在鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)生產過程中(zhong)會(hui)產生裂(lie)紋(wen)(wen)、夾雜和分層等(deng)缺陷而影響鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)質量，其(qi)中(zhong)，鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)表面縱向裂(lie)紋(wen)(wen)約(yue)占所(suo)有(you)缺陷的(de)70％。針對(dui)鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)實(shi)際缺陷類型，一般采(cai)用復合檢(jian)測的(de)方(fang)法(fa)對(dui)其(qi)質量狀況進行綜合評定，如超(chao)聲法(fa)主要檢(jian)測鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)內部縱向裂(lie)紋(wen)(wen)、漏(lou)磁法(fa)主要檢(jian)測鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)表面軸向裂(lie)紋(wen)(wen)。
鋼(gang)棒(bang)(bang)軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)將嚴重影響產品(pin)質量，生產過程中有效(xiao)檢出鋼(gang)棒(bang)(bang)中的(de)軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)特別是微(wei)裂(lie)紋(wen)(wen)尤(you)為必(bi)要。對于表面精拔加(jia)工的(de)軸承生產用鋼(gang)棒(bang)(bang)，采用交(jiao)流漏磁檢測(ce)能夠有效(xiao)探(tan)測(ce)微(wei)小裂(lie)紋(wen)(wen)。針對鋼(gang)棒(bang)(bang)表面軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)，直流磁化漏磁檢測(ce)一般難(nan)以適用。
這里，介(jie)紹一種基于(yu)鋼(gang)棒(bang)螺旋運動、探頭(tou)固定的(de)鋼(gang)棒(bang)縱向(xiang)裂(lie)紋自動檢(jian)(jian)測方法與裝置(zhi)。采(cai)用(yong)C形局部(bu)交(jiao)流磁化器對鋼(gang)棒(bang)進行勵磁，并(bing)采(cai)用(yong)相應(ying)的(de)陣列傳(chuan)感(gan)器來拾(shi)取(qu)裂(lie)紋漏磁信號，最后通過計算機(ji)處理系(xi)統實施定量化檢(jian)(jian)測與評估，獲得穩(wen)定的(de)檢(jian)(jian)測靈敏度，具有廣(guang)泛的(de)應(ying)用(yong)價值(zhi)。
一、檢測原理
漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方(fang)法分(fen)為(wei)(wei)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)和(he)交流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)，圖7-26所示為(wei)(wei)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管和(he)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)周向(xiang)直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)時(shi)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)分(fen)布對(dui)比。由(you)圖可知，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管易被磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)至(zhi)飽和(he)狀態，缺陷漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)比較大；而鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)時(shi)，由(you)于(yu)為(wei)(wei)實心，磁(ci)(ci)(ci)力線沒有環繞至(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)表(biao)面，而直(zhi)(zhi)(zhi)接穿(chuan)過(guo)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)中心，表(biao)面縱(zong)向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)幾乎沒有漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)泄漏(lou)(lou)，為(wei)(wei)此，類似(si)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管軸向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)的直(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)方(fang)法難(nan)以(yi)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)上(shang)實施(shi)。由(you)于(yu)趨膚(fu)效應，交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)集中于(yu)工件表(biao)面，對(dui)表(biao)面軸向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)的檢測(ce)將(jiang)更為(wei)(wei)敏感，所以(yi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)軸向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)的檢測(ce)宜采用交流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方(fang)法。
常(chang)用(yong)的(de)交流(liu)漏磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)有穿過式線(xian)(xian)(xian)圈(quan)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)和(he)局部磁(ci)(ci)軛(e)式磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)，用(yong)于縱向裂(lie)紋檢測的(de)僅(jin)能采用(yong)后者。圖7-27所示(shi)為采用(yong)局部磁(ci)(ci)軛(e)式磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)的(de)鋼棒交流(liu)漏磁(ci)(ci)檢測原理(li)圖。磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)由C形高(gao)導(dao)(dao)磁(ci)(ci)材(cai)料(liao)和(he)勵(li)(li)磁(ci)(ci)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)組成(cheng)(cheng)，其中勵(li)(li)磁(ci)(ci)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)環繞制在C形高(gao)導(dao)(dao)磁(ci)(ci)材(cai)料(liao)上，勵(li)(li)磁(ci)(ci)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)中施加一定頻(pin)率的(de)交流(liu)電流(liu)。檢測元(yuan)件(jian)與磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)一起(qi)與鋼棒形成(cheng)(cheng)相對螺旋運動，當檢測元(yuan)件(jian)掃(sao)查至裂(lie)紋區(qu)域時可獲得裂(lie)紋信號。
二(er)、整體方案
鋼棒交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)漏磁(ci)(ci)檢(jian)測(ce)系統方(fang)案如圖7-28所示。檢(jian)測(ce)單元由交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)漏磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化器和陣列傳感器組成；信號(hao)處(chu)(chu)理(li)(li)過程中(zhong)，檢(jian)測(ce)中(zhong)缺陷(xian)處(chu)(chu)的交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)漏磁(ci)(ci)場與交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)激勵場相疊加，為調制信號(hao)，因(yin)此需要對信號(hao)進行解調處(chu)(chu)理(li)(li)，濾(lv)(lv)除原(yuan)交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)勵磁(ci)(ci)信號(hao)，保留(liu)裂紋信號(hao)，然后再進行放大濾(lv)(lv)波處(chu)(chu)理(li)(li)。
為實現(xian)鋼棒縱向裂紋的全(quan)覆蓋自動(dong)化(hua)檢(jian)(jian)(jian)測，檢(jian)(jian)(jian)測探(tan)頭需要在鋼棒表面形成螺(luo)(luo)旋線掃查路(lu)徑。目前，主要有兩種實現(xian)方(fang)式(shi)(shi)：①檢(jian)(jian)(jian)測單元(yuan)靜止，鋼棒做螺(luo)(luo)旋推進(jin)運動(dong)；②檢(jian)(jian)(jian)測單元(yuan)旋轉，鋼棒做直(zhi)線運動(dong)。第二種多出現(xian)在進(jin)口(kou)的檢(jian)(jian)(jian)測設備中(zhong)，旋轉機構包括周向磁化(hua)器、檢(jian)(jian)(jian)測探(tan)靴、集(ji)電(dian)環、初步調理電(dian)路(lu)等，結構龐(pang)大(da)、價格昂貴。相比之下，采(cai)用第一種運動(dong)方(fang)式(shi)(shi)可避免(mian)主機的回轉運動(dong)，使系統(tong)結構得到大(da)大(da)簡化(hua)，檢(jian)(jian)(jian)測成本低。這里采(cai)用基于鋼棒螺(luo)(luo)旋推進(jin)的運動(dong)方(fang)式(shi)(shi)。
三、檢測探頭
軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)檢(jian)測應具備(bei)兩大要(yao)素(su)：一是外加磁(ci)(ci)場(chang)方向(xiang)應最大限度地與軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)垂直，以激勵出最大強度的漏磁(ci)(ci)場(chang)；二是磁(ci)(ci)場(chang)測量單元應該具有足(zu)夠的靈敏度。
1. 交流漏磁磁化器(qi)
鋼(gang)棒(bang)直徑(jing)越(yue)小(xiao)，軸向裂紋的檢測(ce)穩定性(xing)越(yue)難以(yi)保證。圖(tu)7-29所(suo)示(shi)為C形磁化器檢測(ce)狀態圖(tu)。
該方案有如下優點(dian)：
a. 經過鋼棒的有效主磁(ci)通(tong)更大(da)，并且能(neng)保證磁(ci)場方向同(tong)軸向裂紋正交，裂紋漏磁(ci)場更大(da)。
磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)所產(chan)生的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)通路(lu)徑有兩(liang)條：一是(shi)經(jing)過鋼棒的(de)(de)主磁(ci)(ci)(ci)通，二是(shi)不經(jing)過鋼棒的(de)(de)漏磁(ci)(ci)(ci)Φ通，即在(zai)(zai)磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)兩(liang)極(ji)之間傳遞的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)通。故在(zai)(zai)磁(ci)(ci)(ci)路(lu)內的(de)(de)總(zong)磁(ci)(ci)(ci)通為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規(gui)交流漏磁(ci)檢測一般使用(yong)U型磁(ci)軛(e)，磁(ci)極平(ping)面(mian)一般與(yu)鋼(gang)(gang)棒(bang)表面(mian)相切(qie)。本方案(an)的C形磁(ci)極用(yong)弧面(mian)與(yu)鋼(gang)(gang)棒(bang)表面(mian)貼合，氣隙(xi)漏磁(ci)通(tong)量(liang)(liang)少，有(you)效增(zeng)大進入鋼(gang)(gang)棒(bang)的主磁(ci)通(tong)量(liang)(liang)。
b. 對(dui)于小規格鋼棒，磁極與鋼棒表面貼合(he)不(bu)好，會使傳(chuan)感器檢(jian)測區域偏離(li)(li)磁化(hua)(hua)(hua)中(zhong)(zhong)心區，對(dui)信號產生(sheng)干擾(rao)。在(zai)自動化(hua)(hua)(hua)檢(jian)測中(zhong)(zhong)，這(zhe)種動態偏離(li)(li)將引起(qi)較大的干擾(rao)，降低檢(jian)測信噪比(bi)和靈敏度(du)。C形磁化(hua)(hua)(hua)器及(ji)其磁極實現了(le)較好的對(dui)中(zhong)(zhong)，檢(jian)測信號穩定(ding)，振動干擾(rao)小。
在檢(jian)測(ce)(ce)不同(tong)直徑的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)棒時，鋼(gang)(gang)(gang)棒中心高會發生變(bian)化，浮動對中機構可良(liang)好地實現探(tan)頭跟蹤，減少(shao)干擾噪聲。利用滑軌滑塊機構可實現檢(jian)測(ce)(ce)探(tan)頭裝置的(de)(de)(de)整體上(shang)下(xia)移動，以適應鋼(gang)(gang)(gang)棒的(de)(de)(de)中心高變(bian)化。氣(qi)缸可使(shi)檢(jian)測(ce)(ce)單(dan)元在鋼(gang)(gang)(gang)棒螺旋前(qian)進過程(cheng)中緊(jin)密貼合鋼(gang)(gang)(gang)棒，避免(mian)提離值的(de)(de)(de)變(bian)化對檢(jian)測(ce)(ce)信號(hao)的(de)(de)(de)影響，如圖7-30所(suo)示。
2. 陣列傳感器(qi)
為提高檢測(ce)(ce)速(su)度(du)并滿足全覆蓋一致性(xing)檢測(ce)(ce)，傳感器設計(ji)成陣列式(shi)，以增加探頭軸(zhou)向覆蓋范圍(wei)(wei)，防止(zhi)缺陷漏檢。鋼棒螺旋前進(jin)的螺距(ju)一般稍(shao)小于探頭軸(zhou)向覆蓋范圍(wei)(wei)，鋼棒運行螺距(ju)越大，系統檢測(ce)(ce)速(su)度(du)越高。
由于檢測(ce)過程(cheng)中會出現多種機械電氣干擾(rao)而(er)形成背(bei)景噪(zao)聲(sheng)，將傳感(gan)器單(dan)元(yuan)設計為差(cha)分(fen)式結構來(lai)消(xiao)除部分(fen)干擾(rao)信號。如(ru)圖7-31所示，檢測(ce)單(dan)元(yuan)由扁平線(xian)圈及聚磁鐵心組(zu)成，虛線(xian)框(kuang)為一個(ge)差(cha)分(fen)單(dan)元(yuan)。探頭(tou)耐磨層(ceng)采用陶瓷片(pian)，實踐證(zheng)明具有很好(hao)的耐磨效果(guo)，在具體應用過程(cheng)中只需定期更換陶瓷片(pian)，即可延長探頭(tou)的使用壽命。
四、現場應用
鋼棒軸向(xiang)裂紋自動檢(jian)測裝(zhuang)(zhuang)置如圖7-32所示，系統由(you)信號勵磁源、計(ji)算機(ji)、采集卡(ka)、信號處理(li)電路、輔機(ji)裝(zhuang)(zhuang)置和(he)檢(jian)測單元等組成。圖中所示裝(zhuang)(zhuang)置僅用(yong)了1個(ge)檢(jian)測單元，其軸向(xiang)覆(fu)蓋范圍為50mm，調節輥道的擺(bai)角，使ф24mm鋼棒行駛螺距小(xiao)于50mm。當檢(jian)測單元增加到8個(ge)時，檢(jian)測螺距達(da)到500mm，檢(jian)測直線(xian)速度可提(ti)升到60m／min。
待檢(jian)鋼(gang)棒如圖(tu)7-33所(suo)示，表面共有四(si)個(ge)軸向裂(lie)紋(wen)，長(chang)均為(wei)40mm，寬均為(wei)0.2mm，裂(lie)紋(wen)深依次為(wei)0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒表面進行自動化檢(jian)測，所得信(xin)號如圖7-34所示。由檢(jian)測信(xin)號可知，該裝(zhuang)置對表面不同(tong)深度的軸向(xiang)裂紋有穩定(ding)可靠的檢(jian)測能力，且信(xin)噪(zao)比較好。
交流漏磁法對鋼(gang)棒表(biao)面軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)具有(you)較高的檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)靈敏度。局部磁軛磁化(hua)器易與(yu)陣列傳(chuan)感器實(shi)現一體化(hua)，采用(yong)C形局部磁化(hua)器和陣列傳(chuan)感器設計，使得檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)結構更(geng)簡(jian)單(dan)、小型化(hua)，有(you)利于(yu)自(zi)動化(hua)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)的實(shi)施。該系統裂(lie)紋(wen)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)深度最淺可(ke)(ke)達(da)0.15mm，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)速度可(ke)(ke)達(da)60m／min，滿(man)足(zu)鋼(gang)棒自(zi)動化(hua)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)需求。
