在鋼(gang)(gang)(gang)棒的(de)(de)生產過程中會產生裂紋、夾(jia)雜和分層等缺(que)陷而影響(xiang)鋼(gang)(gang)(gang)棒質量，其(qi)中，鋼(gang)(gang)(gang)棒的(de)(de)表面(mian)縱向裂紋約占所有缺(que)陷的(de)(de)70％。針對鋼(gang)(gang)(gang)棒的(de)(de)實際缺(que)陷類(lei)型，一般采用復(fu)合(he)檢測的(de)(de)方法對其(qi)質量狀況進(jin)行(xing)綜合(he)評定，如超聲法主(zhu)要(yao)(yao)檢測鋼(gang)(gang)(gang)棒的(de)(de)內部縱向裂紋、漏磁法主(zhu)要(yao)(yao)檢測鋼(gang)(gang)(gang)棒的(de)(de)表面(mian)軸向裂紋。
鋼棒軸(zhou)(zhou)向裂紋(wen)(wen)將嚴重影響產品質(zhi)量，生(sheng)產過程中有效檢(jian)出鋼棒中的軸(zhou)(zhou)向裂紋(wen)(wen)特別是微裂紋(wen)(wen)尤為必要。對于表面精拔加工的軸(zhou)(zhou)承生(sheng)產用鋼棒，采用交(jiao)流漏(lou)磁(ci)檢(jian)測(ce)能夠有效探測(ce)微小(xiao)裂紋(wen)(wen)。針對鋼棒表面軸(zhou)(zhou)向裂紋(wen)(wen)，直(zhi)流磁(ci)化漏(lou)磁(ci)檢(jian)測(ce)一(yi)般難以(yi)適用。
這(zhe)里，介紹一種基于鋼棒螺旋(xuan)運動、探(tan)頭固(gu)定的鋼棒縱向裂紋(wen)自動檢(jian)測(ce)方法與裝置。采用C形(xing)局部(bu)交流(liu)磁化器對鋼棒進(jin)行(xing)勵磁，并采用相應的陣列傳感(gan)器來拾取(qu)裂紋(wen)漏磁信號，最后通(tong)過計(ji)算機處理(li)系統實施定量化檢(jian)測(ce)與評估，獲得穩定的檢(jian)測(ce)靈敏(min)度，具有廣泛(fan)的應用價(jia)值(zhi)。
一、檢測原理
漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測方法(fa)分為(wei)(wei)(wei)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)和交流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)，圖7-26所(suo)示為(wei)(wei)(wei)鋼(gang)管(guan)(guan)和鋼(gang)棒周向(xiang)(xiang)(xiang)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化時(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場分布(bu)對比(bi)。由圖可(ke)知，鋼(gang)管(guan)(guan)易被磁(ci)(ci)(ci)(ci)化至飽和狀態(tai)，缺陷漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場比(bi)較(jiao)大；而鋼(gang)棒磁(ci)(ci)(ci)(ci)化時(shi)，由于為(wei)(wei)(wei)實(shi)心，磁(ci)(ci)(ci)(ci)力線(xian)沒(mei)有環(huan)繞至鋼(gang)棒表面，而直(zhi)(zhi)接穿過鋼(gang)棒中(zhong)心，表面縱向(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)(lie)紋幾乎(hu)沒(mei)有漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場泄漏(lou)，為(wei)(wei)(wei)此，類似鋼(gang)管(guan)(guan)軸向(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)方法(fa)難以(yi)(yi)在鋼(gang)棒上實(shi)施(shi)。由于趨(qu)膚效應(ying)，交流(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場集(ji)中(zhong)于工件表面，對表面軸向(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)檢測將更為(wei)(wei)(wei)敏感，所(suo)以(yi)(yi)，鋼(gang)棒軸向(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)檢測宜采用交流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測方法(fa)。
常用(yong)的(de)交流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化(hua)器(qi)有(you)穿過式(shi)線(xian)(xian)圈磁(ci)化(hua)器(qi)和局部(bu)磁(ci)軛式(shi)磁(ci)化(hua)器(qi)，用(yong)于縱向裂(lie)紋(wen)檢(jian)測的(de)僅(jin)能(neng)采(cai)用(yong)后者。圖7-27所(suo)示為采(cai)用(yong)局部(bu)磁(ci)軛式(shi)磁(ci)化(hua)器(qi)的(de)鋼棒交流(liu)漏(lou)磁(ci)檢(jian)測原理圖。磁(ci)化(hua)器(qi)由(you)C形高導磁(ci)材(cai)料和勵磁(ci)線(xian)(xian)圈組成，其(qi)中勵磁(ci)線(xian)(xian)圈環繞制在C形高導磁(ci)材(cai)料上，勵磁(ci)線(xian)(xian)圈中施加一定頻率的(de)交流(liu)電流(liu)。檢(jian)測元件與磁(ci)化(hua)器(qi)一起(qi)與鋼棒形成相對螺旋(xuan)運動(dong)，當檢(jian)測元件掃查至(zhi)裂(lie)紋(wen)區(qu)域時可獲(huo)得裂(lie)紋(wen)信號。
二、整體方案
鋼棒交流(liu)漏磁檢(jian)測系統方案如圖7-28所示。檢(jian)測單元由(you)交流(liu)漏磁磁化器(qi)和陣列傳感器(qi)組成；信號處(chu)理過程中，檢(jian)測中缺(que)陷(xian)處(chu)的(de)交流(liu)漏磁場(chang)與交流(liu)激勵(li)場(chang)相疊加，為調制(zhi)信號，因此(ci)需要對信號進行解調處(chu)理，濾(lv)除原交流(liu)勵(li)磁信號，保留裂(lie)紋信號，然(ran)后(hou)再進行放大濾(lv)波處(chu)理。
為實現鋼棒(bang)縱向裂紋(wen)的(de)全(quan)覆蓋自動化(hua)(hua)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)探(tan)頭需要在(zai)鋼棒(bang)表(biao)面(mian)形成螺(luo)旋(xuan)線(xian)掃查路(lu)徑。目前，主要有兩種(zhong)(zhong)實現方式(shi)：①檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)單(dan)元靜止，鋼棒(bang)做(zuo)螺(luo)旋(xuan)推進運(yun)動；②檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)單(dan)元旋(xuan)轉(zhuan)，鋼棒(bang)做(zuo)直線(xian)運(yun)動。第二種(zhong)(zhong)多出現在(zai)進口的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)設備中，旋(xuan)轉(zhuan)機(ji)構(gou)包(bao)括周向磁化(hua)(hua)器(qi)、檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)探(tan)靴(xue)、集電(dian)環、初步調理電(dian)路(lu)等，結構(gou)龐大、價格昂貴。相比之下，采用第一種(zhong)(zhong)運(yun)動方式(shi)可避免(mian)主機(ji)的(de)回轉(zhuan)運(yun)動，使系統(tong)結構(gou)得到大大簡化(hua)(hua)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)成本低。這(zhe)里采用基于(yu)鋼棒(bang)螺(luo)旋(xuan)推進的(de)運(yun)動方式(shi)。
三、檢測探頭(tou)
軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)檢測(ce)應(ying)(ying)具(ju)備兩大要(yao)素(su)：一(yi)是(shi)外(wai)加磁場方向(xiang)應(ying)(ying)最大限度地與軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)垂直，以激勵出最大強度的漏磁場；二是(shi)磁場測(ce)量單元應(ying)(ying)該具(ju)有足夠的靈敏度。
1. 交流漏磁磁化器
鋼棒直(zhi)徑越小，軸向裂紋的(de)檢測(ce)(ce)穩定性越難以保(bao)證。圖7-29所(suo)示為(wei)C形磁化器檢測(ce)(ce)狀態(tai)圖。
該(gai)方案有如下優點(dian)：
a. 經過(guo)鋼棒的有效主磁(ci)通更(geng)大，并且能保證磁(ci)場方向(xiang)同軸向(xiang)裂紋(wen)(wen)正交，裂紋(wen)(wen)漏磁(ci)場更(geng)大。
磁(ci)(ci)(ci)(ci)化器所產(chan)生的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)通路(lu)徑有兩條：一(yi)是經(jing)過鋼棒的(de)主磁(ci)(ci)(ci)(ci)通，二是不經(jing)過鋼棒的(de)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)Φ通，即在(zai)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化器兩極之間傳(chuan)遞的(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)通。故在(zai)磁(ci)(ci)(ci)(ci)路(lu)內的(de)總磁(ci)(ci)(ci)(ci)通為(wei)
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流漏磁(ci)檢測一般使用U型磁(ci)軛，磁(ci)極平面一般與(yu)鋼(gang)棒表面相(xiang)切。本方案的C形磁(ci)極用弧面與(yu)鋼(gang)棒表面貼合，氣隙漏磁(ci)通(tong)量少，有(you)效增(zeng)大進(jin)入鋼(gang)棒的主磁(ci)通(tong)量。
b. 對(dui)(dui)于小規格(ge)鋼(gang)棒(bang)，磁極與鋼(gang)棒(bang)表面貼(tie)合不(bu)好，會(hui)使傳感(gan)器檢(jian)(jian)測(ce)區(qu)(qu)域偏離(li)磁化(hua)中(zhong)心區(qu)(qu)，對(dui)(dui)信號(hao)產生干(gan)擾(rao)。在自動化(hua)檢(jian)(jian)測(ce)中(zhong)，這種動態偏離(li)將(jiang)引起較(jiao)(jiao)大的(de)干(gan)擾(rao)，降低檢(jian)(jian)測(ce)信噪(zao)比和靈(ling)敏度。C形磁化(hua)器及其(qi)磁極實(shi)現了較(jiao)(jiao)好的(de)對(dui)(dui)中(zhong)，檢(jian)(jian)測(ce)信號(hao)穩定，振動干(gan)擾(rao)小。
在檢(jian)測(ce)(ce)不同直(zhi)徑的(de)鋼(gang)(gang)棒時，鋼(gang)(gang)棒中(zhong)心高會發生變化(hua)，浮動對中(zhong)機構可(ke)(ke)良好(hao)地實(shi)現探頭(tou)跟蹤(zong)，減少干(gan)擾噪(zao)聲。利用滑軌滑塊機構可(ke)(ke)實(shi)現檢(jian)測(ce)(ce)探頭(tou)裝置的(de)整(zheng)體(ti)上(shang)下移(yi)動，以適應鋼(gang)(gang)棒的(de)中(zhong)心高變化(hua)。氣缸可(ke)(ke)使檢(jian)測(ce)(ce)單元在鋼(gang)(gang)棒螺旋(xuan)前(qian)進過程中(zhong)緊(jin)密貼合鋼(gang)(gang)棒，避(bi)免提離值的(de)變化(hua)對檢(jian)測(ce)(ce)信號的(de)影響，如圖7-30所示(shi)。
2. 陣列傳感器
為提高檢(jian)測(ce)速(su)度(du)并滿足全覆(fu)(fu)蓋(gai)一致性(xing)檢(jian)測(ce)，傳感器設(she)計成(cheng)陣列式，以(yi)增(zeng)加探(tan)頭(tou)軸(zhou)向(xiang)(xiang)覆(fu)(fu)蓋(gai)范圍(wei)，防止缺陷漏檢(jian)。鋼棒(bang)(bang)螺旋前進的螺距一般(ban)稍小于探(tan)頭(tou)軸(zhou)向(xiang)(xiang)覆(fu)(fu)蓋(gai)范圍(wei)，鋼棒(bang)(bang)運行螺距越(yue)大(da)，系統檢(jian)測(ce)速(su)度(du)越(yue)高。
由于檢(jian)測過程(cheng)中會出(chu)現多(duo)種機械電氣干擾而形成(cheng)背景噪聲，將傳感(gan)器單元(yuan)設計為差(cha)分式結構(gou)來消(xiao)除(chu)部分干擾信號。如圖(tu)7-31所示(shi)，檢(jian)測單元(yuan)由扁平線圈及聚(ju)磁鐵心組成(cheng)，虛線框(kuang)為一個差(cha)分單元(yuan)。探(tan)頭耐磨層采用陶(tao)瓷片，實踐證明具(ju)有很好的(de)耐磨效(xiao)果，在(zai)具(ju)體(ti)應(ying)用過程(cheng)中只需定期更換陶(tao)瓷片，即可延長(chang)探(tan)頭的(de)使用壽命。
四、現場應用
鋼棒軸向(xiang)裂(lie)紋自動檢(jian)(jian)(jian)測(ce)裝(zhuang)置如圖7-32所示，系(xi)統(tong)由信(xin)號勵磁源、計算機、采集卡、信(xin)號處理電路、輔機裝(zhuang)置和檢(jian)(jian)(jian)測(ce)單元(yuan)等組(zu)成。圖中(zhong)所示裝(zhuang)置僅(jin)用了(le)1個(ge)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)單元(yuan)，其軸向(xiang)覆蓋范圍為50mm，調節輥(gun)道的擺(bai)角，使ф24mm鋼棒行駛螺(luo)距(ju)(ju)小(xiao)于50mm。當檢(jian)(jian)(jian)測(ce)單元(yuan)增加到(dao)8個(ge)時，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)螺(luo)距(ju)(ju)達到(dao)500mm，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)直線速度可(ke)提升到(dao)60m／min。
待(dai)檢鋼棒如圖7-33所(suo)示，表面共有四個軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋(wen)，長(chang)均為40mm，寬均為0.2mm，裂(lie)紋(wen)深依次為0.30mm、0.15mm、0.25mm和(he)0.30mm。
對鋼棒(bang)表面(mian)進行自動化檢測，所得(de)信號(hao)如圖(tu)7-34所示。由檢測信號(hao)可(ke)知，該裝置(zhi)對表面(mian)不同深度的軸向裂紋有穩(wen)定(ding)可(ke)靠的檢測能力，且(qie)信噪比較好。
交(jiao)流漏(lou)磁法對鋼(gang)棒表面軸向裂紋具有(you)較高的檢(jian)(jian)測(ce)靈敏度。局部磁軛磁化(hua)(hua)器(qi)易與陣列傳感器(qi)實現一體化(hua)(hua)，采用C形局部磁化(hua)(hua)器(qi)和陣列傳感器(qi)設計，使得(de)檢(jian)(jian)測(ce)結(jie)構更簡(jian)單、小型(xing)化(hua)(hua)，有(you)利于自(zi)動化(hua)(hua)檢(jian)(jian)測(ce)的實施。該系統裂紋檢(jian)(jian)測(ce)深度最淺可(ke)達(da)0.15mm，檢(jian)(jian)測(ce)速度可(ke)達(da)60m／min，滿足鋼(gang)棒自(zi)動化(hua)(hua)檢(jian)(jian)測(ce)需求。
