后再找出不合格品界限。否则，在前一项操作中，会由于任意设置的MGAN(一般取50或60)给界限值带来一些偏差。