基于弱磁性?shī)W氏體不銹鋼磁導(dǎo)率測(cè)量探索

岳紹陽(yáng)，程娜

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南 鄭州 450016）

根據(jù)商務(wù)部的相關(guān)要求，從2003 年起，對(duì)進(jìn)口冷軋奧氏體不銹鋼薄板(帶)檢驗(yàn)磁導(dǎo)率已經(jīng)提出了嶄新的要求。并且在我國(guó)的檢測(cè)形式并沒(méi)有明顯的提升和轉(zhuǎn)變，進(jìn)行相應(yīng)的磁導(dǎo)率研究具有重要作用，能夠有效提升相關(guān)行業(yè)的良性發(fā)展。

1 測(cè)量原理

當(dāng)磁化式樣在具有磁場(chǎng)變化的方向上出現(xiàn)受力變化，那么這種變化形式與受力的大小具有明顯關(guān)系，并且在測(cè)量的過(guò)程中只要能夠測(cè)量出磁場(chǎng)前后的質(zhì)量變化就能夠隨即計(jì)算出式樣的磁化水平，進(jìn)而判斷出式樣的磁導(dǎo)率水平。

在不均勻的磁場(chǎng)中，設(shè)定磁場(chǎng)的強(qiáng)度為H，在Z 方向的梯度上具有一定的受力現(xiàn)象，并且式樣的質(zhì)量為m，受到的磁力計(jì)算形式為FZ=XmH(9H/9Z）=kmHP(9H9Z)，其中X 則為式樣的磁化率，并且K 為磁化率，P 為密度。

當(dāng)式樣是一個(gè)圓柱體的情況下，橫截面面積為S，將其中的一段放在檢測(cè)的磁極中，另一端位于磁極之外，那么也能夠得出計(jì)算公式FZ=12kS(H2-H22)。

2 測(cè)量?jī)x器

磁導(dǎo)率測(cè)量的設(shè)備中由能夠產(chǎn)生一定磁場(chǎng)的電磁鐵和天平組成，天平主要作用是進(jìn)行受力大小的測(cè)量。當(dāng)測(cè)量磁導(dǎo)率小于1.05 的材料時(shí)，一般情況下使用環(huán)秤或者磁秤測(cè)量，以上兩種測(cè)量的儀器在行業(yè)內(nèi)部不是十分常見(jiàn)，應(yīng)用效果也不是十分廣泛。電磁鐵在使用的過(guò)程中需要兩級(jí)能夠產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)，但是與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免電磁鐵溫度過(guò)高現(xiàn)象，磁極之間的間距也應(yīng)當(dāng)保持在20mm 以內(nèi)，能夠達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

如在進(jìn)行環(huán)秤測(cè)量裝置設(shè)置的過(guò)程中，E 為磷青銅或鈹青銅做的彈性環(huán)，彈性環(huán)的尺寸和大小沒(méi)有具體需求，可以根據(jù)設(shè)備的需求進(jìn)行調(diào)整和定制。彈性環(huán)E 上有小反射鏡，在環(huán)秤測(cè)量裝置設(shè)置為B 和C。D 是設(shè)備中的聚焦鏡，光線從A 處進(jìn)入，通過(guò)B 點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)C 點(diǎn)的反射，在D 處聚焦之后能夠呈現(xiàn)在S 處，S 指的是讀數(shù)尺。

在進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，式樣P 在E 的下方位置，并且在電磁鐵M 的兩個(gè)磁極中間，將A、S、D 三點(diǎn)之間的距離進(jìn)行整合和調(diào)節(jié)，保證S 上能夠顯示出較為清晰的光標(biāo)線。當(dāng)式樣在檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)受力變化時(shí)，彈性環(huán)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，點(diǎn)B 和C 之間的距離和形狀也會(huì)隨之產(chǎn)生變化，在眾多因素的影響下，光表現(xiàn)S 也會(huì)出現(xiàn)明顯的位移現(xiàn)象。

在彈性環(huán)的彈性變化波動(dòng)中，式樣出現(xiàn)的位置變化和受力大小之間具有明顯的關(guān)系。這一關(guān)系在檢測(cè)前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行預(yù)先標(biāo)注，標(biāo)注效果現(xiàn)實(shí)在砝碼上。

3 測(cè)量方法

在磁導(dǎo)率的測(cè)量環(huán)節(jié)中，無(wú)論是使用環(huán)秤或磁秤進(jìn)行測(cè)量，式樣在磁場(chǎng)中受到的作用力測(cè)量的都是較為簡(jiǎn)單的，測(cè)量過(guò)程中基本上沒(méi)有較大的難度。但是在磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度的測(cè)量上則不是十分便捷，測(cè)量具體情況中展示的是具有一定梯度的斜坡形狀磁極測(cè)量形式。

為了保證在測(cè)量中能夠具備較強(qiáng)的準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)在測(cè)量的過(guò)程中采用飽和磁化強(qiáng)度或磁化率的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，并且將相關(guān)儀器盡心校對(duì)和調(diào)整。在進(jìn)行式樣檢測(cè)的過(guò)程中可以將MnSO4·4H2O 的材料作為式樣標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠準(zhǔn)確判定磁化率在環(huán)境溫度為16℃左右時(shí)，為66.1×10-6。在檢測(cè)細(xì)長(zhǎng)式樣的過(guò)程中可以將純錳金屬作為式樣標(biāo)準(zhǔn)，并且在環(huán)境溫度為16℃左右時(shí)，磁化率為9.6×10-6。

在進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中為了保障測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行一起的校對(duì)，并且進(jìn)行多次試驗(yàn)，進(jìn)而有效保障設(shè)備測(cè)量的精準(zhǔn)性。在進(jìn)行小塊式樣的檢測(cè)中，在相同磁場(chǎng)環(huán)境下，H 和9H/9Z 的數(shù)值不會(huì)產(chǎn)生變化，設(shè)用F2 及FZ’，m 及m’，X 及X’分別表示標(biāo)準(zhǔn)試樣及未知試樣在磁場(chǎng)強(qiáng)度為H1、梯度為9H/9Z 的條件下所受的力和試樣的質(zhì)量磁化率,則FZ=XmH9H/9ZFZ’=X’m’H9H/9Z 兩式相除，得FZ/FZ’=Xm/X’m’X’=XmF’Z/m’FZ=(Xm/m’)(F’Z/FZ)式中，X 為已知數(shù)，m 及m’可用天平衡量，F(xiàn)Z 及FZ’為試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，使用環(huán)秤時(shí)，F(xiàn)Z/FZ’比數(shù)可用試驗(yàn)時(shí)光標(biāo)線位移比數(shù)d/d’代替。將相關(guān)數(shù)值帶入上述公式中能夠有效得出檢測(cè)式樣的磁化率和磁導(dǎo)率。

在使用細(xì)長(zhǎng)式樣檢測(cè)的過(guò)程中，使用的檢測(cè)計(jì)算公式為k=1.96FZ/SH2 及μ=1+24.6Z/SH2。在上述公式中式樣所接受對(duì)的磁力為FZ，可以根據(jù)上文中論述的測(cè)量形式進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，式樣的橫截面面積用S 表示，能夠根據(jù)式樣的形狀計(jì)算出來(lái)，H 可用小探測(cè)線圈進(jìn)行測(cè)定,也可以使用已知標(biāo)準(zhǔn)式樣相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量在得出眾多參數(shù)的基礎(chǔ)上，可以使用公式H=[1.96FZ/Sk]1/2 或H=[24.6FZ/S(μ-1)k]1/2，計(jì)算出相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度水平。

4 磁導(dǎo)率測(cè)量

冷軋奧氏體不銹鋼中的0.32mm、2.05mm 和2.20mm 規(guī)格對(duì)的產(chǎn)品，在使用范圍內(nèi)主要針對(duì)電子產(chǎn)品的原材料等，在設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)保證自身材料的導(dǎo)磁率在1.00 以內(nèi)。某種進(jìn)口冷軋奧氏體不銹鋼，規(guī)格為0.32mm 的AISI305，國(guó)外廠商提供的自身產(chǎn)品的磁導(dǎo)率為1.0045,另外，2.05mm 和2.20mm兩種材料的磁導(dǎo)率并沒(méi)有標(biāo)明其中的磁導(dǎo)率，在本文的研究中，將使用磁秤法進(jìn)行式樣磁導(dǎo)率測(cè)量。

（1）試樣制備。在測(cè)量的過(guò)程中將式樣軸線平行與材料的軋制方向，式樣的各個(gè)方面互相垂直，并且進(jìn)行測(cè)量的式樣應(yīng)當(dāng)保證自身的外觀良好，沒(méi)有明顯的劃痕和凹陷。選取的式樣長(zhǎng)度為100mm,寬度為8mm，并對(duì)式樣進(jìn)行相應(yīng)對(duì)的處理，保證式樣的橫截面積在0.13m2以上。式樣檢測(cè)中使用銅絲固定，檢測(cè)中共取3 分式樣，隨機(jī)編號(hào)。

（2）測(cè)量步驟。首先應(yīng)當(dāng)斷開(kāi)環(huán)秤測(cè)量裝置中的K1 開(kāi)關(guān)，進(jìn)而進(jìn)行天平的調(diào)整，將式樣放置在測(cè)量?jī)x器上，式樣靜置之后觀察式樣的質(zhì)量。其次，調(diào)整電磁頭的位置，將式樣放置在電極頭的中心線位置，保證放置的偏差在1.6mm 之內(nèi)。將開(kāi)關(guān)K1和K2關(guān)閉，調(diào)試變阻器R。電磁鐵在此階段的磁場(chǎng)強(qiáng)度為500Oe，當(dāng)電磁場(chǎng)達(dá)到一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，測(cè)量式樣的質(zhì)量并且記錄。將相關(guān)的數(shù)值帶入上文中得出的公式中，F(xiàn)Z=XmH(9H/9Z）經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算能夠判斷出0.32mm 型號(hào)的冷軋奧氏體不銹鋼三個(gè)式樣的磁導(dǎo)率分別是為1.0042、1.0038 和1.0045,與國(guó)外的生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)能夠基本吻合。另外兩種規(guī)格的冷軋奧氏體不銹鋼的磁導(dǎo)率分別是1.0046、1.0018，也能夠滿足我國(guó)商品進(jìn)口的需求。

5 結(jié)語(yǔ)

磁秤法在測(cè)量磁性的過(guò)程中操作較為便捷，并且式樣的種類沒(méi)有明顯的限制，可以是棒材、線材、帶材等多樣化的材料。并且將這種形式應(yīng)用于冷軋奧氏體不銹鋼的磁導(dǎo)率測(cè)量工作，測(cè)量結(jié)果較為理想。目前而言，國(guó)內(nèi)還不具有良好的磁性檢測(cè)形式，這種形式的提出和使用具有極強(qiáng)的社會(huì)意義和行業(yè)價(jià)值。