作者：华中科技大学机械工程二系 马咸尧、朱孝谦、肖建中、陈嘉林

铁磁材料磁化过程中因磁畴的不可逆运动产生巴克豪森效应和磁致伸缩现象,形成磁声发射(MAE).Ono等人研究了铁磁材料的磁声发射行为,初步建立了磁声发射的理论模型,为磁声发射的进一步研究奠定了基础.由于磁声发射应力的敏感性,从而开拓了磁声发射技术在应力测量方面的应用前景.

无损检测残余应力以X射法应用最广,由于它穿透层深度太浅(仅10数量级),只能测极薄表面的残余应力,并且设备也较昂贵,鉴此,我们利用MAE测定了16Mn钢焊接板的表面残余应力分布,得到了和盲孔法测定基本一致的结果.
1 实验条件
1.1实验装置
使用的声发射仪是沈阳电子所生产的SF-02A型,拉伸试验系在国产WJ-10型万能材料试验机上进行.磁化器使用自制的U型线圈,中间有矽钢片铁心,磁化电压与磁场院强度关系为:
单位,磁化强度的单位则为KA.m
1.2实验过程
首先将50HZ的交流电经变压器加到磁化器线圈上,线圈产生一交普磁场院,使试样磁化,产生磁声发射信号,此信号经谐振频率为120KH的PZJ-5型压电晶估转换为电信号,然后经增益为40dB的前置放大器放大后进入声发射仪,通过滤波、主放（倍率可调范围1~59dB）、信号处理后输至X-Y函数记录仪（也可经过主放后直接输出给磁带记录仪，通过信号处理后，打印出分析结果），用计算机处理数据，对于确定裂纹位置，定区分析以排除噪声.
1.3试验材料
16Mn钢化学成分为:0.17%C,0.27%Si,1.36%Mn,0.028%S,0.016%P，其余为Fe.
材料经退火后组织为铁素体、珠光体和MnS夹杂。拉伸试样开头为中间有细颈的板材试样，尺寸为232mmx30mmx4.5mm，中部细颈段宽为16mm。

2 实验结果与分析
2.1磁声发射的基本规律
当试样拉伸时,磁畴壁的运动受到了应力的阻碍而弱,如图1所示,16Mn钢在轧制状态下拉伸时,应力c越大,磁声发射幅值越低.图1中,EN为能量计数率,即反映MAE;为位移在试验中,利用振铃计数率与应力的关系,研究16Mn钢中MAE的精细结构(图2),发现有如下规律,当H=7KA.时,振铃计数率RN与应变曲线在很小时出现一个最大值,然后随增加而下降;当H=3.5KA时,曲线在RN随增加而线性下降.
在实际拉伸过程中,应考虑应力在一定范围内还可激发声发射,当应力较小时,磁声发射强度值随应力增加而上升;达一定值后,磁声发射强度值随应力增加而降低.
根据理论分析,我们提出MAE幅值公式,式中为应力;H。为外磁场；第5项为应力激发产生的磁声发射效应；是应力使畴壁移动或磁化矢量转动时，在体积内所造成的非弹性应变。用（1）式可解释图2中出现的现象

a.当磁场强度较小时,不管应力何值,总有,即第5项贡献很小,当磁场强度较大时,如果应力较小,则有此时应力所激发的磁声发射效应较显著;只有当应力超过某一值时,才有MAE弹性应力波属于连续波函当数,对其进行自功率谱密分析,可反映应力波的能量变化情况,自功率谱密度(PSD)定义为,时刻频率为f的MAE信号幅值平方的平均值,即滤波器输出值平方的平均.
从16Mn钢拉伸时的自功率谱线(见图3)也可看出,拉伸初期,G值也出现一个峰值,然后降低,这与图2中MAE曲线1有很好的对应.

2.2应力标定
在测量应力之前,必须预先标定好的关系曲线(见图4),标定方法是:在恒定磁场下,选用与待测试样相同结构状态的材料作为标定试样,测出各种已知应力状态下所对应的磁声发射能量计数率EN,作出该材料的标定曲线.
在实际测量时,必须选用与标定时相同的测量条件,如磁化电压、仪器所选用的门槛值V，及增益值等。
然后测量未知试样上某点的能量计数率EN，对照标定曲线，即可查得该点的残余应力值，也可由EN-0关系找出数学表达式，式中，EN。=400X（0.38)时的能量计数率;为(1)式中前4项之和的贡献;相当于(1)式中第5项的贡献.由于(3)式中EN与0不是简单的线性关系,利用迭代法可以求出的值,(3)式与(1)式形吻合,证明了(1)式的正确性.

2.3焊接件残余应力的测试
焊接件为296mmx280mm16Mn钢板,焊缝横中央,磁化方向平行于焊缝,测量点即是磁化器位置,取在焊缝附近.探点位置在距磁化器中心位置40mm处,并与磁化方向分别成,及的方位上,选取磁化电压,测量出各点的声发射的能量计数率值后,应用标定曲线或公式(3)便可求出值,其测量值与盲孔法测量相应点的应力列如表1.

单位为10.测定磁化曲线的同时便能定出应力值的正负,我们利用频谱分析,按照磁声发射波的主频率随外场变化情况确定应力正负值,如果当外加磁化场改变时,磁声发射波主频率基本不变,可断定试样处在拉应力状态;若主频率发生振荡式的变化,则为压力.
3精度分析
a.由于磁力线的封闭趋势,使磁化仅限于局部,当线圈较小或磁场更集中时,可能测得更准确的值.我们已能将磁场的有效区集中在以内,对一般试件测量能达到比较精度的程度了.
b.本文所测量的值还是半定量的,精度不太高,以盲孔法为准则时,误差小于20%,这与盲孔法测量精度也有很大的关系.
c.测量方法比较简便,不损坏工作;标定方法有待进一步探讨,压应力和拉应力与声发射强度的标定曲线应分开.应用数学公式计算应力有利于测量自动化,是值得推广的方法.