在鋼棒(bang)(bang)的(de)(de)生(sheng)產過(guo)程中(zhong)會產生(sheng)裂(lie)紋(wen)、夾雜和分層等(deng)缺陷(xian)(xian)而影響鋼棒(bang)(bang)質量(liang)(liang)，其中(zhong)，鋼棒(bang)(bang)的(de)(de)表面縱向(xiang)裂(lie)紋(wen)約占(zhan)所有缺陷(xian)(xian)的(de)(de)70％。針對鋼棒(bang)(bang)的(de)(de)實際缺陷(xian)(xian)類型，一般(ban)采用復合檢(jian)測(ce)的(de)(de)方法對其質量(liang)(liang)狀(zhuang)況進行綜(zong)合評定(ding)，如超聲法主要檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)(bang)的(de)(de)內(nei)部縱向(xiang)裂(lie)紋(wen)、漏磁法主要檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)(bang)的(de)(de)表面軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)。
鋼棒軸(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)將嚴重影(ying)響產(chan)品質(zhi)量，生產(chan)過(guo)程中有效檢(jian)(jian)出鋼棒中的軸(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)特別是微裂(lie)(lie)紋(wen)尤為必要(yao)。對(dui)于表(biao)面精拔加工的軸(zhou)承(cheng)生產(chan)用鋼棒，采(cai)用交流漏(lou)磁檢(jian)(jian)測(ce)(ce)能(neng)夠(gou)有效探測(ce)(ce)微小裂(lie)(lie)紋(wen)。針(zhen)對(dui)鋼棒表(biao)面軸(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)，直流磁化漏(lou)磁檢(jian)(jian)測(ce)(ce)一般難以適用。
這里，介紹一種基于鋼(gang)棒螺旋運動、探頭固定的(de)(de)鋼(gang)棒縱向裂紋自動檢(jian)測方法與裝置(zhi)。采(cai)用C形(xing)局(ju)部交流磁(ci)化器對鋼(gang)棒進行勵磁(ci)，并采(cai)用相(xiang)應的(de)(de)陣(zhen)列傳感器來(lai)拾取裂紋漏磁(ci)信(xin)號，最后通過計(ji)算機處理(li)系統(tong)實施定量(liang)化檢(jian)測與評(ping)估(gu)，獲得穩定的(de)(de)檢(jian)測靈敏度，具有廣泛的(de)(de)應用價值。
一、檢測原理(li)
漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測方法分為直流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)和交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)，圖7-26所(suo)示為鋼(gang)(gang)管和鋼(gang)(gang)棒(bang)周向(xiang)直流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)時磁(ci)(ci)(ci)(ci)場分布對(dui)(dui)比。由(you)圖可知(zhi)，鋼(gang)(gang)管易被(bei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)至(zhi)飽和狀態，缺陷漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)場比較大(da)；而(er)鋼(gang)(gang)棒(bang)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)時，由(you)于為實心，磁(ci)(ci)(ci)(ci)力線沒有(you)環繞至(zhi)鋼(gang)(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)，而(er)直接穿過鋼(gang)(gang)棒(bang)中心，表(biao)面(mian)縱向(xiang)裂紋(wen)幾乎沒有(you)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)場泄漏，為此，類似鋼(gang)(gang)管軸(zhou)向(xiang)裂紋(wen)的直流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)方法難(nan)以在(zai)鋼(gang)(gang)棒(bang)上(shang)實施(shi)。由(you)于趨膚效應，交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場集中于工件表(biao)面(mian)，對(dui)(dui)表(biao)面(mian)軸(zhou)向(xiang)裂紋(wen)的檢(jian)測將(jiang)更(geng)為敏感，所(suo)以，鋼(gang)(gang)棒(bang)軸(zhou)向(xiang)裂紋(wen)的檢(jian)測宜采用交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測方法。
常(chang)用的(de)(de)(de)交流(liu)(liu)(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)有穿過式(shi)線(xian)圈(quan)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)和(he)局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)，用于(yu)縱向裂紋檢測的(de)(de)(de)僅能采(cai)用后者。圖7-27所示為(wei)采(cai)用局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)的(de)(de)(de)鋼棒(bang)交流(liu)(liu)(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)檢測原理圖。磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)由C形(xing)高導磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材料(liao)和(he)勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)組(zu)成，其中勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)環(huan)繞制(zhi)在C形(xing)高導磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)材料(liao)上，勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)中施加一定(ding)頻率的(de)(de)(de)交流(liu)(liu)(liu)電流(liu)(liu)(liu)。檢測元(yuan)件與磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)一起與鋼棒(bang)形(xing)成相對螺旋運動，當(dang)檢測元(yuan)件掃查至裂紋區域(yu)時可獲得裂紋信號。
二、整體方案(an)
鋼棒(bang)交(jiao)流(liu)漏(lou)磁檢測(ce)系(xi)統方案如(ru)圖7-28所示。檢測(ce)單(dan)元由(you)交(jiao)流(liu)漏(lou)磁磁化器(qi)和陣列傳感器(qi)組成(cheng)；信號(hao)處(chu)理過(guo)程中(zhong)，檢測(ce)中(zhong)缺(que)陷處(chu)的(de)交(jiao)流(liu)漏(lou)磁場與交(jiao)流(liu)激勵場相疊加(jia)，為(wei)調制(zhi)信號(hao)，因此需要(yao)對信號(hao)進行解調處(chu)理，濾除原交(jiao)流(liu)勵磁信號(hao)，保(bao)留裂紋(wen)信號(hao)，然(ran)后再進行放大濾波處(chu)理。
為實現(xian)鋼(gang)棒(bang)(bang)縱(zong)向裂紋的全覆蓋自動化檢測，檢測探頭需要在(zai)鋼(gang)棒(bang)(bang)表面形成螺旋(xuan)線掃(sao)查路(lu)徑。目前，主要有兩種實現(xian)方式(shi)：①檢測單(dan)元靜止，鋼(gang)棒(bang)(bang)做螺旋(xuan)推進運(yun)(yun)動；②檢測單(dan)元旋(xuan)轉，鋼(gang)棒(bang)(bang)做直線運(yun)(yun)動。第二種多出現(xian)在(zai)進口的檢測設備中，旋(xuan)轉機構包括(kuo)周向磁(ci)化器(qi)、檢測探靴、集電(dian)環、初步調理電(dian)路(lu)等，結(jie)構龐大、價格昂貴。相(xiang)比(bi)之(zhi)下，采用(yong)(yong)第一種運(yun)(yun)動方式(shi)可避免主機的回轉運(yun)(yun)動，使系統結(jie)構得到(dao)大大簡化，檢測成本低。這(zhe)里采用(yong)(yong)基于鋼(gang)棒(bang)(bang)螺旋(xuan)推進的運(yun)(yun)動方式(shi)。
三、檢測(ce)探頭(tou)
軸向裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)檢測應具備兩(liang)大要素：一(yi)是外加磁(ci)(ci)場(chang)方(fang)向應最(zui)(zui)大限度地與軸向裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)垂(chui)直(zhi)，以(yi)激(ji)勵(li)出最(zui)(zui)大強度的(de)漏磁(ci)(ci)場(chang)；二是磁(ci)(ci)場(chang)測量單元應該具有足夠(gou)的(de)靈敏度。
1. 交流漏磁(ci)磁(ci)化器
鋼棒(bang)直(zhi)徑越小，軸向裂紋的(de)檢(jian)(jian)測穩定性越難以(yi)保證。圖(tu)7-29所示為C形(xing)磁化器檢(jian)(jian)測狀態圖(tu)。
該方案有如(ru)下優點：
a. 經(jing)過鋼棒的有效主磁(ci)(ci)(ci)通更(geng)(geng)大，并且能(neng)保證磁(ci)(ci)(ci)場方向同軸向裂紋(wen)正(zheng)交，裂紋(wen)漏磁(ci)(ci)(ci)場更(geng)(geng)大。
磁化器(qi)所產生的磁通(tong)(tong)路(lu)徑(jing)有兩條(tiao)：一是(shi)經(jing)(jing)過鋼棒(bang)的主磁通(tong)(tong)，二是(shi)不經(jing)(jing)過鋼棒(bang)的漏磁Φ通(tong)(tong)，即在(zai)磁化器(qi)兩極之間傳遞的磁通(tong)(tong)。故在(zai)磁路(lu)內(nei)的總(zong)磁通(tong)(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常(chang)規交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)檢測一般使用U型磁(ci)(ci)(ci)軛(e)，磁(ci)(ci)(ci)極平面(mian)一般與(yu)鋼棒(bang)(bang)表面(mian)相切。本方案的(de)C形(xing)磁(ci)(ci)(ci)極用弧面(mian)與(yu)鋼棒(bang)(bang)表面(mian)貼合，氣隙漏磁(ci)(ci)(ci)通量(liang)少(shao)，有效增(zeng)大進(jin)入鋼棒(bang)(bang)的(de)主(zhu)磁(ci)(ci)(ci)通量(liang)。
b. 對于小(xiao)規格鋼棒(bang)，磁極(ji)與鋼棒(bang)表面貼合不好，會使傳感器(qi)檢(jian)測區域(yu)偏(pian)離磁化中(zhong)心區，對信(xin)號產生干(gan)擾(rao)。在自動化檢(jian)測中(zhong)，這種動態偏(pian)離將引(yin)起較(jiao)(jiao)大(da)的(de)干(gan)擾(rao)，降低檢(jian)測信(xin)噪(zao)比和靈敏度(du)。C形(xing)磁化器(qi)及其磁極(ji)實現了較(jiao)(jiao)好的(de)對中(zhong)，檢(jian)測信(xin)號穩定，振動干(gan)擾(rao)小(xiao)。
在檢(jian)(jian)測(ce)(ce)不同直徑的(de)鋼(gang)棒(bang)(bang)時(shi)，鋼(gang)棒(bang)(bang)中(zhong)心(xin)高會發生變化，浮動對中(zhong)機(ji)構可良(liang)好地(di)實(shi)現(xian)探頭跟蹤，減少干擾噪聲。利用滑(hua)軌滑(hua)塊機(ji)構可實(shi)現(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)探頭裝置的(de)整體上下移動，以適應鋼(gang)棒(bang)(bang)的(de)中(zhong)心(xin)高變化。氣(qi)缸可使檢(jian)(jian)測(ce)(ce)單(dan)元在鋼(gang)棒(bang)(bang)螺旋前進過程中(zhong)緊密貼合鋼(gang)棒(bang)(bang)，避免(mian)提離值的(de)變化對檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號的(de)影響(xiang)，如(ru)圖7-30所示。
2. 陣列(lie)傳(chuan)感器
為(wei)提高檢(jian)測(ce)速度并滿足全覆蓋一致(zhi)性檢(jian)測(ce)，傳(chuan)感(gan)器(qi)設計成(cheng)陣列式，以增加探頭(tou)軸向覆蓋范(fan)圍，防止缺陷漏檢(jian)。鋼(gang)棒螺(luo)旋前進的螺(luo)距(ju)一般稍小于探頭(tou)軸向覆蓋范(fan)圍，鋼(gang)棒運行螺(luo)距(ju)越大，系統檢(jian)測(ce)速度越高。
由(you)于檢測過(guo)程中(zhong)會(hui)出現(xian)多種機械電氣干擾而(er)形成背景噪聲，將(jiang)傳感(gan)器單(dan)(dan)元(yuan)設計為差分(fen)式結構來消除(chu)部(bu)分(fen)干擾信(xin)號。如圖7-31所示(shi)，檢測單(dan)(dan)元(yuan)由(you)扁平線(xian)圈及聚磁鐵心組(zu)成，虛線(xian)框(kuang)為一個差分(fen)單(dan)(dan)元(yuan)。探(tan)(tan)頭耐磨層采(cai)用陶瓷片，實踐證明具有很(hen)好的(de)耐磨效果，在具體(ti)應用過(guo)程中(zhong)只需定(ding)期更換(huan)陶瓷片，即可(ke)延長探(tan)(tan)頭的(de)使用壽(shou)命。
四、現場應用
鋼棒軸(zhou)向裂紋自動檢(jian)測裝置(zhi)如(ru)圖(tu)7-32所(suo)示，系(xi)統(tong)由(you)信號勵磁(ci)源、計算機、采集卡、信號處(chu)理(li)電路、輔機裝置(zhi)和檢(jian)測單元等組成。圖(tu)中所(suo)示裝置(zhi)僅用了1個(ge)檢(jian)測單元，其(qi)軸(zhou)向覆蓋(gai)范圍(wei)為50mm，調節輥(gun)道的擺(bai)角(jiao)，使ф24mm鋼棒行駛螺距(ju)小于50mm。當檢(jian)測單元增(zeng)加到(dao)8個(ge)時(shi)，檢(jian)測螺距(ju)達到(dao)500mm，檢(jian)測直線速度可提升到(dao)60m／min。
待檢鋼棒如圖(tu)7-33所示，表面共有四個軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)，長均(jun)為(wei)(wei)40mm，寬均(jun)為(wei)(wei)0.2mm，裂(lie)紋(wen)深依次(ci)為(wei)(wei)0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒(bang)表面進行自動化檢(jian)(jian)(jian)測(ce)，所得信(xin)號如(ru)圖7-34所示。由檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號可(ke)知，該裝置對表面不同(tong)深度的軸(zhou)向裂紋有穩定可(ke)靠的檢(jian)(jian)(jian)測(ce)能力，且信(xin)噪比較好。
交(jiao)流漏磁法對鋼棒(bang)表面軸向裂(lie)紋具有(you)較(jiao)高的檢測(ce)(ce)(ce)靈敏度。局部磁軛磁化器易與陣列傳(chuan)感(gan)器實現一體化，采用C形局部磁化器和陣列傳(chuan)感(gan)器設計，使得檢測(ce)(ce)(ce)結(jie)構更簡單、小型化，有(you)利于自動化檢測(ce)(ce)(ce)的實施(shi)。該系統裂(lie)紋檢測(ce)(ce)(ce)深度最淺(qian)可達(da)0.15mm，檢測(ce)(ce)(ce)速度可達(da)60m／min，滿足鋼棒(bang)自動化檢測(ce)(ce)(ce)需求。
