CN112946061A - Trip钢板无损强度检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种TRIP钢板无损强度检测装置及方法，所述装置包括激励源、激励线圈、检测线圈、数据采集及处理***，激励线圈及检测线圈均靠近被测零件，激励源与激励线圈电性连接，激励源用于通过激励线圈对被测零件施加幅值不断变化的三角波电流激励。本发明利用TRIP钢板的结构变形与非破坏性测定的磁学量之间存在的良好相关性，利用被测零件的机械特性(材料应变和硬度)和磁信号参量具有的单调依赖关系，得到了表征TRIP钢板由于塑性变形而发生的基本力学性能参数变化，对原有零件无破坏性。

Description

TRIP钢板无损强度检测装置及方法
技术领域
本发明涉及金属材料无损测试技术领域，尤其涉及一种TRIP钢板无损强度检测装置及方法。
背景技术
TRIP钢，即相变诱导塑性钢，在变形过程中会发生奥氏体向马氏体的转变，提高了钢的加工硬化能力，推迟了颈缩的产生，从而提高了钢的强度和塑性。TRIP钢具有超过30％的延伸率和约980MPa或更高的抗拉强度的优良组合。这种钢板提供了一个大的动态能量吸收，从而导致一个更好的碰撞性能，可以更好的保证乘用车的安全而受到汽车工业广泛应用。这些优异的力学性能主要来自残余奥氏体在体积膨胀作用下向马氏体的应变诱导转变，从而导致塑性变形和周围铁素体相的加工硬化。TRIP效应是由外部应力引起的亚稳态残余奥氏体相的马氏体转变引起的，其中顺磁奥氏体相转变为铁磁马氏体相，同时周围铁素体相的力学和磁性也发生了变化。奥氏体晶粒中的碳浓度和残余奥氏体的晶粒尺寸对TRIP性能有重要影响，它们对残余奥氏体的力学稳定性有显著影响。
传统板料强度的检测方法是对板成形零件进行切割取样，按照标准拉伸方法，检测试件的力学性能，如试件的抗拉强度和伸长率。在不同的加载条件下，可以获得各种力学特性的数据。但是这种检测是以切割取样、破坏原有零件的方法，是有损检测。
发明内容
有鉴于此，一方面，本发明提出了一种TRIP钢板无损强度检测装置，以解决传统TRIP钢板强度检测装置破坏原有零件的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种TRIP钢板无损强度检测装置，包括激励源、激励线圈、检测线圈、数据采集及处理***；
激励线圈及检测线圈均靠近被测零件；
激励源与激励线圈电性连接，激励源用于通过激励线圈对被测零件施加幅值不断变化的三角波电流激励；
数据采集及处理***与检测线圈电性连接，用于读取检测线圈从激励后的被测零件上感应的电压信号，获取被测零件的系列迟滞回线簇，通过迟滞回线上的任何点和/或斜率的值的变化来描述被测零件抗拉强度退化，获得作为独立退化变量的函数，依据结构变形与非破坏性测定的磁学量之间的相关性以及标准检测方法获得校正数据参数，修正磁电信号数据与力学数据的模型参数，应用磁电信号数据计算被测零件的基本力学特性。
可选的，TRIP钢板无损强度检测装置还包括磁轭，磁轭与被测零件固定连接，激励线圈及检测线圈均套设于磁轭。
本发明的TRIP钢板无损强度检测装置相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)利用TRIP钢板的结构变形与非破坏性测定的磁学量之间存在的良好相关性，利用被测零件的机械特性(材料应变和硬度)和磁信号参量具有的单调依赖关系，得到了表征TRIP钢板由于塑性变形而发生的基本力学性能参数变化，对原有零件无破坏性；
(2)用已知线性电流做增量周期往复激励，获得TRIP钢的非线性输出信息，从而获得便利的求解过程，获得TRIP钢的力学数据；
(3)比在动态变形条件下，检测钢的TRIP效应所释放的相变潜热的方法更加简便可行。
(4)比起基于巴克豪森效应的钢板无损检测方法，这种方法能够更有效的分辨由于TRIP效应引起的力学性能变化，在TRIP钢无损检测方面具有独特优势。
另一方面，本发明还提出了一种TRIP钢板无损强度检测方法，以解决传统TRIP钢板强度检测方法破坏原有零件的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种TRIP钢板无损强度检测方法，包括：
步骤S1，激励源通过激励线圈对被测零件施加幅值不断变化的三角波电流激励；
步骤S2，数据采集及处理***读取检测线圈从激励后的被测零件上感应的电压信号，获取被测零件的系列迟滞回线簇，通过迟滞回线上的任何点和/或斜率的值的变化来描述被测零件抗拉强度退化，获得作为独立退化变量的函数；
步骤S3，数据采集及处理***依据结构变形与非破坏性测定的磁学量之间的相关性以及标准检测方法获得校正数据参数，修正磁电信号数据与力学数据的模型参数，应用磁电信号数据计算被测零件的基本力学特性。
可选的，步骤S1中，三角波电流激励的幅值随三角波周期的增量固定，不同周期三角波电流激励的上升斜率相同，不同周期三角波电流激励的下降斜率相同。
可选的，步骤S2中，电压信号满足：
Figure BDA0002997486430000031
其中U为电压信号，F为激励线圈上产生的磁场强度，t为时间，A为迟滞回线簇中每个循环小迟滞回线的磁场信号幅值，ε为被测零件的应变值，K为被测零件的几何结构常数，B为磁通函数。
可选的，步骤S3包括：
将电压信号的每个样本数据族插值到离散的正方形矩阵(i,j)中；
选择适当的步长，以参考样本矩阵的对应元素和相对微分渗透率矩阵的归一化元素计算获得被测零件的归一化μ退化函数，获得被测零件的机械力学数据。
可选的，归一化μ退化函数满足：
μ(Fi,Aj,ε)＝U(Fi,Aj,ε)/U(Fi,Ajj，ε0)；
式中U(Fi，Aj，ε)为电压信号的每个样本数据族插值到离散的正方形矩阵(i,j)中后的函数，U(Fi，Aj，ε0)为参考样本矩阵的对应元素和相对微分渗透率矩阵的归一化元素，ε0为初始应变值。
所述TRIP钢板无损强度检测方法与上述TRIP钢板无损强度检测装置相对于现有技术具有的优势类似，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的TRIP钢板无损强度检测装置的结构示意图；
图2为本发明的TRIP钢板无损强度检测方法的流程图；
图3为本发明的三角波电流激励幅值及循环增量示意图；
图4为本发明的检测线圈获得的磁感应强度随磁化强度的变化曲线族；
图5为本发明的电压信号随磁场强度在不同应变值下的波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例的TRIP钢板无损强度检测装置包括激励源、激励线圈、检测线圈、磁轭、数据采集及处理***。激励线圈及检测线圈均靠近被测零件，磁轭与被测零件固定连接，激励线圈及检测线圈均套设于磁轭。激励源与激励线圈电性连接，激励源用于通过激励线圈对被测零件施加幅值不断变化的三角波电流激励。数据采集及处理***与检测线圈电性连接，用于读取检测线圈从激励后的被测零件上感应的电压信号，获取被测零件的系列迟滞回线簇，通过迟滞回线上的任何点和/或斜率的值的变化来描述被测零件抗拉强度退化，获得作为独立退化变量的函数，依据结构变形与非破坏性测定的磁学量之间的相关性以及标准检测方法获得校正数据参数，修正磁电信号数据与力学数据的模型参数，应用磁电信号数据计算被测零件的基本力学特性。
本实施例中，磁自适应检测方法是基于***测量微小磁滞回线的多参数无损检测方法。传统磁滞回线是相对稳定的磁滞回线，当磁滞回线随被测零件承受载荷的变化而发生变化的现象，称为磁自适应。测量每个被测零件的系列迟滞回线簇，然后可以通过回线上的任何点和/或斜率的值的变化来描述材料抗拉强度退化，可以获得作为独立退化变量的函数，这是一种全新的磁自适应检测方法。
TRIP钢板的结构变形与非破坏性测定的磁学量之间存在良好的相关性，在一定的实验条件下，不论是对小型试件或者是整体零件的局部，可以观察到材料的主要机械特性(材料应变和硬度)和磁信号参量具有单调依赖关系。基于这些观察，本实施例适合于表征材料由于塑性变形而发生的基本力学性能参数变化，因此可以替代破坏性测试。
基于以上原理，如图2所示，本实施例还提供一种通过上述TRIP钢板无损强度检测装置实现的TRIP钢板无损强度检测方法，包括：
步骤S1，激励源通过激励线圈对被测零件施加幅值不断变化的三角波电流激励；
步骤S2，数据采集及处理***读取检测线圈从激励后的被测零件上感应的电压信号，获取被测零件的系列迟滞回线簇，通过迟滞回线上的任何点和/或斜率的值的变化来描述被测零件抗拉强度退化，获得作为独立退化变量的函数；
步骤S3，数据采集及处理***依据结构变形与非破坏性测定的磁学量之间的相关性以及标准检测方法获得校正数据参数，修正磁电信号数据与力学数据的模型参数，应用磁电信号数据计算被测零件的基本力学特性。
其中，步骤S1中，三角波电流激励的幅值随三角波周期的增量固定，如图3的ΔIf，即下一个周期三角波电流激励的幅值比当前周期三角波电流激励的幅值增加ΔIf。不同周期三角波电流激励的上升斜率相同，不同周期三角波电流激励的下降斜率相同。
步骤S2中，如图4所示，三角波电流激励通过激励线圈产生磁场，数据采集及处理***测量通过被测零件的磁场强度并记录，经过多个周期循环检测，获得被测零件的特征数据，这个不断输入三角波电流激励、检测被测零件的磁场强度、获得测试数据序列的测试过程为线性扫描过程。在测试中将产生磁化场随时间t的三角形变化，并且对于每个k样本，在检测线圈中读取的电压信号满足：
Figure BDA0002997486430000061
其中U为电压信号，F为激励线圈上产生的磁场强度，t为时间，A为迟滞回线簇中每个循环小迟滞回线的磁场信号幅值，ε为被测零件的应变值，K为被测零件的几何结构常数，B为磁通函数。
其中，步骤S3包括：将电压信号的每个样本数据族插值到离散的正方形矩阵(i,j)中；选择适当的步长，以参考样本矩阵的对应元素和相对微分渗透率矩阵的归一化元素计算获得被测零件的归一化μ退化函数，获得被测零件的机械力学数据。归一化μ退化函数满足：μ(Fi,Aj，ε)＝U(Fi,Aj，ε)/U(Fi,Aj,，ε0)；式中U(Fi，Aj，ε)为电压信号的每个样本数据族插值到离散的正方形矩阵(i,j)中后的函数，U(Fi，Aj，ε0)为参考样本矩阵的对应元素和相对微分渗透率矩阵的归一化元素，ε0为初始应变值。步骤S3实现的方法是将每个εk样本的数据族插值到离散的正方形矩阵(i,j)，即U(Fi,Aj,εk)，并选择适当的步长ΔA＝ΔF。由于dF/dt是一个常数，这种非破坏性检测方法获得检测值都是相对的，并且对应于参考矩阵U(Fi,Aj,ε0)的相应元素，可以在任何元素的变化中包含所研究材料退化的最合适信息，此类元素的矩阵是ε的函数。因此所有U(Fi,Aj,εk)元素将除以参考样本矩阵的对应元素和相对微分渗透率矩阵的归一化元素U(Fi,Aj,ε0)，即(Fi,Aj,εk)＝U(Fi,Aj,εk)/U(Fi,Aj,ε0)。求解上式，获得被测零件的归一化μ退化函数，可以获得被测零件的机械力学数据。此外，也可以提高积分矩阵B＝∫μdF或者微分矩阵μ′F＝dμ/dF值的矩阵也可以计算并用于定义B退化函数B(Fi，Aj，ε)。随着参数ε的增加，直至达到退化函数趋于饱和。
本实施例中，通过在激励线圈施加三角波电流激励，在检测线圈中检测出的电压信号U随时间t和磁场F的变化的过程。由于预先施加的机械拉力而出现退化为应变值ε＝0％，1.7％，3.5％，5.8％，7.8％，9.8％，17.9％。如图5所示。
这样，本实施例利用TRIP钢板的结构变形与非破坏性测定的磁学量之间存在的良好相关性，利用被测零件的机械特性(材料应变和硬度)和磁信号参量具有的单调依赖关系，得到了表征TRIP钢板由于塑性变形而发生的基本力学性能参数变化，对原有零件无破坏性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种TRIP钢板无损强度检测装置，其特征在于，包括激励源、激励线圈、检测线圈、数据采集及处理***；
激励线圈及检测线圈均靠近被测零件；
激励源与激励线圈电性连接，激励源用于通过激励线圈对被测零件施加幅值不断变化的三角波电流激励；
数据采集及处理***与检测线圈电性连接，用于读取检测线圈从激励后的被测零件上感应的电压信号，获取被测零件的系列迟滞回线簇，通过迟滞回线上的任何点和/或斜率的值的变化来描述被测零件抗拉强度退化，获得作为独立退化变量的函数，依据结构变形与非破坏性测定的磁学量之间的相关性以及标准检测方法获得校正数据参数，修正磁电信号数据与力学数据的模型参数，应用磁电信号数据计算被测零件的基本力学特性。
2.如权利要求1所述的TRIP钢板无损强度检测装置，其特征在于，还包括磁轭，磁轭与被测零件固定连接，激励线圈及检测线圈均套设于磁轭。
3.一种TRIP钢板无损强度检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1，激励源通过激励线圈对被测零件施加幅值不断变化的三角波电流激励；
步骤S2，数据采集及处理***读取检测线圈从激励后的被测零件上感应的电压信号，获取被测零件的系列迟滞回线簇，通过迟滞回线上的任何点和/或斜率的值的变化来描述被测零件抗拉强度退化，获得作为独立退化变量的函数；
步骤S3，数据采集及处理***依据结构变形与非破坏性测定的磁学量之间的相关性以及标准检测方法获得校正数据参数，修正磁电信号数据与力学数据的模型参数，应用磁电信号数据计算被测零件的基本力学特性。
4.如权利要求3所述的TRIP钢板无损强度检测方法，其特征在于，步骤S1中，三角波电流激励的幅值随三角波周期的增量固定，不同周期三角波电流激励的上升斜率相同，不同周期三角波电流激励的下降斜率相同。
5.如权利要求3所述的TRIP钢板无损强度检测方法，其特征在于，步骤S2中，电压信号满足：
Figure FDA0002997486420000021
其中U为电压信号，F为激励线圈上产生的磁场强度，t为时间，A为迟滞回线簇中每个循环小迟滞回线的磁场信号幅值，ε为被测零件的应变值，K为被测零件的几何结构常数，B为磁通函数。
6.如权利要求5所述的TRIP钢板无损强度检测方法，其特征在于，步骤S3包括：
将电压信号的每个样本数据族插值到离散的正方形矩阵(i,j)中；
选择适当的步长，以参考样本矩阵的对应元素和相对微分渗透率矩阵的归一化元素计算获得被测零件的归一化μ退化函数，获得被测零件的机械力学数据。
7.如权利要求6所述的TRIP钢板无损强度检测方法，其特征在于，归一化μ退化函数满足：
μ(Fi，Aj，ε)＝U(Fi，Aj，ε)/U(Fi，Aj，ε0)；
式中U(Fi，Aj，ε)为电压信号的每个样本数据族插值到离散的正方形矩阵(i,j)中后的函数，U(Fi，Aj，ε0)为参考样本矩阵的对应元素和相对微分渗透率矩阵的归一化元素，ε0为初始应变值。
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