磁声发射法是近年发展起来的·种磁性无损检测技术。它是利用铁磁材料中磁畴壁在外部磁场下产生突然运动和磁化矢量的转动而产生应力波的原理，研究由此导致的声发射现象Llj，通常称为磁致声发(Magnetic Acoustic Emission，MAE)，简称磁声发射(MAE)。由于MAE信号强度强烈依赖于材料所受的磁化场和应力场，因此可根据MAE强度值’的变化来推测构件的受力情况。与传统的无损检测技术相比，MAE检测技术具有如下优势：
a) 可实现动态无损检测。
b) 检测深度大(达十几毫米)。
c)检测灵敏度高。
d) 可对缺陷准确定位。
e) 可对整个结构进行评价。
    目前MAE技术己经被试用于炮筒内应力检测、焊接构件热处理后的应力检测，以及构件使用过程中的应力监测等心j。此外，大量已有的研究工作也表明，该项技术具有巨大的发展潜力，但无论在理论研究还是实际应用方面，都有不少问题有待深入探讨。MAE应力检测机理分析口1铁磁性材料内存在磁矩方向各异的磁畴，各磁畴之间由畴壁相互分开，在外部磁场下，将产生磁畴的突然运动和磁化矢量的转动，从而以应力波的形式向周围传播，产生所谓的声发射现象。由于这种畴壁运动是在外磁场作用下驱动的，故称磁声发射。用声发射接收仪的探头可灵敏接收到这种波动信号。铁磁材料在外磁场作用下，由于晶格的弹性变形，其长度、体积都出现改变，即产生磁致伸缩效应。当材料磁化后，畴壁出现突然运动，随着磁场的增强，畴壁运动速度加快，当局部总能量达到最小值时，畴壁停止运动。在运动时相邻2个畴壁内磁致伸缩不一致而出现位移便引起MAE脉冲信号。这种信号的大小和方向可用一个放大的磁畴区域体积AV内的非弹性应变张量△e表示，当输出峰值电压信号为V。时，有如下关系式



    式中，C为材料常数；r为△￡增长变化的时间，△￡依赖于磁致伸缩系数。
    研究表明，MAE信号强度与产生非弹性应变的体积成比例。当材料局部外磁场强度保持不变时，MAE信号强度随所受应力的变化而变化，不管产生应力的原因是外加载荷引起还是本身残余应力。利用MAE的这一特性，可对工件的应力状况进行评定，这就是用磁声发射法可以检测应力的机理。
2 MAE发展现状
2．1检测系统介绍
    如前所述，磁声发射(MAE)的实质是铁磁材料磁化时，磁畴的不可逆运动过程激发的类似机械声发射的弹性波脉冲，与磁化时磁畴壁体积应变密切相关。因此，应用MAE检测必须具备2个条件：①铁磁材料的磁化过程，即磁场激励条件；②对磁化过程激发的弹性波脉冲的感应，即弹性波脉冲的检出条件。
根据这2个条件，磁声发射检测系统一般由2部分组成：
a) 磁场激励部分用于产生交变磁场，以实现对待检测试件的磁化过程，激发弹性波脉冲。主要由激励磁化源和磁化器组成。激励磁化源的作用是向磁化器提供频率和强度适宜的电压，以便在检测材料中激发所需要的磁场。可采用50 ltz市电调压器，也可由信号发生器和功率放大器构成。磁化器的作用是产生适宜的磁场强度对被检测构件进行磁化。磁化器一般是根据试件的大小、形状、需要的磁化场强度等具体要求自制，有的采用“u”型轭头，其上绕漆包线；有的采用硅钢片”u”型磁芯或设计为螺线管磁化器等。
b) 磁声发射信号检出及信号处理部分用于接收磁声发射信号，并加以处理放大。磁声发射信号检出及信号处理部分有多种实现形式。最常用的组合为能够检出弹性波脉冲的声发射传感器、前置放大器、声发射仪，能对信号进行处理和显示的X．y记录仪、示波器等。
    随着声发射技术的快速发展，声发射仪也在日趋完善，目前市场上的声发射仪配有多通道、高速数据采集卡及信号分析软件，包含了数据采集、处理、显示、保存等所有功能，既简化了磁声发射检测系统，又提高了检测速度。
2．2机理研究现状
    EI，ord于1975年用镍杆在交变磁场中发现了MAE现象；1979年日本Kusanagi等人首先发现磁声发射与材料所受应力有密切关系，在应力较大的情况下，不管材料受拉应力还是压应力，磁声发射信号强度都比无应力时显著降低；此后，Ono和Shi—bata等人又对镍铁合金和几种钢的磁声发射进行了较详细的研究，发现材料的化学成分、显微组织、应力和预冷加工等强烈影响磁声发射行为，并认为磁声发射技术有可能成为无损检测构件残余应力和材料性质的一种新方法。在Kusanagi工作的基础上，Ono和Shibata通过分析大量的实验结果后认为磁声发射主要起源于90。磁畴壁移动引起的位移变化，其次来源于磁化矢量的转动，并给出MAE脉冲信号的电压峰值V。一C△e·△v／r。按照此公式，鉴于180。畴壁移动不产生应变，故认为180。畴壁运动不产生磁声发射。
    我国徐约黄教授等人以多晶和单晶硅钢材料对磁声发射的机制进行了详细研究，其大量实验结果表明，对于无取向的多晶体，90。畴壁密度大，由公式U一绌-△Wr引起的磁声发射可能是主要的；对于取向很好的单晶体，180。畴壁运动是主要的磁声发射源。这在世界上是首次提出180。磁畴壁的运动也可以产生很大的磁声发射信号，提出的磁畴壁内磁化矢量的逐渐旋转运动会产生弹性波的模型被认为是对一般公认的磁声发射产生机制的完善和补充。
2．3应用研究现状
    利用MAE对应力的依赖关系，可对不少钢、铁零件和构件进行残余应力的无损检测。在国外，MAE技术已应用于炮壳、枪筒、炮车内应力的无损检测，焊接及热处理后的应力检测以及构件使用过程中应力变化的监测；美国加利佛尼亚州有用此法检测钢轨因热胀冷缩引起的内应力。在国内，武汉大学于1984年首先开展铁磁性材料磁声发射的研究工作。随后北京科技大学和华中科技大学等也相继开展了磁声发射的研究工作。通过大量的实验，分析讨论了MAE的材质效应、应力效应、频谱特征等，并进一步研究了用MAE法对钢铁件微观损伤和疲劳寿命的测量。
2．3．1 利用MAE对焊接钢板进行应力测定
    使用磁声法测定应力时，须进行应力标定，其标定方法有：利用标样拉伸或压缩标定；利用X射线应力测量法和应变片应力测量法进行标定；利用经验公式使用参比法进行标定；利用计算机数据库和模式识别进行处理。本文利用标样拉伸进行标定。利用磁声法测定焊接钢板应力分布的结果如表1，y表示测点距焊缝的距离。
2．3．2利用MAE对钢铁件微观损伤的测试
    马咸尧等人用MAE方法探测了45钢和T10钢中的微观损伤和残余应力。图1～2分别为退火45钢和退火T10钢在弹性范围内拉伸时，加载(沿曲线1)和卸载(沿曲线2)过程中MAE强度的变化规律。2条曲线不能重合说明试样加载后，内部产生的应力及某些状态的变化在卸载过程中不能完全消除，即内部还有残余应力及微观损伤。微观损伤或残余应力的存在，限制了畴壁运动，造成卸载时MAE强度比相应加载时要低(损伤的程度可根据2条曲线所围的面积而定)。




2．3．3利用MAE对钢轨疲劳寿命的测定[7]
    侯炳麟等人根据铁磁性材料磁畴壁运动对应力和疲劳损伤敏感的原理、对钢轨残余应力和剩余寿命进行了磁声发射法无损测量，其试样为60 kg／m的U74退火钢轨，保持全截面尺寸制成拉、压试样。在试验中，使钢轨试样经历不同循环加载次数，产生不同程度的疲劳损伤，然后在相同的磁场强度下测取其MAE信号强度，发现MAE强度随疲劳损伤程度的不同呈规律性变化，试验结果如图3。由图3可以看出，随着循环次数N的增加，VRMs相应增大，约在N／Nr=0．2时，达到最大值．此后V。M。随N／Nr增加逐渐减小，直至疲劳破坏；磁化器激磁电压V。越高，磁场强度H越大，上述规律越明显，这说明在一定的磁场强度下，试样的MAE强度与循环次数(或相对疲劳度)之间有明显的对应关系，当N／Nr达到一定值后，V。M。一N／Nr间具有明显的单调递减规律。这样，只要得到VRM$-N／Nr关系曲线，在适当考虑了测量中主要影响因素后，便可以通过测取实际构件的MAE强度指标，估测出构件目前所处的损伤状态和构件的剩余寿命，而不必考虑构件的载荷作用历史，也省去大量繁杂的材料疲劳试验。此试验研究证明了利用MAE法估测钢轨疲劳寿命的可行性。


3 MAE法存在的问题及研究方向
    用MAE法检测钢铁构件的残余应力有广阔的应用前景，但目前磁声发射的研究尚处于开拓阶段，实验中发现的一些问题有待于进一步深入研究。
a) 在外磁场一定的条件下，钢的显微组织、成分(含碳量等)、热处理状态以及所处的应力状态等都对磁声发射有明显的影响。因此，如何消除这些影响因素，使MAE信号准确反映应力状态及应力大小，还有待于进一步研究和总结。
b)MAE信号作为弹性波，其传播特征与材料的形状和尺寸有关。一般情况下，构件尺寸越大，测量值越小，即MAE测量有明显的尺寸效应。要消除尺寸效应，需通过对大小不同试件的反复实验获得修正系数。
c) 测取应力的符号目前有借助零应力点法、BN法和频谱法[1 3|，这些方法操作复杂且准确性较差，因此，需要进一步探讨简单易行的判断应力符号的方法。
d) 由于磁声发射的强度和施加于构件上应力状态的关系比较复杂，因此，一些研究者认为，结合磁声发射和巴克豪森2种方法各自优点的应力检测更好。
e) 现有对材料在不同应力状态下的磁声发射特性的研究主要集中在中、低碳钢材料上，而对高强度、高合金钢的磁声发射特性研究还处于空白。
4 结束语
    由于影响MAE行为的因素很多，情况比较复杂，目前人们对它的认识还比较肤浅，特别是对检测状态的研究很少。要将MAE技术作为常规无损检测技术，还有许多工作要做，需要不断完善实验手段，充分获得与磁声发射有关的信息，使这项技术得以尽快开发和利用。
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