在鋼(gang)棒的(de)(de)生(sheng)產過程(cheng)中會(hui)產生(sheng)裂(lie)紋、夾雜和(he)分(fen)層(ceng)等缺陷而影響鋼(gang)棒質(zhi)量，其中，鋼(gang)棒的(de)(de)表(biao)面縱(zong)向裂(lie)紋約占所有缺陷的(de)(de)70％。針對(dui)鋼(gang)棒的(de)(de)實際缺陷類型(xing)，一般采用復合檢(jian)測的(de)(de)方(fang)法(fa)對(dui)其質(zhi)量狀況進行綜合評定，如超(chao)聲(sheng)法(fa)主要檢(jian)測鋼(gang)棒的(de)(de)內(nei)部縱(zong)向裂(lie)紋、漏磁(ci)法(fa)主要檢(jian)測鋼(gang)棒的(de)(de)表(biao)面軸向裂(lie)紋。
鋼(gang)棒(bang)軸(zhou)向(xiang)裂紋將嚴重(zhong)影響產(chan)品質量，生(sheng)產(chan)過程中有效(xiao)檢(jian)出鋼(gang)棒(bang)中的(de)(de)軸(zhou)向(xiang)裂紋特別是微裂紋尤為必(bi)要。對于表(biao)面(mian)精拔加工的(de)(de)軸(zhou)承生(sheng)產(chan)用鋼(gang)棒(bang)，采用交(jiao)流漏磁(ci)檢(jian)測能夠有效(xiao)探測微小裂紋。針對鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)軸(zhou)向(xiang)裂紋，直流磁(ci)化漏磁(ci)檢(jian)測一般難以適用。
這里，介紹一(yi)種基于鋼棒螺旋運動(dong)(dong)、探頭固(gu)定的(de)鋼棒縱向裂紋自動(dong)(dong)檢(jian)測(ce)方(fang)法與裝(zhuang)置。采(cai)用(yong)C形局部交流(liu)磁(ci)(ci)化器對鋼棒進(jin)行勵磁(ci)(ci)，并采(cai)用(yong)相應(ying)的(de)陣列傳感器來拾取裂紋漏(lou)磁(ci)(ci)信號(hao)，最后通過計算機處理系統(tong)實施定量化檢(jian)測(ce)與評估(gu)，獲(huo)得穩定的(de)檢(jian)測(ce)靈敏度，具有廣泛的(de)應(ying)用(yong)價值。
一、檢測原(yuan)理
漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方法(fa)分為(wei)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)和交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)，圖(tu)7-26所(suo)示為(wei)鋼(gang)管和鋼(gang)棒周向(xiang)(xiang)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)化(hua)時磁(ci)(ci)(ci)場分布(bu)對比。由(you)(you)圖(tu)可(ke)知，鋼(gang)管易被磁(ci)(ci)(ci)化(hua)至飽和狀態，缺(que)陷漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)場比較大；而鋼(gang)棒磁(ci)(ci)(ci)化(hua)時，由(you)(you)于(yu)(yu)為(wei)實心，磁(ci)(ci)(ci)力線(xian)沒(mei)有(you)環繞至鋼(gang)棒表(biao)面(mian)，而直(zhi)(zhi)接穿過鋼(gang)棒中心，表(biao)面(mian)縱向(xiang)(xiang)裂紋(wen)幾乎沒(mei)有(you)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)場泄漏(lou)(lou)(lou)，為(wei)此，類似鋼(gang)管軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂紋(wen)的直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)方法(fa)難以(yi)在鋼(gang)棒上實施。由(you)(you)于(yu)(yu)趨膚效應(ying)，交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)場集中于(yu)(yu)工件表(biao)面(mian)，對表(biao)面(mian)軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂紋(wen)的檢測(ce)將更為(wei)敏感，所(suo)以(yi)，鋼(gang)棒軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂紋(wen)的檢測(ce)宜采用交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方法(fa)。
常用(yong)的(de)(de)交(jiao)流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器有穿過式(shi)線(xian)(xian)圈(quan)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器和局(ju)部(bu)磁(ci)(ci)軛式(shi)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器，用(yong)于縱向裂(lie)(lie)紋(wen)檢測的(de)(de)僅能采用(yong)后(hou)者。圖7-27所示為采用(yong)局(ju)部(bu)磁(ci)(ci)軛式(shi)磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器的(de)(de)鋼棒交(jiao)流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)檢測原理(li)圖。磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器由C形(xing)高(gao)導磁(ci)(ci)材料和勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)圈(quan)組(zu)成，其中(zhong)(zhong)勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)圈(quan)環繞制在(zai)C形(xing)高(gao)導磁(ci)(ci)材料上(shang)，勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)圈(quan)中(zhong)(zhong)施加一定(ding)頻率(lv)的(de)(de)交(jiao)流(liu)(liu)電流(liu)(liu)。檢測元件與磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器一起與鋼棒形(xing)成相對螺(luo)旋運(yun)動，當檢測元件掃查至裂(lie)(lie)紋(wen)區域時(shi)可獲得(de)裂(lie)(lie)紋(wen)信(xin)號。
二、整體方案
鋼棒交(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)檢測(ce)系統方(fang)案(an)如圖(tu)7-28所示。檢測(ce)單元(yuan)由交(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化器和陣列傳感器組成；信(xin)號(hao)(hao)處(chu)理(li)(li)過程中，檢測(ce)中缺陷處(chu)的(de)交(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)場(chang)與交(jiao)流(liu)激勵(li)場(chang)相疊(die)加(jia)，為調制信(xin)號(hao)(hao)，因此需要對信(xin)號(hao)(hao)進(jin)行解調處(chu)理(li)(li)，濾除原交(jiao)流(liu)勵(li)磁(ci)信(xin)號(hao)(hao)，保留(liu)裂紋信(xin)號(hao)(hao)，然后再進(jin)行放大(da)濾波處(chu)理(li)(li)。
為實現鋼棒縱(zong)向(xiang)(xiang)裂(lie)紋的全覆蓋(gai)自動(dong)化檢(jian)測，檢(jian)測探頭需要在鋼棒表面形(xing)成(cheng)螺旋(xuan)(xuan)線(xian)掃查路徑。目前(qian)，主要有(you)兩(liang)種(zhong)實現方(fang)式：①檢(jian)測單(dan)元靜止，鋼棒做螺旋(xuan)(xuan)推進運(yun)動(dong)；②檢(jian)測單(dan)元旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)，鋼棒做直線(xian)運(yun)動(dong)。第二種(zhong)多出現在進口的檢(jian)測設(she)備(bei)中，旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)機構包括(kuo)周向(xiang)(xiang)磁化器、檢(jian)測探靴、集電環(huan)、初步調理電路等，結(jie)構龐大、價格昂貴。相比之下，采用第一種(zhong)運(yun)動(dong)方(fang)式可避免主機的回轉(zhuan)運(yun)動(dong)，使系(xi)統結(jie)構得到大大簡化，檢(jian)測成(cheng)本(ben)低。這里(li)采用基于鋼棒螺旋(xuan)(xuan)推進的運(yun)動(dong)方(fang)式。
三(san)、檢(jian)測探(tan)頭(tou)
軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂紋檢測(ce)應(ying)(ying)具備兩大要素：一(yi)是外加(jia)磁場方向(xiang)(xiang)應(ying)(ying)最(zui)大限度地(di)與軸(zhou)向(xiang)(xiang)裂紋垂直，以(yi)激(ji)勵出最(zui)大強(qiang)度的(de)漏(lou)磁場；二是磁場測(ce)量單元應(ying)(ying)該具有足(zu)夠的(de)靈敏度。
1. 交(jiao)流漏磁磁化器
鋼(gang)棒直(zhi)徑越(yue)小(xiao)，軸向裂紋(wen)的檢測穩定性(xing)越(yue)難以保證。圖7-29所示為C形磁化器檢測狀態(tai)圖。
該(gai)方案有如下優(you)點：
a. 經過鋼棒的有效主(zhu)磁(ci)通更(geng)大(da)，并且能保證磁(ci)場方向同軸向裂紋正交，裂紋漏磁(ci)場更(geng)大(da)。
磁(ci)(ci)(ci)(ci)化器所產(chan)生的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)通(tong)路(lu)徑(jing)有兩條：一是(shi)經(jing)過(guo)鋼棒的(de)(de)主磁(ci)(ci)(ci)(ci)通(tong)，二是(shi)不經(jing)過(guo)鋼棒的(de)(de)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)Φ通(tong)，即在磁(ci)(ci)(ci)(ci)化器兩極之(zhi)間傳遞的(de)(de)磁(ci)(ci)(ci)(ci)通(tong)。故(gu)在磁(ci)(ci)(ci)(ci)路(lu)內的(de)(de)總磁(ci)(ci)(ci)(ci)通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢測一(yi)般使(shi)用U型磁(ci)(ci)(ci)軛，磁(ci)(ci)(ci)極(ji)(ji)平面一(yi)般與鋼棒表面相切(qie)。本方案(an)的C形磁(ci)(ci)(ci)極(ji)(ji)用弧面與鋼棒表面貼合，氣隙漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)通量少，有效增大進(jin)入鋼棒的主磁(ci)(ci)(ci)通量。
b. 對于(yu)小規格鋼棒，磁(ci)(ci)極與鋼棒表面(mian)貼合不(bu)好(hao)，會使傳感器(qi)檢測區域(yu)偏(pian)離磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)中(zhong)心區，對信(xin)號產生干擾。在自動化(hua)(hua)(hua)檢測中(zhong)，這種動態偏(pian)離將引起較大的(de)干擾，降(jiang)低檢測信(xin)噪(zao)比(bi)和(he)靈敏度。C形磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器(qi)及其磁(ci)(ci)極實現(xian)了較好(hao)的(de)對中(zhong)，檢測信(xin)號穩定(ding)，振動干擾小。
在檢測(ce)不同直徑的(de)(de)鋼(gang)棒(bang)(bang)時，鋼(gang)棒(bang)(bang)中(zhong)心高會發生(sheng)變(bian)(bian)化，浮動對中(zhong)機(ji)構(gou)可(ke)良好地實現探(tan)頭(tou)跟蹤，減少干(gan)擾(rao)噪聲。利用(yong)滑(hua)軌滑(hua)塊(kuai)機(ji)構(gou)可(ke)實現檢測(ce)探(tan)頭(tou)裝置的(de)(de)整體上下移動，以適(shi)應(ying)鋼(gang)棒(bang)(bang)的(de)(de)中(zhong)心高變(bian)(bian)化。氣缸可(ke)使檢測(ce)單(dan)元(yuan)在鋼(gang)棒(bang)(bang)螺旋(xuan)前進過程中(zhong)緊密貼合鋼(gang)棒(bang)(bang)，避免提(ti)離值(zhi)的(de)(de)變(bian)(bian)化對檢測(ce)信號的(de)(de)影(ying)響，如圖7-30所(suo)示。
2. 陣列(lie)傳感(gan)器
為提高(gao)檢(jian)測(ce)(ce)速度并(bing)滿足全覆蓋(gai)一致性檢(jian)測(ce)(ce)，傳感器(qi)設計成陣(zhen)列式，以增加探(tan)頭(tou)軸(zhou)向覆蓋(gai)范圍(wei)，防止缺陷漏(lou)檢(jian)。鋼棒螺旋前進的螺距(ju)一般稍(shao)小于探(tan)頭(tou)軸(zhou)向覆蓋(gai)范圍(wei)，鋼棒運行螺距(ju)越大，系統檢(jian)測(ce)(ce)速度越高(gao)。
由(you)于(yu)檢測過(guo)程中會出(chu)現多種機械電氣干擾而(er)形成背景噪聲(sheng)，將(jiang)傳感(gan)器單(dan)(dan)元設計(ji)為差分(fen)式結構(gou)來(lai)消除部分(fen)干擾信號。如圖7-31所示，檢測單(dan)(dan)元由(you)扁(bian)平線圈及聚磁鐵心(xin)組(zu)成，虛(xu)線框為一個差分(fen)單(dan)(dan)元。探(tan)頭(tou)耐(nai)磨(mo)層(ceng)采用(yong)陶瓷(ci)片，實踐證明具有很好的耐(nai)磨(mo)效果，在具體應用(yong)過(guo)程中只需定期更(geng)換(huan)陶瓷(ci)片，即可(ke)延長探(tan)頭(tou)的使用(yong)壽命。
四、現場應(ying)用
鋼(gang)棒軸向裂紋自動檢測(ce)(ce)裝(zhuang)置如圖7-32所(suo)示，系統(tong)由信(xin)號勵磁(ci)源、計(ji)算機、采(cai)集卡、信(xin)號處理(li)電路、輔機裝(zhuang)置和檢測(ce)(ce)單元等組成(cheng)。圖中所(suo)示裝(zhuang)置僅(jin)用了1個檢測(ce)(ce)單元，其軸向覆蓋范圍(wei)為50mm，調節輥道(dao)的擺角，使ф24mm鋼(gang)棒行駛螺距(ju)小于(yu)50mm。當檢測(ce)(ce)單元增加到8個時，檢測(ce)(ce)螺距(ju)達到500mm，檢測(ce)(ce)直(zhi)線速度可提升到60m／min。
待(dai)檢(jian)鋼棒(bang)如圖7-33所(suo)示，表面共(gong)有四個(ge)軸向裂(lie)紋(wen)，長均為(wei)40mm，寬(kuan)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)鋼棒表面進行自動化檢(jian)(jian)測(ce)，所(suo)得信號(hao)(hao)如(ru)圖7-34所(suo)示。由檢(jian)(jian)測(ce)信號(hao)(hao)可知，該裝置(zhi)對(dui)表面不同深度的軸向裂紋有穩定可靠的檢(jian)(jian)測(ce)能力(li)，且(qie)信噪比較好。
交流漏(lou)磁(ci)法對鋼棒(bang)表面(mian)軸(zhou)向裂(lie)紋具有較高的(de)檢測(ce)(ce)靈(ling)敏(min)度。局部(bu)磁(ci)軛磁(ci)化器(qi)(qi)易與陣列(lie)傳感器(qi)(qi)實現(xian)一體(ti)化，采用C形(xing)局部(bu)磁(ci)化器(qi)(qi)和(he)陣列(lie)傳感器(qi)(qi)設計(ji)，使得檢測(ce)(ce)結構更簡(jian)單、小型化，有利于自(zi)動化檢測(ce)(ce)的(de)實施(shi)。該系統裂(lie)紋檢測(ce)(ce)深度最淺(qian)可(ke)達(da)(da)0.15mm，檢測(ce)(ce)速度可(ke)達(da)(da)60m／min，滿(man)足鋼棒(bang)自(zi)動化檢測(ce)(ce)需求。
