在鋼(gang)棒(bang)的(de)生產過程中(zhong)(zhong)會產生裂(lie)(lie)紋(wen)、夾雜和分層等缺陷而影響鋼(gang)棒(bang)質量，其(qi)中(zhong)(zhong)，鋼(gang)棒(bang)的(de)表面(mian)縱向裂(lie)(lie)紋(wen)約占所有缺陷的(de)70％。針對鋼(gang)棒(bang)的(de)實際缺陷類型，一般(ban)采用(yong)復合檢測的(de)方法(fa)(fa)(fa)對其(qi)質量狀況進行綜合評定(ding)，如超聲法(fa)(fa)(fa)主要檢測鋼(gang)棒(bang)的(de)內(nei)部(bu)縱向裂(lie)(lie)紋(wen)、漏磁(ci)法(fa)(fa)(fa)主要檢測鋼(gang)棒(bang)的(de)表面(mian)軸向裂(lie)(lie)紋(wen)。
鋼棒(bang)軸向(xiang)裂(lie)紋將嚴重影響產(chan)品質量，生產(chan)過(guo)程中有(you)效檢(jian)出鋼棒(bang)中的軸向(xiang)裂(lie)紋特別(bie)是(shi)微裂(lie)紋尤為必要。對于表面(mian)精拔加(jia)工的軸承生產(chan)用鋼棒(bang)，采用交(jiao)流漏(lou)磁(ci)(ci)檢(jian)測能夠有(you)效探測微小裂(lie)紋。針對鋼棒(bang)表面(mian)軸向(xiang)裂(lie)紋，直流磁(ci)(ci)化漏(lou)磁(ci)(ci)檢(jian)測一般難以適用。
這里，介紹一種(zhong)基(ji)于鋼(gang)棒螺旋運動、探頭(tou)固定(ding)的(de)鋼(gang)棒縱向裂(lie)紋自(zi)動檢(jian)測方法與裝(zhuang)置。采用(yong)C形局(ju)部交流磁化器對鋼(gang)棒進行(xing)勵磁，并采用(yong)相應的(de)陣列傳感器來(lai)拾取裂(lie)紋漏磁信(xin)號，最后通(tong)過計算機處(chu)理系統實施定(ding)量化檢(jian)測與評(ping)估，獲得(de)穩定(ding)的(de)檢(jian)測靈敏(min)度，具有廣泛的(de)應用(yong)價(jia)值。
一、檢(jian)測原理
漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)檢測(ce)方法分(fen)為(wei)直(zhi)流漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)和(he)交流漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)，圖7-26所示為(wei)鋼(gang)(gang)管和(he)鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)周向(xiang)(xiang)直(zhi)流磁(ci)(ci)化時磁(ci)(ci)場分(fen)布對(dui)比。由(you)(you)圖可知，鋼(gang)(gang)管易被磁(ci)(ci)化至飽(bao)和(he)狀態，缺陷漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)場比較大(da)；而鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)磁(ci)(ci)化時，由(you)(you)于(yu)為(wei)實(shi)心(xin)，磁(ci)(ci)力(li)線沒有環繞(rao)至鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)表(biao)(biao)面(mian)(mian)，而直(zhi)接穿過鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)中(zhong)心(xin)，表(biao)(biao)面(mian)(mian)縱向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)幾乎沒有漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)場泄漏(lou)(lou)，為(wei)此(ci)，類似(si)鋼(gang)(gang)管軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)直(zhi)流漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)方法難以在鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)上實(shi)施。由(you)(you)于(yu)趨膚效應，交流磁(ci)(ci)場集中(zhong)于(yu)工(gong)件表(biao)(biao)面(mian)(mian)，對(dui)表(biao)(biao)面(mian)(mian)軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)檢測(ce)將更為(wei)敏感，所以，鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)檢測(ce)宜采用交流漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)檢測(ce)方法。
常用的(de)交(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化(hua)器有穿過式線(xian)圈(quan)磁(ci)化(hua)器和局(ju)部磁(ci)軛(e)式磁(ci)化(hua)器，用于縱向(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)檢(jian)(jian)測的(de)僅(jin)能(neng)采用后者。圖7-27所示為采用局(ju)部磁(ci)軛(e)式磁(ci)化(hua)器的(de)鋼(gang)(gang)棒(bang)交(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)檢(jian)(jian)測原理圖。磁(ci)化(hua)器由C形(xing)高導磁(ci)材(cai)料和勵磁(ci)線(xian)圈(quan)組成，其(qi)中勵磁(ci)線(xian)圈(quan)環(huan)繞(rao)制在C形(xing)高導磁(ci)材(cai)料上(shang)，勵磁(ci)線(xian)圈(quan)中施加一(yi)定頻率的(de)交(jiao)流(liu)電流(liu)。檢(jian)(jian)測元(yuan)件與(yu)磁(ci)化(hua)器一(yi)起與(yu)鋼(gang)(gang)棒(bang)形(xing)成相(xiang)對(dui)螺旋運動(dong)，當檢(jian)(jian)測元(yuan)件掃查至裂(lie)紋(wen)(wen)區域時可(ke)獲(huo)得(de)裂(lie)紋(wen)(wen)信(xin)號。
二、整體方案
鋼(gang)棒交(jiao)流(liu)(liu)漏磁(ci)(ci)檢測系統方案如圖7-28所示。檢測單(dan)元由交(jiao)流(liu)(liu)漏磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化器(qi)和陣列傳感(gan)器(qi)組成(cheng)；信號(hao)處(chu)(chu)理(li)過程(cheng)中，檢測中缺(que)陷處(chu)(chu)的(de)交(jiao)流(liu)(liu)漏磁(ci)(ci)場與交(jiao)流(liu)(liu)激勵(li)(li)場相疊加(jia)，為(wei)調(diao)制信號(hao)，因此(ci)需要對(dui)信號(hao)進行(xing)解調(diao)處(chu)(chu)理(li)，濾除原(yuan)交(jiao)流(liu)(liu)勵(li)(li)磁(ci)(ci)信號(hao)，保留裂(lie)紋信號(hao)，然后再進行(xing)放大濾波處(chu)(chu)理(li)。
為實現(xian)鋼(gang)(gang)棒(bang)縱向裂紋的全覆蓋(gai)自動(dong)化(hua)檢測(ce)，檢測(ce)探頭需要在鋼(gang)(gang)棒(bang)表面形(xing)成螺(luo)旋(xuan)線掃查路(lu)徑。目前，主(zhu)要有(you)兩種(zhong)實現(xian)方(fang)式：①檢測(ce)單元(yuan)靜止，鋼(gang)(gang)棒(bang)做(zuo)螺(luo)旋(xuan)推進(jin)運(yun)動(dong)；②檢測(ce)單元(yuan)旋(xuan)轉，鋼(gang)(gang)棒(bang)做(zuo)直線運(yun)動(dong)。第(di)(di)二種(zhong)多出現(xian)在進(jin)口的檢測(ce)設(she)備中，旋(xuan)轉機構(gou)包括周向磁化(hua)器、檢測(ce)探靴(xue)、集電環、初步調理(li)電路(lu)等(deng)，結構(gou)龐大、價格昂貴。相比之下，采用第(di)(di)一種(zhong)運(yun)動(dong)方(fang)式可避免主(zhu)機的回轉運(yun)動(dong)，使系統結構(gou)得到大大簡化(hua)，檢測(ce)成本低。這里采用基于鋼(gang)(gang)棒(bang)螺(luo)旋(xuan)推進(jin)的運(yun)動(dong)方(fang)式。
三、檢測探(tan)頭
軸(zhou)向裂紋(wen)(wen)檢測(ce)應具(ju)備兩大(da)要素(su)：一是外加磁(ci)(ci)場方(fang)向應最(zui)大(da)限(xian)度地與軸(zhou)向裂紋(wen)(wen)垂直，以激勵出最(zui)大(da)強度的漏磁(ci)(ci)場；二(er)是磁(ci)(ci)場測(ce)量單元應該具(ju)有(you)足夠的靈敏度。
1. 交(jiao)流漏磁磁化(hua)器
鋼棒直徑越(yue)小，軸向裂紋的檢(jian)(jian)測穩定(ding)性越(yue)難以保(bao)證。圖7-29所示為C形(xing)磁化器檢(jian)(jian)測狀態圖。
該方案有如(ru)下(xia)優(you)點：
a. 經過(guo)鋼棒的有效主(zhu)磁(ci)(ci)通更大(da)，并且(qie)能保(bao)證磁(ci)(ci)場(chang)方向(xiang)同軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋正交，裂(lie)紋漏磁(ci)(ci)場(chang)更大(da)。
磁化器所(suo)產生的磁通(tong)路徑有兩條：一是經(jing)(jing)過鋼棒的主磁通(tong)，二是不經(jing)(jing)過鋼棒的漏磁Φ通(tong)，即在(zai)磁化器兩極之(zhi)間(jian)傳(chuan)遞的磁通(tong)。故在(zai)磁路內(nei)的總磁通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交(jiao)流漏(lou)磁(ci)檢(jian)測一(yi)般(ban)使用U型(xing)磁(ci)軛，磁(ci)極平面(mian)一(yi)般(ban)與(yu)鋼棒(bang)(bang)表面(mian)相切。本方(fang)案(an)的C形磁(ci)極用弧面(mian)與(yu)鋼棒(bang)(bang)表面(mian)貼合，氣隙漏(lou)磁(ci)通量少，有效(xiao)增大進入鋼棒(bang)(bang)的主磁(ci)通量。
b. 對于小(xiao)規格(ge)鋼棒，磁(ci)極(ji)與鋼棒表面貼合不好(hao)，會使傳感器檢測區域偏離磁(ci)化中心區，對信號產生干擾(rao)。在自動(dong)化檢測中，這(zhe)種動(dong)態偏離將引(yin)起(qi)較(jiao)大的(de)干擾(rao)，降低檢測信噪比和靈(ling)敏度。C形磁(ci)化器及其(qi)磁(ci)極(ji)實現了(le)較(jiao)好(hao)的(de)對中，檢測信號穩定，振動(dong)干擾(rao)小(xiao)。
在(zai)檢(jian)測(ce)不同直徑的鋼棒時(shi)，鋼棒中心高會發生(sheng)變(bian)(bian)化，浮動對(dui)中機構可(ke)良好地實(shi)現探(tan)(tan)頭跟(gen)蹤，減(jian)少干擾(rao)噪(zao)聲。利(li)用滑(hua)軌滑(hua)塊機構可(ke)實(shi)現檢(jian)測(ce)探(tan)(tan)頭裝置的整(zheng)體上(shang)下移動，以適應鋼棒的中心高變(bian)(bian)化。氣缸可(ke)使檢(jian)測(ce)單元在(zai)鋼棒螺旋(xuan)前(qian)進過程(cheng)中緊密貼合(he)鋼棒，避免提(ti)離值(zhi)的變(bian)(bian)化對(dui)檢(jian)測(ce)信號的影(ying)響(xiang)，如圖(tu)7-30所示。
2. 陣列傳感器
為提高檢測(ce)速度并滿(man)足全覆(fu)蓋一(yi)致性檢測(ce)，傳感器設計成陣列式，以增加探(tan)頭軸向(xiang)覆(fu)蓋范圍，防(fang)止缺陷漏檢。鋼棒(bang)螺旋前進的螺距一(yi)般稍小于探(tan)頭軸向(xiang)覆(fu)蓋范圍，鋼棒(bang)運行螺距越大(da)，系(xi)統(tong)檢測(ce)速度越高。
由(you)于檢測過(guo)程中會(hui)出(chu)現多種(zhong)機(ji)械(xie)電氣(qi)干擾而形成背景(jing)噪聲，將傳感器單(dan)元(yuan)(yuan)設計(ji)為差分(fen)式結構來消除部(bu)分(fen)干擾信(xin)號。如(ru)圖7-31所示，檢測單(dan)元(yuan)(yuan)由(you)扁平(ping)線圈(quan)及聚磁鐵心組成，虛線框為一個差分(fen)單(dan)元(yuan)(yuan)。探頭(tou)耐磨層采(cai)用(yong)(yong)陶瓷(ci)片，實踐(jian)證明具(ju)有(you)很好的(de)耐磨效果，在具(ju)體應用(yong)(yong)過(guo)程中只(zhi)需定期更換陶瓷(ci)片，即(ji)可延長探頭(tou)的(de)使用(yong)(yong)壽命。
四、現場應用
鋼棒軸向裂紋自(zi)動檢(jian)測(ce)(ce)(ce)裝置(zhi)如圖7-32所(suo)(suo)示(shi)(shi)，系統(tong)由信號勵(li)磁(ci)源、計算(suan)機(ji)、采集卡、信號處理電路、輔機(ji)裝置(zhi)和檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單元等組(zu)成。圖中(zhong)所(suo)(suo)示(shi)(shi)裝置(zhi)僅用(yong)了(le)1個(ge)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單元，其軸向覆(fu)蓋范圍為50mm，調節輥道的(de)擺角，使(shi)ф24mm鋼棒行(xing)駛螺距小于50mm。當檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單元增(zeng)加到(dao)8個(ge)時，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)螺距達(da)到(dao)500mm，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)直線速度可(ke)提升到(dao)60m／min。
待檢鋼棒(bang)如圖7-33所示(shi)，表面共(gong)有四個軸向裂紋，長均為40mm，寬均為0.2mm，裂紋深依次為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒表面進(jin)行自動化檢測，所得信(xin)號如圖7-34所示。由檢測信(xin)號可(ke)知，該裝置對表面不同深度(du)的(de)軸(zhou)向裂紋(wen)有穩定可(ke)靠的(de)檢測能力(li)，且信(xin)噪比較好。
交流漏磁法對鋼棒表面軸向(xiang)裂紋具有較高的(de)(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)靈敏度(du)。局部磁軛磁化(hua)(hua)器(qi)(qi)易(yi)與陣列傳(chuan)感器(qi)(qi)實現一(yi)體化(hua)(hua)，采(cai)用C形局部磁化(hua)(hua)器(qi)(qi)和陣列傳(chuan)感器(qi)(qi)設(she)計(ji)，使得檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結構更簡單、小型化(hua)(hua)，有利于自動化(hua)(hua)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)的(de)(de)實施。該系統(tong)裂紋檢(jian)(jian)(jian)測(ce)深(shen)度(du)最淺可達0.15mm，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)速度(du)可達60m／min，滿足鋼棒自動化(hua)(hua)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)需求。
