在鋼棒(bang)(bang)(bang)的生產(chan)過程中(zhong)會產(chan)生裂紋、夾(jia)雜和(he)分層等缺陷而影(ying)響鋼棒(bang)(bang)(bang)質量(liang)，其中(zhong)，鋼棒(bang)(bang)(bang)的表面(mian)縱(zong)向裂紋約占所有缺陷的70％。針對鋼棒(bang)(bang)(bang)的實際(ji)缺陷類型(xing)，一般(ban)采(cai)用復(fu)合(he)檢(jian)測(ce)的方法對其質量(liang)狀況進行綜合(he)評定，如超聲法主要(yao)檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)(bang)(bang)的內部縱(zong)向裂紋、漏磁法主要(yao)檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)(bang)(bang)的表面(mian)軸向裂紋。
鋼棒(bang)軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)將嚴重(zhong)影響(xiang)產品質量(liang)，生產過程(cheng)中(zhong)有(you)效檢(jian)出鋼棒(bang)中(zhong)的(de)軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)特別是微裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)尤為必要(yao)。對(dui)于表面精拔(ba)加工的(de)軸承生產用(yong)(yong)(yong)鋼棒(bang)，采用(yong)(yong)(yong)交流漏磁檢(jian)測(ce)(ce)能夠(gou)有(you)效探測(ce)(ce)微小裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)。針對(dui)鋼棒(bang)表面軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)，直流磁化漏磁檢(jian)測(ce)(ce)一般難以(yi)適用(yong)(yong)(yong)。
這里，介紹(shao)一(yi)種基于鋼(gang)棒(bang)(bang)螺旋運動(dong)、探頭(tou)固定(ding)(ding)的鋼(gang)棒(bang)(bang)縱向裂紋自動(dong)檢(jian)測(ce)方法與(yu)裝(zhuang)置(zhi)。采用(yong)C形局部(bu)交流磁化器對(dui)鋼(gang)棒(bang)(bang)進(jin)行勵磁，并采用(yong)相應(ying)的陣(zhen)列(lie)傳感器來拾取裂紋漏磁信號，最(zui)后(hou)通過(guo)計算機處理系統實(shi)施定(ding)(ding)量化檢(jian)測(ce)與(yu)評(ping)估，獲(huo)得穩定(ding)(ding)的檢(jian)測(ce)靈敏度，具有廣泛的應(ying)用(yong)價(jia)值。
一、檢測原理
漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)檢測方法分為直流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)和(he)(he)交(jiao)流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)，圖7-26所示(shi)為鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管和(he)(he)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)周(zhou)向直流(liu)磁(ci)(ci)化時磁(ci)(ci)場分布對(dui)比(bi)。由(you)圖可知(zhi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管易被磁(ci)(ci)化至(zhi)飽和(he)(he)狀態，缺陷漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)場比(bi)較大(da)；而鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)磁(ci)(ci)化時，由(you)于(yu)為實(shi)心，磁(ci)(ci)力線沒有環繞至(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)表面(mian)(mian)，而直接穿過鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)中心，表面(mian)(mian)縱向裂紋(wen)幾(ji)乎沒有漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)場泄漏(lou)(lou)，為此(ci)，類(lei)似(si)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管軸(zhou)向裂紋(wen)的直流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)方法難以(yi)在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)上實(shi)施。由(you)于(yu)趨膚效應，交(jiao)流(liu)磁(ci)(ci)場集(ji)中于(yu)工件表面(mian)(mian)，對(dui)表面(mian)(mian)軸(zhou)向裂紋(wen)的檢測將更為敏(min)感，所以(yi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)軸(zhou)向裂紋(wen)的檢測宜(yi)采(cai)用交(jiao)流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)檢測方法。
常(chang)用(yong)的(de)交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)(qi)有穿過式(shi)線圈(quan)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)(qi)和局(ju)部(bu)磁(ci)(ci)(ci)軛式(shi)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)(qi)，用(yong)于縱向裂(lie)紋檢(jian)測的(de)僅能(neng)采用(yong)后(hou)者。圖7-27所示為采用(yong)局(ju)部(bu)磁(ci)(ci)(ci)軛式(shi)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)(qi)的(de)鋼(gang)棒交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測原理圖。磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)(qi)由C形(xing)高導(dao)(dao)磁(ci)(ci)(ci)材料和勵磁(ci)(ci)(ci)線圈(quan)組成，其(qi)中勵磁(ci)(ci)(ci)線圈(quan)環繞制(zhi)在C形(xing)高導(dao)(dao)磁(ci)(ci)(ci)材料上，勵磁(ci)(ci)(ci)線圈(quan)中施加一(yi)定頻率的(de)交流(liu)電流(liu)。檢(jian)測元件與磁(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)(qi)一(yi)起(qi)與鋼(gang)棒形(xing)成相對螺旋(xuan)運(yun)動，當檢(jian)測元件掃查至(zhi)裂(lie)紋區域(yu)時可獲得裂(lie)紋信號。
二、整(zheng)體(ti)方案
鋼棒交(jiao)(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)檢(jian)(jian)測系統方案如(ru)圖7-28所示。檢(jian)(jian)測單元由交(jiao)(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化器和陣(zhen)列傳感(gan)器組成(cheng)；信(xin)號處理(li)過程中，檢(jian)(jian)測中缺(que)陷處的交(jiao)(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)與交(jiao)(jiao)流(liu)激勵場(chang)(chang)相疊加，為調制信(xin)號，因此需要(yao)對(dui)信(xin)號進行解調處理(li)，濾(lv)(lv)除原交(jiao)(jiao)流(liu)勵磁(ci)信(xin)號，保(bao)留裂紋(wen)信(xin)號，然后(hou)再進行放(fang)大濾(lv)(lv)波處理(li)。
為實(shi)現(xian)鋼(gang)棒(bang)(bang)縱向(xiang)裂(lie)紋的全覆蓋自動化檢(jian)測(ce)(ce)，檢(jian)測(ce)(ce)探(tan)(tan)頭需(xu)要在鋼(gang)棒(bang)(bang)表面形成螺旋(xuan)(xuan)線掃查路徑。目前，主要有兩種(zhong)實(shi)現(xian)方式(shi)：①檢(jian)測(ce)(ce)單元靜(jing)止，鋼(gang)棒(bang)(bang)做螺旋(xuan)(xuan)推(tui)進(jin)運(yun)(yun)(yun)動；②檢(jian)測(ce)(ce)單元旋(xuan)(xuan)轉，鋼(gang)棒(bang)(bang)做直線運(yun)(yun)(yun)動。第二種(zhong)多出(chu)現(xian)在進(jin)口(kou)的檢(jian)測(ce)(ce)設備中，旋(xuan)(xuan)轉機(ji)構包括周向(xiang)磁(ci)化器、檢(jian)測(ce)(ce)探(tan)(tan)靴、集電(dian)(dian)環、初步調理電(dian)(dian)路等，結(jie)構龐大(da)、價格昂(ang)貴。相比(bi)之下，采用第一種(zhong)運(yun)(yun)(yun)動方式(shi)可避免主機(ji)的回轉運(yun)(yun)(yun)動，使系(xi)統結(jie)構得到大(da)大(da)簡化，檢(jian)測(ce)(ce)成本低。這里采用基于鋼(gang)棒(bang)(bang)螺旋(xuan)(xuan)推(tui)進(jin)的運(yun)(yun)(yun)動方式(shi)。
三、檢測探頭(tou)
軸(zhou)向裂紋檢測應具備兩大(da)要素：一是外加磁(ci)場方向應最大(da)限度(du)地與軸(zhou)向裂紋垂直(zhi)，以(yi)激勵(li)出最大(da)強度(du)的(de)漏磁(ci)場；二是磁(ci)場測量單元(yuan)應該具有足夠(gou)的(de)靈(ling)敏度(du)。
1. 交流漏磁(ci)磁(ci)化器
鋼棒直(zhi)徑越小，軸向裂紋(wen)的檢測(ce)穩定性越難以保證。圖(tu)7-29所示為C形(xing)磁化器檢測(ce)狀態圖(tu)。
該(gai)方案有如下優點：
a. 經過鋼棒的有效主磁通更大，并(bing)且(qie)能保證(zheng)磁場方向(xiang)(xiang)同(tong)軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂紋正交(jiao)，裂紋漏磁場更大。
磁化器(qi)所(suo)產生的磁通(tong)路徑有兩條：一(yi)是(shi)經過鋼棒的主磁通(tong)，二是(shi)不經過鋼棒的漏磁Φ通(tong)，即在磁化器(qi)兩極之間傳遞(di)的磁通(tong)。故在磁路內的總磁通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流漏(lou)(lou)磁(ci)檢測一(yi)般使用(yong)U型磁(ci)軛，磁(ci)極(ji)平面一(yi)般與鋼棒(bang)表面相切。本方案的C形磁(ci)極(ji)用(yong)弧面與鋼棒(bang)表面貼合(he)，氣隙漏(lou)(lou)磁(ci)通量少(shao)，有(you)效增大進入鋼棒(bang)的主磁(ci)通量。
b. 對于小規格鋼棒(bang)，磁(ci)極(ji)與鋼棒(bang)表面貼(tie)合不好(hao)，會(hui)使傳感(gan)器(qi)(qi)檢(jian)測(ce)區域偏離磁(ci)化(hua)中心區，對信號(hao)產生干(gan)擾(rao)。在自(zi)動(dong)(dong)化(hua)檢(jian)測(ce)中，這種動(dong)(dong)態(tai)偏離將引起較大的干(gan)擾(rao)，降(jiang)低(di)檢(jian)測(ce)信噪比和靈敏度。C形磁(ci)化(hua)器(qi)(qi)及其磁(ci)極(ji)實(shi)現了較好(hao)的對中，檢(jian)測(ce)信號(hao)穩定，振動(dong)(dong)干(gan)擾(rao)小。
在檢(jian)測(ce)(ce)不(bu)同直(zhi)徑的鋼(gang)棒(bang)(bang)時，鋼(gang)棒(bang)(bang)中(zhong)心(xin)高會(hui)發生變化，浮動對中(zhong)機構可(ke)良好(hao)地(di)實現探頭跟蹤，減少(shao)干擾噪聲。利用(yong)滑(hua)(hua)軌滑(hua)(hua)塊機構可(ke)實現檢(jian)測(ce)(ce)探頭裝(zhuang)置的整體上下移(yi)動，以適應鋼(gang)棒(bang)(bang)的中(zhong)心(xin)高變化。氣缸可(ke)使檢(jian)測(ce)(ce)單元在鋼(gang)棒(bang)(bang)螺(luo)旋前(qian)進過程中(zhong)緊密(mi)貼合(he)鋼(gang)棒(bang)(bang)，避(bi)免提離值的變化對檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號的影響，如圖7-30所示。
2. 陣列傳感器
為提高檢(jian)測(ce)速度并滿(man)足全覆(fu)蓋(gai)一致性檢(jian)測(ce)，傳感(gan)器設計成陣列式(shi)，以增(zeng)加探頭(tou)軸向覆(fu)蓋(gai)范(fan)圍，防止缺陷漏(lou)檢(jian)。鋼棒螺(luo)旋前進(jin)的螺(luo)距一般稍小于(yu)探頭(tou)軸向覆(fu)蓋(gai)范(fan)圍，鋼棒運行(xing)螺(luo)距越大(da)，系(xi)統檢(jian)測(ce)速度越高。
由(you)于檢(jian)測過程(cheng)中會出(chu)現多種(zhong)機械電氣干擾而(er)形成背景(jing)噪聲，將傳感器單元(yuan)設計為差分式結構來消除部(bu)分干擾信號。如圖7-31所示，檢(jian)測單元(yuan)由(you)扁(bian)平(ping)線(xian)(xian)圈(quan)及聚(ju)磁(ci)鐵(tie)心組成，虛線(xian)(xian)框(kuang)為一個差分單元(yuan)。探(tan)頭(tou)耐(nai)磨層采用(yong)陶瓷片，實(shi)踐證明具(ju)有很好的耐(nai)磨效(xiao)果，在具(ju)體應用(yong)過程(cheng)中只需定期更(geng)換陶瓷片，即(ji)可延長探(tan)頭(tou)的使用(yong)壽命。
四、現場應用
鋼(gang)棒軸向裂紋自動檢測(ce)裝(zhuang)置如圖7-32所示，系統由信(xin)號勵磁源、計算機、采集(ji)卡、信(xin)號處理電路、輔機裝(zhuang)置和檢測(ce)單(dan)(dan)元等組(zu)成。圖中所示裝(zhuang)置僅用(yong)了1個檢測(ce)單(dan)(dan)元，其軸向覆蓋(gai)范圍為50mm，調節輥道的擺角，使ф24mm鋼(gang)棒行駛螺(luo)距(ju)小于(yu)50mm。當檢測(ce)單(dan)(dan)元增加到8個時，檢測(ce)螺(luo)距(ju)達到500mm，檢測(ce)直線速度可提升到60m／min。
待檢鋼(gang)棒如圖7-33所示，表面共有四個軸向裂(lie)紋(wen)，長均為(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(dui)鋼(gang)棒表(biao)(biao)面進行(xing)自動化檢(jian)測(ce)，所(suo)得信號如(ru)圖7-34所(suo)示。由檢(jian)測(ce)信號可知，該裝置對(dui)表(biao)(biao)面不同深(shen)度的軸向裂紋(wen)有(you)穩(wen)定(ding)可靠的檢(jian)測(ce)能力(li)，且信噪比(bi)較好。
交流(liu)漏(lou)磁(ci)法對鋼棒表面軸向裂(lie)紋(wen)具有(you)(you)較高的檢(jian)測靈敏度。局部磁(ci)軛磁(ci)化(hua)(hua)器(qi)易與陣(zhen)(zhen)列傳感器(qi)實(shi)(shi)現一(yi)體化(hua)(hua)，采用C形局部磁(ci)化(hua)(hua)器(qi)和陣(zhen)(zhen)列傳感器(qi)設計，使得檢(jian)測結構更(geng)簡單(dan)、小(xiao)型化(hua)(hua)，有(you)(you)利于自動(dong)化(hua)(hua)檢(jian)測的實(shi)(shi)施(shi)。該(gai)系(xi)統裂(lie)紋(wen)檢(jian)測深度最淺(qian)可達0.15mm，檢(jian)測速度可達60m／min，滿足鋼棒自動(dong)化(hua)(hua)檢(jian)測需求。
