激光淬火是应用于曲表面硬化的一种常见的热处理工艺,在高功率激光作用下材料表面微观组织发生相变,表面硬度及残余应力分布均发生变化。通过对表面硬度及残余应力分布进行检测,可以对激光淬硬工艺及曲表面材料性能进行评价。磁巴克豪森噪声信号(Magnetic Barkhausen noise,MBN)对铁磁性材料的微观结构及残余应力变化非常敏感,发展面向曲表面的磁巴克豪森噪声扫查实验方法,可以快速实现对激光淬硬零部件表面硬度(反映微观结构状态)及残余应力分布的均匀性评价。通过预先标定实验,还可建立MBN特征参量与表面硬度、残余应力的关系模型,用于铁磁性材料曲表面硬度、残余应力的无损定量检测。本文即面向激光淬硬钢轴表面硬度与残余应力的无损检测问题,研制适用于曲表面的MBN检测传感器及自动扫查成像系统,研究表面硬度与残余应力的定量检测与成像方法。主要研究内容包括:(1)适用于凸曲面的MBN检测传感器及自动扫查系统研发。利用正交试验与有限元仿真设计相结合的方法,对MBN传感器的励磁磁路进行优化,实验探究了MBN检测线圈的电磁干扰屏蔽方法。开发了基于NI系列功能板卡和LabVIEW平台的钢轴MBN扫查成像实验系统,开展了扫幅、扫频式MBN检测实验,对系统检测参数进行了优化选取。(2)激光淬硬钢轴表面硬度及残余应力的MBN表征方法。通过调整激光淬火处理工艺参数,在钢轴表面制备了多处淬硬带。利用研制的MBN自动扫查系统对淬硬区域进行线扫描,获得了MBN特征参量的空间分布曲线,与有损方法测定的淬硬区域表面硬度与残余应力分布曲线进行关联分析,验证了MBN对表面硬度、残余应力甚至硬化层深度的有效检测能力。(3)激光淬硬钢轴表面硬度与残余应力的定量检测及分布成像。利用MBN自动扫查系统对钢轴表面进行了全面积扫查,获得了多项MBN磁参量的空间分布成像结果,实现了对局域淬硬区域的定位及面积定量评价。利用BP神经网络方法,建立了硬度、残余应力的MBN定量预测模式。实验验证了模型的预测精度,实现了钢轴表面硬度、残余应力的分布成像。