摘要：以具有镀层的铁磁零部件的裂纹检测为背景，阐述了微磁裂纹检测仪的主要原理、裂纹特征二次梯度提取及裂纹检测的实现。
关键词：镀层零件；微磁检测；二次梯度
instrument of testing crack for the parts with plating layer based on micromagnetic theory
chen guiqin1, xu zhangsui2, wang feng2, zhou hailin2
(1.hebei higher special school of engineering, cangzhou 0 61001, china;
2.ordnance engineering college, shijiazhuang 050003, china)
abstract: using the crack detection of ferromagnetic materials p arts with plating layer as a sample, the micromagnetic crack testing principle s, the crack characteristic extracting based on double gradient, and realizing o f crack testing were introduced in this paper.
key words: parts with plating layer; micromagnetic detection; double gradient
镀层工件是指在钢材料表面镀有如铬、镍、锌等金属的工件，镀层厚度约为20～80μm。这些金属的磁导率近于1，不适于采用磁粉探伤；其镀层覆盖在铁磁工件表面，也不适于电涡流探伤和超声探伤方法。笔者在国家自然科学基金资助项目研究中，运用微磁检测技术对这种工件裂纹进行了检测，取得了满意的效果。
1 裂纹微磁检测原理
由材料的微观磁特性可知：(1)当外加机械应力时，会使材料中的晶格组织发生变化。在损伤区边缘出现附加磁极，产生磁荷聚集，形成磁场，材料对外显示磁性。缺陷不再扩展，其缺陷磁场强度保持不变。(2)当材料内部存在裂纹、夹杂等缺陷时，也会破坏原来的晶格，形成累计磁场，对外显磁性。
因此在内应力集中或缺陷集中的地方，金属导磁率下降，形成一内部磁源。这一内部磁源向金属表面传递，形成泄漏磁场，其切向分量最大，法向分量具有从正过零到负的变化过程。
金属构件缺陷的存在，就一定产生磁畴固定结点，形成内部磁场。这种磁场十分微弱，按微磁学原理称为微磁点，其检测过程称为微磁检测。
2 裂纹磁畴结点磁荷变异
裂纹磁畴结点磁场按静态磁场的特点向材料表面传递。设裂纹呈v形，宽度为2b，深度为d，长度为l，铁磁材料相对磁导率为μr(如图1所示)。当磁场通过两种介质分界面时，磁感应强度的法向分量是连续的。因此磁场由铁磁区(区域1)进入空气(由于铬与空气的导磁率都近似为1，可认为是一个区域，记为区域2)有：
式中n为法线方向，m1、m2为磁化强度，m2=0，δs为磁荷面密度，它是由μ0m1法线分量在两种不同介质分界面上的不连续形成的，表明磁荷分布在边界处会发生变异，即出现正负峰，检测这一变异就可以发现裂纹。而变异的峰值、位置等特性就反应了裂纹的形状和尺寸。因此磁荷变异理论就形成了裂纹检测的基础。
由文献［5］，对如图2所示v形裂纹，磁偶极子在测试点p处产生的磁场其垂直分量为：
3 裂纹特征提取
由式(2)作出的模拟裂纹微磁水平、垂直分量的波形如图3所示。
由图可见：
(1)裂纹磁场垂直分量hy具有正峰和负峰值，峰—峰值随裂纹的深度增加而增大（峰—峰间的变化梯度增大）。当梯度大于某一阈值时，存在裂纹。
(2)裂纹水平分量具有单峰，峰值随裂纹深度增加而增大。磁场的二次梯度反映了磁场变化的程度。只有在磁场变化非常剧烈的地方，二次梯度的峰值才会很突出。当二次梯度大于某一阈值时，裂纹存在，且随着裂纹深度增加，二次梯度增大。
根据上述特点可提取裂纹特征（图4）。图4(a)为实际检测的信号，(b)为二次梯度信号。由图可见，二次梯度大的信号可判断为裂纹信号。
4 裂纹检测系统组成
仪器系统由传感装置、自适应扫描装置、采样控制器、信号预处理器、计算机、驱动装置等组成，如图5所示。
磁传感装置由磁阻传感器等组成。磁阻传感器利用半导体磁阻效应制作，其灵敏度较高，可检测小于10-7t的微弱磁场，因而可直接检测缺陷泄漏的微磁信号，并将磁信号转换为电信号。采样控制器由圆光栅、a/d转换器等组成，实现空域等距采样；自适应扫描装置由触觉传感器、调节机构、自适应控制器等组成，自动调节控制磁传感器与工件表面的贴合度
