在鋼棒(bang)(bang)的(de)生產過程中會產生裂紋(wen)、夾雜(za)和(he)分層等缺(que)陷(xian)而影響鋼棒(bang)(bang)質(zhi)量，其中，鋼棒(bang)(bang)的(de)表面縱向(xiang)裂紋(wen)約占(zhan)所(suo)有缺(que)陷(xian)的(de)70％。針對鋼棒(bang)(bang)的(de)實際缺(que)陷(xian)類(lei)型，一般采用復合檢(jian)測(ce)的(de)方法(fa)對其質(zhi)量狀況(kuang)進(jin)行綜(zong)合評定，如超聲法(fa)主(zhu)要(yao)檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)(bang)的(de)內(nei)部縱向(xiang)裂紋(wen)、漏磁法(fa)主(zhu)要(yao)檢(jian)測(ce)鋼棒(bang)(bang)的(de)表面軸向(xiang)裂紋(wen)。
鋼(gang)棒(bang)軸向裂(lie)紋(wen)將嚴(yan)重影響(xiang)產品質(zhi)量(liang)，生(sheng)產過(guo)程中有效檢(jian)出(chu)鋼(gang)棒(bang)中的軸向裂(lie)紋(wen)特別是微裂(lie)紋(wen)尤為必要。對于表(biao)面(mian)精拔加工的軸承(cheng)生(sheng)產用鋼(gang)棒(bang)，采(cai)用交流漏磁(ci)檢(jian)測能夠有效探測微小裂(lie)紋(wen)。針對鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)軸向裂(lie)紋(wen)，直流磁(ci)化(hua)漏磁(ci)檢(jian)測一般難以適用。
這(zhe)里，介紹一種基于鋼(gang)(gang)棒螺旋運動(dong)、探頭固(gu)定(ding)(ding)的(de)鋼(gang)(gang)棒縱向裂(lie)紋自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)方法與裝(zhuang)置。采(cai)用C形局部交流磁化器對鋼(gang)(gang)棒進行勵(li)磁，并采(cai)用相應(ying)(ying)的(de)陣列傳感器來拾取裂(lie)紋漏磁信號，最(zui)后通過計(ji)算機處理系統實施定(ding)(ding)量化檢(jian)測(ce)與評估，獲得穩定(ding)(ding)的(de)檢(jian)測(ce)靈敏度，具有廣(guang)泛的(de)應(ying)(ying)用價值。
一(yi)、檢測原(yuan)理
漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)(ce)方法(fa)分(fen)為直流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)和交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)，圖7-26所示(shi)為鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管和鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒周(zhou)向(xiang)直流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化時磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)分(fen)布對比(bi)。由圖可(ke)知(zhi)，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管易被磁(ci)(ci)(ci)(ci)化至(zhi)(zhi)飽和狀(zhuang)態(tai)，缺陷漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)比(bi)較大；而鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒磁(ci)(ci)(ci)(ci)化時，由于(yu)為實(shi)(shi)心(xin)，磁(ci)(ci)(ci)(ci)力線(xian)沒(mei)有環繞至(zhi)(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒表(biao)面(mian)，而直接穿過(guo)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒中心(xin)，表(biao)面(mian)縱向(xiang)裂(lie)(lie)紋幾乎沒(mei)有漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)泄漏，為此，類似鋼(gang)(gang)(gang)(gang)管軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)直流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)方法(fa)難以在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒上實(shi)(shi)施。由于(yu)趨膚效應(ying)，交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)集中于(yu)工件表(biao)面(mian)，對表(biao)面(mian)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)檢(jian)測(ce)(ce)將更(geng)為敏感，所以，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)檢(jian)測(ce)(ce)宜采用交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)(ce)方法(fa)。
常用的交(jiao)流(liu)(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)有穿過式(shi)線(xian)圈(quan)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)和局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)軛式(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)，用于縱向裂紋檢(jian)測的僅能采(cai)用后者。圖(tu)7-27所示(shi)為采(cai)用局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)軛式(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)的鋼棒交(jiao)流(liu)(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測原理圖(tu)。磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)由(you)C形(xing)(xing)高導磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料和勵磁(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)組成，其中勵磁(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)環繞制(zhi)在C形(xing)(xing)高導磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料上，勵磁(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)中施加一(yi)定頻率的交(jiao)流(liu)(liu)電流(liu)(liu)。檢(jian)測元件(jian)(jian)與(yu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)(qi)一(yi)起與(yu)鋼棒形(xing)(xing)成相對螺(luo)旋運(yun)動，當檢(jian)測元件(jian)(jian)掃查(cha)至裂紋區域時(shi)可獲得裂紋信號。
二、整體(ti)方案
鋼棒交流(liu)漏磁(ci)(ci)檢測系統(tong)方案如圖7-28所示。檢測單元(yuan)由交流(liu)漏磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化器(qi)和(he)陣列傳感器(qi)組成；信號處(chu)理過(guo)程中，檢測中缺陷處(chu)的(de)交流(liu)漏磁(ci)(ci)場與交流(liu)激勵場相疊加(jia)，為調(diao)制(zhi)信號，因此(ci)需要對信號進(jin)行解調(diao)處(chu)理，濾(lv)除原交流(liu)勵磁(ci)(ci)信號，保(bao)留裂紋信號，然后再進(jin)行放大(da)濾(lv)波處(chu)理。
為實(shi)(shi)現鋼(gang)棒(bang)縱向裂紋的(de)全覆蓋自動(dong)(dong)化檢測(ce)，檢測(ce)探頭需要(yao)在鋼(gang)棒(bang)表面形(xing)成螺(luo)旋(xuan)(xuan)線掃查(cha)路徑。目(mu)前，主(zhu)要(yao)有兩種實(shi)(shi)現方式(shi)：①檢測(ce)單元靜止，鋼(gang)棒(bang)做螺(luo)旋(xuan)(xuan)推進(jin)運(yun)動(dong)(dong)；②檢測(ce)單元旋(xuan)(xuan)轉，鋼(gang)棒(bang)做直線運(yun)動(dong)(dong)。第(di)(di)二種多出現在進(jin)口(kou)的(de)檢測(ce)設(she)備中，旋(xuan)(xuan)轉機構(gou)包(bao)括周向磁化器(qi)、檢測(ce)探靴(xue)、集(ji)電(dian)環、初步調(diao)理電(dian)路等，結(jie)構(gou)龐大、價格昂(ang)貴。相比之下，采用第(di)(di)一種運(yun)動(dong)(dong)方式(shi)可(ke)避免(mian)主(zhu)機的(de)回轉運(yun)動(dong)(dong)，使系統結(jie)構(gou)得(de)到大大簡(jian)化，檢測(ce)成本低。這里采用基于(yu)鋼(gang)棒(bang)螺(luo)旋(xuan)(xuan)推進(jin)的(de)運(yun)動(dong)(dong)方式(shi)。
三、檢測探(tan)頭
軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)檢測應(ying)具備兩大要(yao)素：一是外(wai)加磁(ci)場(chang)(chang)方向(xiang)應(ying)最大限(xian)度地與軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)垂直，以激(ji)勵出最大強度的(de)漏(lou)磁(ci)場(chang)(chang)；二(er)是磁(ci)場(chang)(chang)測量單元應(ying)該具有足夠的(de)靈(ling)敏度。
1. 交流漏磁磁化器
鋼棒直徑越小，軸向裂(lie)紋(wen)的檢(jian)測穩定性越難以保證。圖7-29所(suo)示為C形(xing)磁化(hua)器檢(jian)測狀態圖。
該(gai)方(fang)案有如下優(you)點：
a. 經過鋼(gang)棒的有效主磁通更大，并且能保(bao)證(zheng)磁場(chang)(chang)方向同軸向裂(lie)紋正交，裂(lie)紋漏磁場(chang)(chang)更大。
磁化器(qi)所(suo)產生的磁通(tong)路(lu)徑有兩條：一是(shi)經(jing)過(guo)鋼棒的主磁通(tong)，二是(shi)不(bu)經(jing)過(guo)鋼棒的漏(lou)磁Φ通(tong)，即在磁化器(qi)兩極之(zhi)間傳遞的磁通(tong)。故(gu)在磁路(lu)內的總磁通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流漏磁(ci)(ci)檢測一般(ban)使用U型磁(ci)(ci)軛，磁(ci)(ci)極平面(mian)(mian)一般(ban)與鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)(mian)相切。本方案的(de)C形磁(ci)(ci)極用弧面(mian)(mian)與鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)(mian)貼(tie)合，氣隙漏磁(ci)(ci)通(tong)量(liang)少(shao)，有(you)效增大進入鋼(gang)棒(bang)的(de)主磁(ci)(ci)通(tong)量(liang)。
b. 對于小(xiao)規格鋼(gang)棒，磁(ci)極與鋼(gang)棒表(biao)面貼合不(bu)好，會使傳感(gan)器檢(jian)(jian)測區(qu)(qu)域偏離(li)(li)磁(ci)化中心(xin)區(qu)(qu)，對信號產(chan)生干擾(rao)。在(zai)自動(dong)化檢(jian)(jian)測中，這種動(dong)態偏離(li)(li)將引起(qi)較大的干擾(rao)，降低檢(jian)(jian)測信噪(zao)比(bi)和靈敏(min)度。C形磁(ci)化器及(ji)其磁(ci)極實(shi)現了較好的對中，檢(jian)(jian)測信號穩定，振動(dong)干擾(rao)小(xiao)。
在檢(jian)測(ce)不同直徑的(de)鋼(gang)棒時(shi)，鋼(gang)棒中心高會發生變化，浮動(dong)對中機構(gou)可良好(hao)地實現(xian)探頭跟蹤，減少(shao)干擾噪(zao)聲。利用(yong)滑(hua)軌滑(hua)塊(kuai)機構(gou)可實現(xian)檢(jian)測(ce)探頭裝置的(de)整(zheng)體上下移動(dong)，以適(shi)應鋼(gang)棒的(de)中心高變化。氣缸可使(shi)檢(jian)測(ce)單(dan)元在鋼(gang)棒螺旋前進過程(cheng)中緊密貼合(he)鋼(gang)棒，避免(mian)提(ti)離值的(de)變化對檢(jian)測(ce)信號的(de)影(ying)響(xiang)，如圖7-30所示。
2. 陣列傳感器
為提高(gao)檢測(ce)速度并滿足全覆蓋(gai)(gai)一致性檢測(ce)，傳感(gan)器設計成陣列(lie)式，以增加探頭軸向(xiang)覆蓋(gai)(gai)范圍，防止(zhi)缺陷漏檢。鋼棒螺(luo)旋(xuan)前(qian)進(jin)的螺(luo)距(ju)一般稍小于探頭軸向(xiang)覆蓋(gai)(gai)范圍，鋼棒運(yun)行螺(luo)距(ju)越大，系統檢測(ce)速度越高(gao)。
由于檢(jian)測(ce)過程中會出現多種機械電氣干擾而(er)形成背景(jing)噪聲，將傳(chuan)感器單元設計為(wei)差分式(shi)結構來消除部(bu)分干擾信號。如圖7-31所示，檢(jian)測(ce)單元由扁平線圈及(ji)聚(ju)磁鐵心組成，虛線框(kuang)為(wei)一個差分單元。探頭耐磨層采(cai)用(yong)(yong)陶(tao)瓷(ci)片(pian)，實踐(jian)證明具(ju)有很(hen)好的(de)耐磨效果，在具(ju)體(ti)應用(yong)(yong)過程中只需定期(qi)更換陶(tao)瓷(ci)片(pian)，即可延(yan)長探頭的(de)使用(yong)(yong)壽(shou)命。
四(si)、現場應用
鋼(gang)棒軸向(xiang)裂紋(wen)自動檢(jian)(jian)測(ce)(ce)裝置(zhi)(zhi)如圖7-32所示，系統由信(xin)號勵磁源、計算機、采集卡、信(xin)號處(chu)理電路、輔機裝置(zhi)(zhi)和檢(jian)(jian)測(ce)(ce)單(dan)元(yuan)等組(zu)成。圖中所示裝置(zhi)(zhi)僅用了1個(ge)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)單(dan)元(yuan)，其軸向(xiang)覆蓋范(fan)圍為50mm，調節(jie)輥道的(de)擺(bai)角，使ф24mm鋼(gang)棒行駛螺(luo)距小(xiao)于50mm。當檢(jian)(jian)測(ce)(ce)單(dan)元(yuan)增加(jia)到(dao)8個(ge)時，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)螺(luo)距達到(dao)500mm，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)直(zhi)線速度(du)可提(ti)升到(dao)60m／min。
待檢鋼棒如圖7-33所示，表(biao)面共有四(si)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(he)0.30mm。
對鋼(gang)棒表面進(jin)行(xing)自(zi)動化(hua)檢測(ce)(ce)，所得信(xin)號(hao)如圖7-34所示。由檢測(ce)(ce)信(xin)號(hao)可知(zhi)，該(gai)裝置對表面不同深度的(de)軸向裂紋有穩定可靠的(de)檢測(ce)(ce)能(neng)力(li)，且(qie)信(xin)噪比(bi)較好。
交流漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)法對鋼棒表面軸向裂紋具(ju)有較高的(de)(de)檢(jian)測靈敏度。局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)軛(e)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)易與陣列(lie)傳感(gan)器(qi)實現一體化(hua)，采用C形局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)和(he)陣列(lie)傳感(gan)器(qi)設(she)計，使得檢(jian)測結(jie)構(gou)更(geng)簡單(dan)、小型(xing)化(hua)，有利于自動(dong)(dong)化(hua)檢(jian)測的(de)(de)實施。該(gai)系統裂紋檢(jian)測深度最淺可達0.15mm，檢(jian)測速(su)度可達60m／min，滿足(zu)鋼棒自動(dong)(dong)化(hua)檢(jian)測需求。
