在鋼(gang)棒(bang)的生產(chan)過程中會產(chan)生裂(lie)紋(wen)、夾雜和分(fen)層等缺陷(xian)而(er)影(ying)響鋼(gang)棒(bang)質(zhi)量，其(qi)(qi)中，鋼(gang)棒(bang)的表(biao)面(mian)縱向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)約占所有缺陷(xian)的70％。針(zhen)對鋼(gang)棒(bang)的實際缺陷(xian)類型，一般(ban)采(cai)用復合(he)檢測(ce)的方法(fa)對其(qi)(qi)質(zhi)量狀況進行(xing)綜合(he)評定，如超聲(sheng)法(fa)主要檢測(ce)鋼(gang)棒(bang)的內部縱向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)、漏磁法(fa)主要檢測(ce)鋼(gang)棒(bang)的表(biao)面(mian)軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)。
鋼(gang)棒(bang)軸(zhou)(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)將嚴重影響產品(pin)質(zhi)量，生(sheng)產過程中有效檢(jian)出(chu)鋼(gang)棒(bang)中的(de)軸(zhou)(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)特別是微裂(lie)(lie)紋(wen)尤為必要。對于表(biao)面(mian)(mian)精拔加工的(de)軸(zhou)(zhou)承生(sheng)產用(yong)鋼(gang)棒(bang)，采用(yong)交(jiao)流漏磁(ci)檢(jian)測能夠有效探(tan)測微小裂(lie)(lie)紋(wen)。針對鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)(mian)軸(zhou)(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)紋(wen)，直(zhi)流磁(ci)化(hua)漏磁(ci)檢(jian)測一(yi)般難以適用(yong)。
這里，介紹一種基于(yu)鋼(gang)棒螺旋運(yun)動、探(tan)頭(tou)固定(ding)的(de)鋼(gang)棒縱(zong)向裂(lie)紋(wen)自動檢測方法與(yu)裝置。采用C形局部(bu)交流磁(ci)化器(qi)(qi)對鋼(gang)棒進(jin)行(xing)勵(li)磁(ci)，并采用相(xiang)應(ying)的(de)陣列傳感(gan)器(qi)(qi)來拾(shi)取裂(lie)紋(wen)漏磁(ci)信號，最后通過計算機處理系統實(shi)施定(ding)量(liang)化檢測與(yu)評估，獲得(de)穩定(ding)的(de)檢測靈敏度，具(ju)有廣泛的(de)應(ying)用價值。
一(yi)、檢測(ce)原理
漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方法(fa)分(fen)為(wei)直流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)和交(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)，圖7-26所示為(wei)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管和鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)棒周向(xiang)直流(liu)(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)化時磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)分(fen)布對比。由圖可(ke)知，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管易被(bei)磁(ci)(ci)(ci)化至飽和狀態，缺陷漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)比較大(da)；而鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)棒磁(ci)(ci)(ci)化時，由于(yu)為(wei)實(shi)心，磁(ci)(ci)(ci)力線沒(mei)(mei)有環繞至鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)棒表(biao)面(mian)，而直接穿過鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)棒中心，表(biao)面(mian)縱向(xiang)裂(lie)紋幾乎沒(mei)(mei)有漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)泄漏(lou)，為(wei)此，類似(si)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)管軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋的(de)直流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)方法(fa)難(nan)以(yi)(yi)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)棒上實(shi)施(shi)。由于(yu)趨膚效應，交(jiao)流(liu)(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)集中于(yu)工件表(biao)面(mian)，對表(biao)面(mian)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋的(de)檢測(ce)將(jiang)更(geng)為(wei)敏感，所以(yi)(yi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)棒軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋的(de)檢測(ce)宜采(cai)用交(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方法(fa)。
常用(yong)(yong)的交流漏(lou)磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)有穿過式(shi)(shi)線圈(quan)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)和局部磁(ci)(ci)軛(e)式(shi)(shi)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)，用(yong)(yong)于縱向裂紋(wen)(wen)檢測的僅能采用(yong)(yong)后者。圖7-27所(suo)示為(wei)采用(yong)(yong)局部磁(ci)(ci)軛(e)式(shi)(shi)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)的鋼棒交流漏(lou)磁(ci)(ci)檢測原理圖。磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)由(you)C形(xing)(xing)高(gao)導(dao)磁(ci)(ci)材料和勵磁(ci)(ci)線圈(quan)組成(cheng)，其中(zhong)勵磁(ci)(ci)線圈(quan)環繞制在C形(xing)(xing)高(gao)導(dao)磁(ci)(ci)材料上，勵磁(ci)(ci)線圈(quan)中(zhong)施加一(yi)定(ding)頻率的交流電流。檢測元(yuan)件(jian)與磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)一(yi)起與鋼棒形(xing)(xing)成(cheng)相對螺旋運(yun)動，當檢測元(yuan)件(jian)掃查至裂紋(wen)(wen)區域(yu)時可獲得裂紋(wen)(wen)信(xin)號。
二、整體(ti)方案
鋼(gang)棒(bang)交流漏(lou)磁(ci)檢(jian)測系(xi)統方(fang)案如圖(tu)7-28所示。檢(jian)測單元由交流漏(lou)磁(ci)磁(ci)化器和(he)陣列傳感器組成；信號處理過程(cheng)中，檢(jian)測中缺陷(xian)處的交流漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)與交流激勵場(chang)(chang)相疊加，為調制信號，因此需要對信號進行(xing)(xing)解調處理，濾除原交流勵磁(ci)信號，保(bao)留裂紋信號，然后(hou)再進行(xing)(xing)放大濾波(bo)處理。
為實現(xian)鋼(gang)棒縱向裂紋(wen)的(de)全覆蓋自動化檢測，檢測探(tan)頭需(xu)要(yao)(yao)在鋼(gang)棒表面形成(cheng)螺旋(xuan)線掃查路(lu)徑。目前(qian)，主(zhu)要(yao)(yao)有兩種實現(xian)方(fang)式(shi)：①檢測單元(yuan)靜止(zhi)，鋼(gang)棒做(zuo)螺旋(xuan)推進(jin)運(yun)動；②檢測單元(yuan)旋(xuan)轉，鋼(gang)棒做(zuo)直線運(yun)動。第二種多出現(xian)在進(jin)口的(de)檢測設備中，旋(xuan)轉機構(gou)包(bao)括(kuo)周向磁化器、檢測探(tan)靴(xue)、集電(dian)環、初步調理電(dian)路(lu)等，結(jie)構(gou)龐(pang)大、價格昂貴。相(xiang)比(bi)之(zhi)下，采用(yong)第一(yi)種運(yun)動方(fang)式(shi)可避免(mian)主(zhu)機的(de)回(hui)轉運(yun)動，使系統結(jie)構(gou)得到(dao)大大簡(jian)化，檢測成(cheng)本低(di)。這里采用(yong)基(ji)于鋼(gang)棒螺旋(xuan)推進(jin)的(de)運(yun)動方(fang)式(shi)。
三、檢測(ce)探頭(tou)
軸向(xiang)裂(lie)紋檢測應(ying)具備兩(liang)大要(yao)素：一是(shi)外加磁場(chang)方(fang)向(xiang)應(ying)最大限(xian)度(du)地與(yu)軸向(xiang)裂(lie)紋垂直，以激勵出最大強度(du)的漏磁場(chang)；二是(shi)磁場(chang)測量(liang)單元應(ying)該(gai)具有足(zu)夠(gou)的靈敏度(du)。
1. 交(jiao)流漏磁磁化(hua)器
鋼棒直徑越小，軸向(xiang)裂紋的檢測(ce)穩定(ding)性越難(nan)以保(bao)證(zheng)。圖7-29所示為C形磁化器檢測(ce)狀態圖。
該方案有如下優(you)點：
a. 經過鋼棒的有效(xiao)主磁通更大(da)，并且能保證磁場(chang)(chang)方(fang)向(xiang)同(tong)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋正交，裂(lie)紋漏(lou)磁場(chang)(chang)更大(da)。
磁(ci)(ci)化器(qi)所產生的(de)(de)磁(ci)(ci)通(tong)(tong)路(lu)徑有(you)兩條：一是(shi)經過(guo)鋼棒的(de)(de)主磁(ci)(ci)通(tong)(tong)，二(er)是(shi)不經過(guo)鋼棒的(de)(de)漏磁(ci)(ci)Φ通(tong)(tong)，即在磁(ci)(ci)化器(qi)兩極之(zhi)間傳(chuan)遞的(de)(de)磁(ci)(ci)通(tong)(tong)。故在磁(ci)(ci)路(lu)內(nei)的(de)(de)總磁(ci)(ci)通(tong)(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交(jiao)流漏磁檢測一般使用(yong)U型(xing)磁軛，磁極平面一般與鋼棒(bang)表面相(xiang)切。本方案(an)的C形磁極用(yong)弧面與鋼棒(bang)表面貼合，氣隙漏磁通(tong)量少(shao)，有效(xiao)增大進入鋼棒(bang)的主磁通(tong)量。
b. 對于小規格鋼(gang)棒，磁極(ji)與(yu)鋼(gang)棒表(biao)面貼合不好(hao)，會使傳感(gan)器(qi)(qi)檢測區(qu)域偏離(li)磁化(hua)中心區(qu)，對信號(hao)(hao)產生(sheng)干擾(rao)。在自動化(hua)檢測中，這種動態(tai)偏離(li)將引起較大的干擾(rao)，降低檢測信噪比和靈敏度(du)。C形磁化(hua)器(qi)(qi)及其磁極(ji)實現了(le)較好(hao)的對中，檢測信號(hao)(hao)穩定，振(zhen)動干擾(rao)小。
在檢(jian)測(ce)不同直徑(jing)的(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)時，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)中心高會發生變化(hua)，浮動對(dui)中機(ji)構可(ke)良好地實現(xian)探(tan)頭跟蹤，減少干(gan)擾(rao)噪聲(sheng)。利用滑(hua)軌(gui)滑(hua)塊機(ji)構可(ke)實現(xian)檢(jian)測(ce)探(tan)頭裝(zhuang)置的(de)(de)整體(ti)上下移動，以適應鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)的(de)(de)中心高變化(hua)。氣缸可(ke)使檢(jian)測(ce)單(dan)元在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)螺旋前進過程中緊密貼合鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)，避免提離值的(de)(de)變化(hua)對(dui)檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)影響，如(ru)圖7-30所示(shi)。
2. 陣(zhen)列傳感器
為提高(gao)檢(jian)測速度并滿足全(quan)覆(fu)蓋一致性(xing)檢(jian)測，傳感器(qi)設(she)計成(cheng)陣列式(shi)，以增加探頭軸(zhou)向覆(fu)蓋范圍(wei)，防止(zhi)缺陷漏檢(jian)。鋼棒螺旋(xuan)前進的螺距一般稍小于探頭軸(zhou)向覆(fu)蓋范圍(wei)，鋼棒運行螺距越大，系統檢(jian)測速度越高(gao)。
由(you)于檢測過(guo)程中(zhong)會出現多種機械電氣(qi)干擾而形成(cheng)背景噪聲，將傳感(gan)器單(dan)元(yuan)(yuan)設計為(wei)差(cha)分式結(jie)構來消除部分干擾信(xin)號。如圖7-31所示(shi)，檢測單(dan)元(yuan)(yuan)由(you)扁平線圈(quan)及聚磁鐵心(xin)組成(cheng)，虛線框(kuang)為(wei)一個差(cha)分單(dan)元(yuan)(yuan)。探頭耐磨層采用(yong)陶(tao)(tao)瓷片，實踐證明具有很好的耐磨效果，在(zai)具體應用(yong)過(guo)程中(zhong)只需定期更換(huan)陶(tao)(tao)瓷片，即可(ke)延長(chang)探頭的使用(yong)壽命。
四、現場應(ying)用
鋼(gang)棒(bang)軸向(xiang)裂(lie)紋自動檢(jian)(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)如圖7-32所示，系統(tong)由信號勵磁源(yuan)、計算機、采集(ji)卡、信號處理電路、輔機裝(zhuang)置(zhi)(zhi)和檢(jian)(jian)測(ce)單元(yuan)等組(zu)成。圖中所示裝(zhuang)置(zhi)(zhi)僅(jin)用了1個(ge)檢(jian)(jian)測(ce)單元(yuan)，其軸向(xiang)覆蓋范圍(wei)為(wei)50mm，調節(jie)輥道的擺角，使(shi)ф24mm鋼(gang)棒(bang)行駛(shi)螺(luo)距小(xiao)于50mm。當檢(jian)(jian)測(ce)單元(yuan)增加到8個(ge)時，檢(jian)(jian)測(ce)螺(luo)距達到500mm，檢(jian)(jian)測(ce)直線速度可提升到60m／min。
待檢鋼棒如圖7-33所(suo)示，表面(mian)共(gong)有(you)四個(ge)軸向(xiang)裂紋，長均(jun)為40mm，寬均(jun)為0.2mm，裂紋深依次(ci)為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼(gang)棒表面(mian)進行自動化(hua)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)，所(suo)得信(xin)(xin)號如圖7-34所(suo)示。由檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)號可知(zhi)，該(gai)裝置對表面(mian)不(bu)同深(shen)度的(de)軸向(xiang)裂(lie)紋有穩定可靠的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)能力(li)，且信(xin)(xin)噪(zao)比較好。
交流漏磁法對鋼棒(bang)表面軸向裂紋(wen)具有較高(gao)的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)靈敏(min)度(du)。局(ju)部磁軛磁化(hua)器(qi)(qi)易與陣(zhen)列傳感(gan)器(qi)(qi)實(shi)(shi)現一體化(hua)，采用(yong)C形局(ju)部磁化(hua)器(qi)(qi)和(he)陣(zhen)列傳感(gan)器(qi)(qi)設(she)計(ji)，使得檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結構更簡單、小型化(hua)，有利于自動(dong)化(hua)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)的(de)實(shi)(shi)施。該系統裂紋(wen)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)深度(du)最(zui)淺可(ke)達(da)0.15mm，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)速度(du)可(ke)達(da)60m／min，滿足鋼棒(bang)自動(dong)化(hua)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)需求。
