磁弹性方法无损测试钢轨残余应力分布的实验研究

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1、第28卷第4期北方交通大学学报v01．28No．42些篁曼旦』丝型丛鲤鬯墼壁墅』巡卫鲤堑型!堡堕!!兰一一：—』堕』2丝一文章编号：1000一1506(2004)04—0076—03磁弹性方法无损测试钢轨残余应力分布的实验研究许承东1，刘学文2，李强3(1．北京理工大学机电学院，北京10008l；2．中国铁道科学研究院金化所，北京100081；3．北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京100044)摘要：磁弹性法测量残余应力是一种新型的无损检测方法，利用磁弹性方法测定了U71Mn60kg／m钢轨的磁声特性，并以此为基础对钢轨矫直残余应力进行了现场实测，得到了钢

2、轨的残余应力分布情况，为钢轨残余应力测试提供了一种可行的检测技术．关键词：无损检测；残余应力；磁弹性法中图分类号：U213文献标识码：BTestingResearchofResidualStressDiStributioninRailbyMagneticElasticMethodXU吼P孵如咒91，LJU‰争讹722，LJQ缸增3(1．InstituteofE1ectrOechanicalEn西neering，BeijingInstituteofTecholOgy，Beijing100081；2．ChinaAcademiaofRailwa”Science，Met

3、al&ChemistryInstitute，Beijing，100081；3．Sch00lofMechallicalandE1ect贼1icCOntrolEngineedIlg，Be巧堍JiaotongUniverSity，Be巧i119100044，China)Abstract：Ⅳ【agneticElasticIⅥethodisakindofnewnondestructivetestingmethod．Inthispaper，themagneticcharacteristiccurveofU71Mnrailwasdeteminedbyusingofmagnet

4、icmethod，andthecalibrationcurvewasobtained．TheresidualstreSSdistributionintherailofU71Mn60kg／mwaSmeasured．AndaneffectivetestingtechnologyispropC堪edfordeteminingtheresidualstressintherail．Keywords：nondestTllctive；residualstreSS；magneticelaSticmethod随着我国铁路向客运高速化、货运重载化方向发展，不断增加的轴重及车速对钢轨

5、及其使用提出了更高的要求．有关残余应力对钢轨寿命的影响也日益凸现出来．钢轨在其加工成形过程中的矫直工艺是其生产流翟中的一个重要环节，而由此产生的非均匀塑扮蛮形造成的残余应力是一个不容忽视的问题．钢轨内部残余应力的大小及分布对钢轨的性能及今后的使用寿命有较大的影响，因此在其生产过程中必须有效地控制钢轨的残余应力．多年以来，国际上长期采用锯切等方法测量矫直后的钢轨残余应力，但此方法费时、费力，还要破坏钢轨的完整性．近年来由于残余应力测试技术的进步，应用磁弹性方法能够无损检测出铁磁材料表面一定深度内的残余应力．该方法具有测试方便、快速、精度高并可以进行在线测试等优点，

6、为了解钢轨残余应力的分布提供了手段．本文作者采用磁弹性方法对包钢生产的u71Mn60妇／m钢轨的残余应力进行了现场实测，获得了该种材料的磁弹性特性曲线，得到了钢轨中残余应力的分布状况，为制定合理的矫直工艺提供了科学依据．1测试的基本原理磁弹性法测量残余应力是一种新型的无损检测方法，它以巴克豪森效应为基础．就铁磁材料而言，收稿日期：2003．04一14基金项目：国家自然科学基金资助项目(59605003)作者筒介：许承东(1965一)，男，浙江临安人，副教授，博士．伽蝴I：cdxu@2l饥．踟第4期许承东等：磁弹性方法无损测试钢轨残余应力分布的实验研究77它包含有

7、许许多多的小磁畴，每一个磁畴都有一个特定的自发磁化方向，各磁畴之间是由一个被称为畴壁的边界分开．在外加交变磁场的作用下，壁将发生不可逆移动，这就会在探测线圈中产生一系列的电脉冲信号．这些电脉冲信号由德国物理学家Barkhausen于1919年首次发现，因而被称为巴克豪森噪声(BarkauSenNoise)[1

8、．从铁磁学理论上讲，畴壁处于平衡的条件为汪j．J『。Ho=aE／az(1)式中，J。为自发磁化强度，E为畴壁能，z为畴壁位置，H。为临界磁场强度．当外磁场H

9、畴壁将急速跳到一个新的平