在鋼棒(bang)(bang)的生(sheng)產過(guo)程中會產生(sheng)裂(lie)紋、夾雜和分層等缺陷(xian)(xian)而影響(xiang)鋼棒(bang)(bang)質量，其中，鋼棒(bang)(bang)的表(biao)面縱向(xiang)裂(lie)紋約占(zhan)所有缺陷(xian)(xian)的70％。針對鋼棒(bang)(bang)的實際缺陷(xian)(xian)類型(xing)，一般采用(yong)復合(he)檢(jian)測的方(fang)法對其質量狀況進(jin)行綜合(he)評定(ding)，如(ru)超聲法主要檢(jian)測鋼棒(bang)(bang)的內部縱向(xiang)裂(lie)紋、漏磁法主要檢(jian)測鋼棒(bang)(bang)的表(biao)面軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋。
鋼棒軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)將(jiang)嚴(yan)重影(ying)響產品質量，生(sheng)產過程中有效(xiao)檢出(chu)鋼棒中的軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)特別是微裂(lie)紋(wen)(wen)尤為(wei)必要。對于(yu)表面精(jing)拔(ba)加工的軸承生(sheng)產用(yong)鋼棒，采用(yong)交(jiao)流漏磁檢測(ce)能夠(gou)有效(xiao)探測(ce)微小裂(lie)紋(wen)(wen)。針對鋼棒表面軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋(wen)(wen)，直流磁化漏磁檢測(ce)一般難(nan)以適用(yong)。
這里，介紹一種基(ji)于鋼(gang)(gang)棒(bang)螺旋運(yun)動、探頭固(gu)定的(de)(de)鋼(gang)(gang)棒(bang)縱(zong)向裂紋(wen)自動檢測方法與裝(zhuang)置。采用C形局部交流磁(ci)化器對鋼(gang)(gang)棒(bang)進行勵磁(ci)，并(bing)采用相應的(de)(de)陣列傳感器來拾取裂紋(wen)漏磁(ci)信號，最后通過計(ji)算機處理(li)系(xi)統實施定量(liang)化檢測與評估，獲得穩定的(de)(de)檢測靈敏度，具有廣泛(fan)的(de)(de)應用價值。
一、檢測原(yuan)理(li)
漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)(ce)方法分為(wei)直流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)和交流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)，圖7-26所(suo)示為(wei)鋼(gang)管(guan)和鋼(gang)棒(bang)(bang)周向(xiang)直流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)時(shi)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場分布對(dui)比。由(you)(you)圖可知(zhi)，鋼(gang)管(guan)易被磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)至飽和狀態，缺陷漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場比較大；而(er)鋼(gang)棒(bang)(bang)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)時(shi)，由(you)(you)于(yu)(yu)為(wei)實心(xin)，磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)力(li)線沒有環繞至鋼(gang)棒(bang)(bang)表(biao)面(mian)，而(er)直接穿(chuan)過(guo)鋼(gang)棒(bang)(bang)中(zhong)心(xin)，表(biao)面(mian)縱(zong)向(xiang)裂(lie)(lie)紋幾乎沒有漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場泄漏(lou)，為(wei)此，類(lei)似鋼(gang)管(guan)軸向(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)直流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)方法難(nan)以(yi)在鋼(gang)棒(bang)(bang)上實施(shi)。由(you)(you)于(yu)(yu)趨膚效應，交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)場集(ji)中(zhong)于(yu)(yu)工件表(biao)面(mian)，對(dui)表(biao)面(mian)軸向(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)檢(jian)測(ce)(ce)將更為(wei)敏感，所(suo)以(yi)，鋼(gang)棒(bang)(bang)軸向(xiang)裂(lie)(lie)紋的(de)檢(jian)測(ce)(ce)宜采用交流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)(ce)方法。
常用(yong)的交(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化器(qi)(qi)有(you)穿過式(shi)線圈磁(ci)化器(qi)(qi)和局(ju)部(bu)磁(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)化器(qi)(qi)，用(yong)于縱向(xiang)裂(lie)紋(wen)檢(jian)測(ce)(ce)的僅能采用(yong)后(hou)者(zhe)。圖7-27所示為采用(yong)局(ju)部(bu)磁(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)化器(qi)(qi)的鋼棒(bang)交(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)原(yuan)理圖。磁(ci)化器(qi)(qi)由(you)C形(xing)高(gao)導磁(ci)材料和勵磁(ci)線圈組(zu)成，其中(zhong)(zhong)勵磁(ci)線圈環繞制在C形(xing)高(gao)導磁(ci)材料上，勵磁(ci)線圈中(zhong)(zhong)施(shi)加一定頻率的交(jiao)流(liu)電流(liu)。檢(jian)測(ce)(ce)元件與磁(ci)化器(qi)(qi)一起與鋼棒(bang)形(xing)成相(xiang)對螺旋運動，當檢(jian)測(ce)(ce)元件掃查至裂(lie)紋(wen)區(qu)域(yu)時可獲得裂(lie)紋(wen)信號。
二、整體方案(an)
鋼棒交(jiao)流漏磁(ci)檢(jian)測(ce)系(xi)統方案(an)如圖7-28所示。檢(jian)測(ce)單元由交(jiao)流漏磁(ci)磁(ci)化器(qi)和(he)陣列傳感器(qi)組(zu)成；信(xin)號處(chu)理過程中，檢(jian)測(ce)中缺陷(xian)處(chu)的(de)交(jiao)流漏磁(ci)場與交(jiao)流激勵(li)場相疊加，為調(diao)制信(xin)號，因(yin)此(ci)需要(yao)對信(xin)號進(jin)行(xing)解調(diao)處(chu)理，濾(lv)除(chu)原交(jiao)流勵(li)磁(ci)信(xin)號，保留裂紋信(xin)號，然后(hou)再(zai)進(jin)行(xing)放大濾(lv)波(bo)處(chu)理。
為實(shi)(shi)現鋼棒(bang)(bang)縱向裂紋的全覆(fu)蓋自動(dong)化檢測(ce)(ce)(ce)，檢測(ce)(ce)(ce)探(tan)頭需要在鋼棒(bang)(bang)表面(mian)形成(cheng)螺旋(xuan)線掃查路徑。目(mu)前(qian)，主要有兩(liang)種(zhong)實(shi)(shi)現方(fang)式：①檢測(ce)(ce)(ce)單元靜止，鋼棒(bang)(bang)做螺旋(xuan)推進運(yun)動(dong)；②檢測(ce)(ce)(ce)單元旋(xuan)轉，鋼棒(bang)(bang)做直(zhi)線運(yun)動(dong)。第二(er)種(zhong)多出現在進口的檢測(ce)(ce)(ce)設(she)備中，旋(xuan)轉機構(gou)(gou)包括(kuo)周向磁化器、檢測(ce)(ce)(ce)探(tan)靴、集電環、初步調理電路等，結構(gou)(gou)龐大(da)、價(jia)格昂貴。相(xiang)比之下，采用(yong)第一種(zhong)運(yun)動(dong)方(fang)式可避免主機的回(hui)轉運(yun)動(dong)，使系統結構(gou)(gou)得到大(da)大(da)簡化，檢測(ce)(ce)(ce)成(cheng)本低(di)。這里采用(yong)基于(yu)鋼棒(bang)(bang)螺旋(xuan)推進的運(yun)動(dong)方(fang)式。
三、檢測探頭
軸(zhou)向(xiang)裂紋檢(jian)測(ce)應具(ju)備(bei)兩大要素：一是外加磁場方(fang)向(xiang)應最(zui)大限度(du)地與軸(zhou)向(xiang)裂紋垂(chui)直，以激勵出最(zui)大強(qiang)度(du)的(de)漏(lou)磁場；二是磁場測(ce)量單(dan)元應該具(ju)有足夠的(de)靈敏度(du)。
1. 交流漏磁(ci)磁(ci)化器(qi)
鋼棒直徑(jing)越小，軸(zhou)向裂紋的(de)檢(jian)測(ce)穩(wen)定性越難以保證。圖(tu)(tu)7-29所示為C形磁(ci)化器檢(jian)測(ce)狀態(tai)圖(tu)(tu)。
該方案有如下優(you)點(dian)：
a. 經過鋼棒的(de)有效主(zhu)磁(ci)通更大，并且能保證磁(ci)場方(fang)向同軸向裂(lie)紋正交，裂(lie)紋漏磁(ci)場更大。
磁化器所產生的磁通路徑有兩條：一是經過鋼棒的主磁通，二是不經過鋼棒的漏磁Φ通，即(ji)在(zai)磁化器兩極之間傳遞(di)的磁通。故在(zai)磁路內的總磁通為(wei)
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交(jiao)流漏磁(ci)(ci)檢測一(yi)般使(shi)用U型磁(ci)(ci)軛(e)，磁(ci)(ci)極平面(mian)一(yi)般與(yu)(yu)鋼棒表面(mian)相切。本方案的C形磁(ci)(ci)極用弧(hu)面(mian)與(yu)(yu)鋼棒表面(mian)貼(tie)合(he)，氣隙(xi)漏磁(ci)(ci)通(tong)量(liang)少，有效增大進(jin)入鋼棒的主磁(ci)(ci)通(tong)量(liang)。
b. 對于小(xiao)規格鋼棒，磁(ci)(ci)(ci)極與鋼棒表(biao)面(mian)貼合不(bu)好(hao)，會使傳感器檢(jian)測區(qu)域偏(pian)離磁(ci)(ci)(ci)化(hua)中(zhong)心區(qu)，對信(xin)號產(chan)生干擾(rao)。在自動(dong)化(hua)檢(jian)測中(zhong)，這種動(dong)態偏(pian)離將(jiang)引(yin)起較大的(de)(de)干擾(rao)，降低檢(jian)測信(xin)噪(zao)比和靈敏(min)度。C形磁(ci)(ci)(ci)化(hua)器及其磁(ci)(ci)(ci)極實現(xian)了較好(hao)的(de)(de)對中(zhong)，檢(jian)測信(xin)號穩定，振(zhen)動(dong)干擾(rao)小(xiao)。
在檢(jian)(jian)測(ce)(ce)不同直徑(jing)的(de)鋼(gang)棒時，鋼(gang)棒中心高(gao)會發生變(bian)化(hua)，浮(fu)動(dong)對(dui)(dui)中機(ji)構可(ke)良(liang)好(hao)地實現探頭(tou)跟蹤，減少干擾噪聲。利(li)用滑軌滑塊機(ji)構可(ke)實現檢(jian)(jian)測(ce)(ce)探頭(tou)裝置的(de)整體(ti)上下移動(dong)，以適應鋼(gang)棒的(de)中心高(gao)變(bian)化(hua)。氣(qi)缸可(ke)使檢(jian)(jian)測(ce)(ce)單元在鋼(gang)棒螺旋前進過程中緊密貼合鋼(gang)棒，避(bi)免提離值的(de)變(bian)化(hua)對(dui)(dui)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號的(de)影響(xiang)，如圖7-30所示。
2. 陣列傳(chuan)感器
為(wei)提高(gao)檢測速(su)度并(bing)滿足全覆(fu)蓋(gai)一致性檢測，傳感器(qi)設計成陣列式，以增加探(tan)頭軸向(xiang)覆(fu)蓋(gai)范圍，防(fang)止(zhi)缺陷漏檢。鋼(gang)棒(bang)(bang)螺旋前進的螺距一般稍小于(yu)探(tan)頭軸向(xiang)覆(fu)蓋(gai)范圍，鋼(gang)棒(bang)(bang)運(yun)行螺距越大(da)，系統檢測速(su)度越高(gao)。
由于(yu)檢測過程(cheng)中會(hui)出現多種機械電氣(qi)干擾而形成(cheng)背景噪聲(sheng)，將傳感器(qi)單(dan)(dan)元設計為差(cha)分式結(jie)構(gou)來消除(chu)部分干擾信號。如圖7-31所示，檢測單(dan)(dan)元由扁平線(xian)圈(quan)及(ji)聚磁鐵心組成(cheng)，虛線(xian)框(kuang)為一個(ge)差(cha)分單(dan)(dan)元。探頭(tou)耐磨層采用(yong)(yong)陶瓷片(pian)，實踐(jian)證明(ming)具有很好的耐磨效果，在具體應用(yong)(yong)過程(cheng)中只(zhi)需定期更換陶瓷片(pian)，即(ji)可延長探頭(tou)的使(shi)用(yong)(yong)壽命。
四、現(xian)場(chang)應用
鋼棒(bang)軸(zhou)向裂紋(wen)自動檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)裝置(zhi)(zhi)如(ru)圖7-32所(suo)示，系統(tong)由信(xin)(xin)號(hao)勵磁源、計算機、采(cai)集卡、信(xin)(xin)號(hao)處理電路、輔機裝置(zhi)(zhi)和(he)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)單元(yuan)等組成。圖中所(suo)示裝置(zhi)(zhi)僅用了1個檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)單元(yuan)，其軸(zhou)向覆(fu)蓋范圍為50mm，調(diao)節輥道的擺角，使ф24mm鋼棒(bang)行駛螺距小于(yu)50mm。當檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)單元(yuan)增(zeng)加到8個時，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)螺距達到500mm，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)直線(xian)速度可提升到60m／min。
待(dai)檢鋼棒如圖7-33所示，表面共有四個軸(zhou)向裂(lie)紋(wen)，長均為(wei)40mm，寬均為(wei)0.2mm，裂(lie)紋(wen)深(shen)依次為(wei)0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒表(biao)(biao)面(mian)(mian)進行自動化(hua)檢(jian)(jian)測，所(suo)得信號(hao)(hao)如圖7-34所(suo)示(shi)。由檢(jian)(jian)測信號(hao)(hao)可知(zhi)，該裝置(zhi)對表(biao)(biao)面(mian)(mian)不同深度的(de)軸(zhou)向裂紋有穩定可靠(kao)的(de)檢(jian)(jian)測能力，且信噪(zao)比較好。
交流漏磁(ci)(ci)法對鋼棒表面軸向裂紋(wen)具有(you)較高(gao)的(de)檢測靈(ling)敏度(du)。局部磁(ci)(ci)軛磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)易與(yu)陣列(lie)傳感(gan)器(qi)實(shi)現一(yi)體化(hua)，采用C形局部磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)和(he)陣列(lie)傳感(gan)器(qi)設計，使得檢測結構更簡(jian)單、小型化(hua)，有(you)利(li)于(yu)自動化(hua)檢測的(de)實(shi)施。該(gai)系統裂紋(wen)檢測深度(du)最淺(qian)可達0.15mm，檢測速度(du)可達60m／min，滿足(zu)鋼棒自動化(hua)檢測需求。
