在(zai)鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)(de)生(sheng)產(chan)過(guo)程中(zhong)會產(chan)生(sheng)裂紋、夾雜和(he)分層(ceng)等缺(que)陷而影響鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)質(zhi)量(liang)，其中(zhong)，鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)(de)表面縱向裂紋約占所有缺(que)陷的(de)(de)70％。針對鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)(de)實際缺(que)陷類(lei)型(xing)，一般采用(yong)復合檢(jian)測的(de)(de)方法(fa)對其質(zhi)量(liang)狀況(kuang)進行綜合評定，如超聲法(fa)主要檢(jian)測鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)(de)內部縱向裂紋、漏磁法(fa)主要檢(jian)測鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)(de)表面軸(zhou)向裂紋。
鋼(gang)棒軸(zhou)(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)將(jiang)嚴(yan)重影響產品質(zhi)量，生產過程中有(you)效檢出鋼(gang)棒中的(de)軸(zhou)(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)特別是(shi)微裂(lie)(lie)紋(wen)尤為必(bi)要(yao)。對于表(biao)面精(jing)拔(ba)加工的(de)軸(zhou)(zhou)承生產用鋼(gang)棒，采用交流(liu)漏(lou)磁(ci)檢測(ce)能夠有(you)效探測(ce)微小裂(lie)(lie)紋(wen)。針對鋼(gang)棒表(biao)面軸(zhou)(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)，直流(liu)磁(ci)化漏(lou)磁(ci)檢測(ce)一般(ban)難以適用。
這里，介(jie)紹一種基于鋼棒(bang)螺(luo)旋(xuan)運動、探頭固定的鋼棒(bang)縱向裂(lie)紋自動檢測(ce)(ce)方法與(yu)裝(zhuang)置(zhi)。采用(yong)C形局部(bu)交流磁化(hua)器對鋼棒(bang)進行(xing)勵磁，并(bing)采用(yong)相應(ying)(ying)的陣列(lie)傳感(gan)器來(lai)拾取裂(lie)紋漏磁信(xin)號，最后通(tong)過計算機處理系統(tong)實(shi)施定量化(hua)檢測(ce)(ce)與(yu)評(ping)估，獲得穩定的檢測(ce)(ce)靈(ling)敏(min)度，具(ju)有(you)廣泛的應(ying)(ying)用(yong)價(jia)值。
一(yi)、檢測原理(li)
漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測(ce)(ce)(ce)方法分為(wei)直流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)和交流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)，圖7-26所示(shi)為(wei)鋼(gang)管(guan)和鋼(gang)棒(bang)周向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)直流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)時磁(ci)(ci)(ci)(ci)場分布對比(bi)。由(you)圖可(ke)知，鋼(gang)管(guan)易(yi)被磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)至飽和狀態，缺陷漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場比(bi)較大(da)；而鋼(gang)棒(bang)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)時，由(you)于為(wei)實心(xin)，磁(ci)(ci)(ci)(ci)力線沒有環繞(rao)至鋼(gang)棒(bang)表面(mian)(mian)，而直接穿(chuan)過鋼(gang)棒(bang)中(zhong)(zhong)心(xin)，表面(mian)(mian)縱向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)紋幾乎沒有漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場泄漏(lou)(lou)，為(wei)此，類(lei)似(si)鋼(gang)管(guan)軸(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)紋的直流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)方法難以(yi)在鋼(gang)棒(bang)上實施。由(you)于趨膚效應(ying)，交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場集中(zhong)(zhong)于工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)，對表面(mian)(mian)軸(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)紋的檢測(ce)(ce)(ce)將(jiang)更為(wei)敏(min)感，所以(yi)，鋼(gang)棒(bang)軸(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)裂(lie)紋的檢測(ce)(ce)(ce)宜采(cai)用交流(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測(ce)(ce)(ce)方法。
常(chang)用(yong)(yong)的交流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)有穿過式(shi)線(xian)圈(quan)磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)和局部磁(ci)(ci)(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)，用(yong)(yong)于縱向裂(lie)(lie)紋(wen)檢(jian)測(ce)的僅能采(cai)(cai)用(yong)(yong)后者。圖(tu)7-27所(suo)示為采(cai)(cai)用(yong)(yong)局部磁(ci)(ci)(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)的鋼棒交流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)原理圖(tu)。磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)由C形(xing)高(gao)(gao)導(dao)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)和勵磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)組成，其中(zhong)勵磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)環繞(rao)制在C形(xing)高(gao)(gao)導(dao)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料(liao)上，勵磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)中(zhong)施加一(yi)定頻(pin)率的交流(liu)(liu)電流(liu)(liu)。檢(jian)測(ce)元(yuan)件(jian)與磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)一(yi)起與鋼棒形(xing)成相對(dui)螺旋運動，當(dang)檢(jian)測(ce)元(yuan)件(jian)掃查至裂(lie)(lie)紋(wen)區域時可獲得裂(lie)(lie)紋(wen)信號。
二(er)、整體方案
鋼棒交(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏磁檢(jian)(jian)測系統方(fang)案如(ru)圖7-28所示。檢(jian)(jian)測單(dan)元(yuan)由交(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏磁磁化器和陣列傳感器組成；信(xin)號(hao)(hao)處(chu)(chu)理過(guo)程中(zhong)，檢(jian)(jian)測中(zhong)缺陷處(chu)(chu)的(de)交(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏磁場(chang)與交(jiao)流(liu)(liu)(liu)激勵(li)場(chang)相(xiang)疊加，為(wei)調(diao)制信(xin)號(hao)(hao)，因此需要對信(xin)號(hao)(hao)進(jin)行(xing)(xing)解調(diao)處(chu)(chu)理，濾除原(yuan)交(jiao)流(liu)(liu)(liu)勵(li)磁信(xin)號(hao)(hao)，保(bao)留裂紋信(xin)號(hao)(hao)，然后再進(jin)行(xing)(xing)放大濾波(bo)處(chu)(chu)理。
為實(shi)現鋼(gang)(gang)棒(bang)縱向裂紋的全覆蓋自動化檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)探頭需要在(zai)鋼(gang)(gang)棒(bang)表面形成(cheng)螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)線掃查路徑。目前，主要有兩種(zhong)(zhong)實(shi)現方式：①檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單元靜(jing)止，鋼(gang)(gang)棒(bang)做螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)推進(jin)運動；②檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單元旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)，鋼(gang)(gang)棒(bang)做直線運動。第(di)(di)二種(zhong)(zhong)多出現在(zai)進(jin)口的檢(jian)測(ce)(ce)(ce)設(she)備中，旋(xuan)(xuan)(xuan)轉(zhuan)機(ji)構(gou)包括周向磁(ci)化器、檢(jian)測(ce)(ce)(ce)探靴、集(ji)電環、初(chu)步調理電路等，結構(gou)龐大、價格昂貴。相比(bi)之(zhi)下，采用第(di)(di)一(yi)種(zhong)(zhong)運動方式可避免主機(ji)的回(hui)轉(zhuan)運動，使系統結構(gou)得到(dao)大大簡化，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)成(cheng)本低(di)。這里采用基于鋼(gang)(gang)棒(bang)螺(luo)旋(xuan)(xuan)(xuan)推進(jin)的運動方式。
三、檢測(ce)探頭(tou)
軸向(xiang)裂(lie)紋檢測(ce)(ce)應(ying)具備兩大要素：一(yi)是外(wai)加磁(ci)場(chang)方向(xiang)應(ying)最(zui)大限(xian)度地與軸向(xiang)裂(lie)紋垂直，以(yi)激勵出最(zui)大強度的漏磁(ci)場(chang)；二是磁(ci)場(chang)測(ce)(ce)量單元應(ying)該(gai)具有足夠(gou)的靈敏(min)度。
1. 交流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化(hua)器
鋼(gang)棒(bang)直徑越(yue)小(xiao)，軸(zhou)向裂紋的檢測(ce)穩定性(xing)越(yue)難以保證(zheng)。圖7-29所(suo)示為C形磁(ci)化器檢測(ce)狀態圖。
該(gai)方(fang)案有(you)如下優點(dian)：
a. 經(jing)過鋼棒的有效主(zhu)磁(ci)(ci)通(tong)更(geng)(geng)大(da)，并且(qie)能(neng)保(bao)證磁(ci)(ci)場(chang)方向同軸向裂(lie)紋正(zheng)交(jiao)，裂(lie)紋漏磁(ci)(ci)場(chang)更(geng)(geng)大(da)。
磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)所(suo)產生的(de)磁(ci)(ci)(ci)通(tong)路徑有兩(liang)條(tiao)：一是經過鋼棒的(de)主磁(ci)(ci)(ci)通(tong)，二是不經過鋼棒的(de)漏磁(ci)(ci)(ci)Φ通(tong)，即在磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)兩(liang)極之間傳遞(di)的(de)磁(ci)(ci)(ci)通(tong)。故在磁(ci)(ci)(ci)路內的(de)總磁(ci)(ci)(ci)通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常(chang)規交流(liu)漏磁(ci)檢(jian)測一(yi)般使用(yong)U型磁(ci)軛，磁(ci)極平(ping)面一(yi)般與(yu)(yu)鋼(gang)棒表面相切(qie)。本方案的C形磁(ci)極用(yong)弧(hu)面與(yu)(yu)鋼(gang)棒表面貼(tie)合，氣(qi)隙漏磁(ci)通(tong)量少，有效(xiao)增大(da)進入鋼(gang)棒的主磁(ci)通(tong)量。
b. 對(dui)于小規格鋼(gang)棒，磁(ci)(ci)極與鋼(gang)棒表面貼合不好，會使傳感器檢測區域偏離磁(ci)(ci)化(hua)中(zhong)心區，對(dui)信(xin)(xin)(xin)號產生干(gan)擾(rao)。在自動化(hua)檢測中(zhong)，這種動態偏離將引起較大的干(gan)擾(rao)，降低檢測信(xin)(xin)(xin)噪比和靈(ling)敏度。C形磁(ci)(ci)化(hua)器及其磁(ci)(ci)極實現了較好的對(dui)中(zhong)，檢測信(xin)(xin)(xin)號穩定，振動干(gan)擾(rao)小。
在檢測(ce)不同直徑的(de)(de)(de)鋼棒(bang)時，鋼棒(bang)中(zhong)心(xin)高會發生變化(hua)，浮動對(dui)(dui)中(zhong)機構可(ke)(ke)良好地實(shi)現探頭跟蹤，減(jian)少干(gan)擾(rao)噪聲。利(li)用滑軌滑塊機構可(ke)(ke)實(shi)現檢測(ce)探頭裝置的(de)(de)(de)整體上下移動，以適應鋼棒(bang)的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)高變化(hua)。氣缸可(ke)(ke)使檢測(ce)單元在鋼棒(bang)螺(luo)旋前(qian)進過程(cheng)中(zhong)緊密貼(tie)合鋼棒(bang)，避(bi)免(mian)提離值的(de)(de)(de)變化(hua)對(dui)(dui)檢測(ce)信號(hao)的(de)(de)(de)影(ying)響，如圖7-30所示(shi)。
2. 陣列傳(chuan)感器
為提高(gao)(gao)檢(jian)(jian)測(ce)速度并滿(man)足全覆(fu)(fu)蓋一致性檢(jian)(jian)測(ce)，傳感(gan)器設(she)計成(cheng)陣列式，以增加探頭軸向覆(fu)(fu)蓋范(fan)圍(wei)，防止缺陷漏(lou)檢(jian)(jian)。鋼棒螺(luo)旋前進的(de)螺(luo)距一般稍小于(yu)探頭軸向覆(fu)(fu)蓋范(fan)圍(wei)，鋼棒運行螺(luo)距越大，系統檢(jian)(jian)測(ce)速度越高(gao)(gao)。
由于(yu)檢測過程中會出(chu)現多種機械(xie)電氣干(gan)擾而(er)形成背景(jing)噪聲，將傳感(gan)器單元(yuan)(yuan)設計為差分(fen)(fen)式結構來(lai)消除部分(fen)(fen)干(gan)擾信號。如圖7-31所示，檢測單元(yuan)(yuan)由扁平線(xian)圈及聚磁鐵(tie)心(xin)組(zu)成，虛線(xian)框(kuang)為一個差分(fen)(fen)單元(yuan)(yuan)。探頭耐磨(mo)層采(cai)用陶瓷片，實踐證(zheng)明具(ju)有很好的耐磨(mo)效(xiao)果，在具(ju)體應用過程中只需定期更(geng)換陶瓷片，即可延長(chang)探頭的使用壽(shou)命。
四(si)、現場(chang)應(ying)用
鋼棒軸(zhou)向(xiang)裂紋自動檢(jian)測裝(zhuang)置(zhi)如(ru)圖7-32所(suo)示，系統(tong)由(you)信號勵磁(ci)源、計算機、采集卡、信號處理(li)電路、輔機裝(zhuang)置(zhi)和檢(jian)測單(dan)元(yuan)等組成(cheng)。圖中所(suo)示裝(zhuang)置(zhi)僅用(yong)了1個檢(jian)測單(dan)元(yuan)，其軸(zhou)向(xiang)覆蓋范圍(wei)為50mm，調節輥道的擺角，使ф24mm鋼棒行駛螺距小于(yu)50mm。當檢(jian)測單(dan)元(yuan)增(zeng)加到8個時，檢(jian)測螺距達到500mm，檢(jian)測直(zhi)線速度可(ke)提升到60m／min。
待檢鋼棒如(ru)圖7-33所(suo)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)深依(yi)次為(wei)0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對(dui)鋼棒(bang)表面進行自(zi)動化檢測，所得(de)信號(hao)如圖7-34所示。由(you)檢測信號(hao)可知，該裝置(zhi)對(dui)表面不同深度的軸向(xiang)裂紋有穩定可靠的檢測能(neng)力，且信噪(zao)比較好。
交流漏磁(ci)法對鋼棒表面軸向裂紋具有較高的(de)檢測(ce)靈敏度(du)。局部(bu)磁(ci)軛磁(ci)化(hua)器易與(yu)陣列傳感器實現一(yi)體(ti)化(hua)，采用(yong)C形局部(bu)磁(ci)化(hua)器和陣列傳感器設計，使(shi)得檢測(ce)結構更簡單(dan)、小(xiao)型化(hua)，有利于自動化(hua)檢測(ce)的(de)實施。該(gai)系統裂紋檢測(ce)深度(du)最淺可達(da)0.15mm，檢測(ce)速度(du)可達(da)60m／min，滿(man)足鋼棒自動化(hua)檢測(ce)需(xu)求。
