·16 工程科学学报，第37卷，增刊1 对应力的敏感度也逐渐增加.横轴压力开始从零增大 和150mA时，磁测信号变化明显，这时候磁化强度达 时，检测信号也随着逐渐增强：当压力达到一定值时， 到技术磁化曲线中斜率较高的区域，应力对磁测信号 检测信号开始减小，实验结果线性度不佳且临界点无 的影响更为明显.通过该试验中100mA和150mA电 明显规律可循 流下应力状态曲线，两条曲线与前文所述电阻应变片 对侧式励磁线圈与检测线圈位于被测板两侧，两 验证实验中的应力曲线的变化趋势基本一致，线性度 传感器探头与钢板间距约为0.3~0.5mm,激励传感 较为理想.本文验证了所设计的磁测法在应力测量中 器磁芯长度方向与被测钢板长度方向成45°，激励线 的可行性 圈与检测线圈之间成垂直状态，如图10所示 4结论 (1)本文应用逆磁致伸缩效应评价静态加载过程 中Q235钢板内应力对磁弹性应力测试传感器输出特 性的影响，为实现板带材在线内应力的无损检测探寻 可行方案并奠定理论基础 (2)为了满足重复试验要求以及尽量消除外界环 境对被测试件结构及应力状态的影响，本文设计了可 重复加载的应力试件模型，并通过ANSYS有限元仿真 软件对该模型进行了仿真分析，确定了合理的试件形 图10张力测试标定装置及透射式四磁极传感器安装方式 状和结构尺寸参数.在此基础上试制了标定装置试 Fig.10 Calibration device of the tension test and the installation of 样.仿真和试验结果表明，该标定试样达到了预期的 the penetrable quadrapole sensor 设计指标，误差在允许范围内 励磁电流分别为50、100和150mA.传感器参数： (3)针对冷轧带钢生产现场实际工况，本文提出 励磁传感器线圈由0.4mm高强度漆包线绕制，匝数为 了一种四磁极透射式应力磁检测新方法.基于此方法 200匝，磁芯采用U-U20的Mn-Zn铁氧体磁芯.检测 设计的磁弹性应力测试样机和低碳钢标定试件在单向 线圈由0.2mm高强度漆包线绕制，匝数为1000匝，磁 应力拉伸试验中呈现了可重复性的稳定实验结果，低 芯与励磁线圈相同.加载力依次增加1kN,记录检测 碳钢标定试件整体所承受压力与钢板应变呈高度线性 系统输出信号，加载至8kN后获得了如图11所示的 相关性，与钢板应变相对应的内部拉应力与传感器磁 感应信号变化曲线 特性输出呈良好线性关系.实验结果显示对于薄板带 铁磁材料，透射式应力磁检测方案优于传统单侧式检 35r 30 -0-150mA 测方案.该应用示例显示了基于磁性测量技术的带钢 --100mA 无损检测方法具有光明的应用前景 25 -0-50mA 参考文献 [1]Dai JT,Zhang Q D.Analysis and experiment oncentral buckling 10 and post buckling of thin cold-rolled sheet.Chin J Mfech Eng, 2011,47(2):44 (戴杰涛，张清东.冷轧薄板中浪板形缺陷的屈曲及后屈曲理 论与轧制试验研究.机械工程学报，2011,47(2)：44) 2]Sun T K,Liu C J,Zhao Y H.Cold-tolled strip tension measure- 压力kN ment.J Angang Technol,1995,29(04):22 图11透射式磁测实验信号随应力变化曲线 (孙铁铠，刘承杰，赵永和.冷轧带钢张力测量.鞍钢技术， Fig.11 Sense signal curve with stress variation of the penetrable 1995,29(04):22) measurement experiment B]Wang G D.Shape Control and Shape Theory.Beijing:Metallurgi- 励磁电流为50mA时，线圈产生磁场较弱，基本检 cal Industry Press,1986 测不到应力对磁测信号的影响.这是由于磁化电流太 (王国栋.板形控制和板形理论.北京：治金工业出版社， 1986) 弱，由磁化理论可知，钢板的磁化强度很弱，整个磁路 4]Jiles D,Review of magnetic methods for nondestructive evalua- 中沿钢板所形成的磁通量很小，另外电流过小导致励 tion.NDT E In,1988,21(2):311 磁线圈磁场穿透性较差，所以沿钢板的磁路磁特性的 5] Zhang QD,Dai J T.Simulation of warping deformation in thin 变化对检测信号影响很小.当磁化电流增加到100mA steel strip.JUnit Sci Technol Beijing,2011,33(8):1006工程科学学报，第 37 卷，增刊 1 对应力的敏感度也逐渐增加． 横轴压力开始从零增大 时，检测信号也随着逐渐增强; 当压力达到一定值时， 检测信号开始减小，实验结果线性度不佳且临界点无 明显规律可循． 对侧式励磁线圈与检测线圈位于被测板两侧，两 传感器探头与钢板间距约为 0. 3 ～ 0. 5 mm，激励传感 器磁芯长度方向与被测钢板长度方向成 45°，激励线 圈与检测线圈之间成垂直状态，如图 10 所示． 图 10 张力测试标定装置及透射式四磁极传感器安装方式 Fig． 10 Calibration device of the tension test and the installation of the penetrable quadrapole sensor 励磁电流分别为 50、100 和 150 mA． 传感器参数: 励磁传感器线圈由 0. 4 mm 高强度漆包线绕制，匝数为 200 匝，磁芯采用 U--U20 的 Mn--Zn 铁氧体磁芯． 检测 线圈由 0. 2 mm 高强度漆包线绕制，匝数为 1000 匝，磁 芯与励磁线圈相同． 加载力依次增加 1 kN，记录检测 系统输出信号，加载至 8 kN 后获得了如图 11 所示的 感应信号变化曲线． 图 11 透射式磁测实验信号随应力变化曲线 Fig． 11 Sense signal curve with stress variation of the penetrable measurement experiment 励磁电流为 50 mA 时，线圈产生磁场较弱，基本检 测不到应力对磁测信号的影响． 这是由于磁化电流太 弱，由磁化理论可知，钢板的磁化强度很弱，整个磁路 中沿钢板所形成的磁通量很小，另外电流过小导致励 磁线圈磁场穿透性较差，所以沿钢板的磁路磁特性的 变化对检测信号影响很小． 当磁化电流增加到 100 mA 和 150 mA 时，磁测信号变化明显，这时候磁化强度达 到技术磁化曲线中斜率较高的区域，应力对磁测信号 的影响更为明显． 通过该试验中 100 mA 和 150 mA 电 流下应力状态曲线，两条曲线与前文所述电阻应变片 验证实验中的应力曲线的变化趋势基本一致，线性度 较为理想． 本文验证了所设计的磁测法在应力测量中 的可行性． 4 结论 ( 1) 本文应用逆磁致伸缩效应评价静态加载过程 中 Q235 钢板内应力对磁弹性应力测试传感器输出特 性的影响，为实现板带材在线内应力的无损检测探寻 可行方案并奠定理论基础． ( 2) 为了满足重复试验要求以及尽量消除外界环 境对被测试件结构及应力状态的影响，本文设计了可 重复加载的应力试件模型，并通过 ANSYS 有限元仿真 软件对该模型进行了仿真分析，确定了合理的试件形 状和结构尺寸参数． 在此基础上试制了标定装置试 样． 仿真和试验结果表明，该标定试样达到了预期的 设计指标，误差在允许范围内． ( 3) 针对冷轧带钢生产现场实际工况，本文提出 了一种四磁极透射式应力磁检测新方法． 基于此方法 设计的磁弹性应力测试样机和低碳钢标定试件在单向 应力拉伸试验中呈现了可重复性的稳定实验结果，低 碳钢标定试件整体所承受压力与钢板应变呈高度线性 相关性，与钢板应变相对应的内部拉应力与传感器磁 特性输出呈良好线性关系． 实验结果显示对于薄板带 铁磁材料，透射式应力磁检测方案优于传统单侧式检 测方案． 该应用示例显示了基于磁性测量技术的带钢 无损检测方法具有光明的应用前景． 参 考 文 献 ［1］ Dai J T，Zhang Q D． Analysis and experiment oncentral buckling and post buckling of thin cold-rolled sheet． Chin J Mech Eng， 2011，47( 2) : 44 ( 戴杰涛，张清东． 冷轧薄板中浪板形缺陷的屈曲及后屈曲理 论与轧制试验研究． 机械工程学报，2011，47( 2) : 44) ［2］ Sun T K，Liu C J，Zhao Y H． Cold-rolled strip tension measure￾ment． J Angang Technol，1995，29( 04) : 22 ( 孙铁铠，刘承杰，赵永和． 冷轧带钢张力测量． 鞍钢技术， 1995，29( 04) : 22) ［3］ Wang G D． Shape Control and Shape Theory． Beijing: Metallurgi￾cal Industry Press，1986 ( 王国栋． 板 形 控 制 和 板 形 理 论． 北 京: 冶金工业出版社， 1986) ［4］ Jiles D，Review of magnetic methods for nondestructive evalua￾tion． NDT E Int，1988，21( 2) : 311 ［5］ Zhang Q D，Dai J T． Simulation of warping deformation in thin steel strip． J Univ Sci Technol Beijing，2011，33( 8) : 1006 ·16·