在鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)生(sheng)產過程(cheng)中會(hui)產生(sheng)裂(lie)紋(wen)、夾雜和分層等缺(que)陷(xian)而影(ying)響鋼(gang)(gang)棒(bang)質(zhi)量(liang)(liang)，其中，鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)表面(mian)縱(zong)向裂(lie)紋(wen)約(yue)占(zhan)所(suo)有缺(que)陷(xian)的(de)70％。針對(dui)(dui)鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)實際缺(que)陷(xian)類(lei)型，一(yi)般采用復合(he)(he)檢測(ce)的(de)方(fang)法對(dui)(dui)其質(zhi)量(liang)(liang)狀況進(jin)行綜合(he)(he)評定，如超聲法主(zhu)要檢測(ce)鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)內部縱(zong)向裂(lie)紋(wen)、漏磁法主(zhu)要檢測(ce)鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)表面(mian)軸向裂(lie)紋(wen)。
鋼棒(bang)(bang)軸向裂(lie)紋(wen)將嚴(yan)重(zhong)影(ying)響產(chan)品質量，生產(chan)過程中有(you)效檢(jian)出鋼棒(bang)(bang)中的軸向裂(lie)紋(wen)特(te)別是微(wei)裂(lie)紋(wen)尤(you)為必要。對于表面精拔加工的軸承生產(chan)用鋼棒(bang)(bang)，采用交流(liu)漏磁檢(jian)測能(neng)夠有(you)效探測微(wei)小裂(lie)紋(wen)。針對鋼棒(bang)(bang)表面軸向裂(lie)紋(wen)，直流(liu)磁化漏磁檢(jian)測一般難以(yi)適用。
這里，介(jie)紹一種(zhong)基于(yu)鋼(gang)棒螺旋運動、探頭固定(ding)的鋼(gang)棒縱向裂紋自動檢(jian)測(ce)方法與裝(zhuang)置(zhi)。采用(yong)(yong)C形局部交流磁(ci)化器(qi)對鋼(gang)棒進行(xing)勵磁(ci)，并(bing)采用(yong)(yong)相應的陣(zhen)列傳感器(qi)來拾取(qu)裂紋漏磁(ci)信(xin)號，最后通(tong)過計算機處理系統實施定(ding)量化檢(jian)測(ce)與評估，獲得穩(wen)定(ding)的檢(jian)測(ce)靈(ling)敏(min)度，具有廣泛(fan)的應用(yong)(yong)價值(zhi)。
一、檢(jian)測原理
漏磁檢測方(fang)法(fa)分為(wei)直流漏磁和(he)交流漏磁，圖7-26所示為(wei)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)和(he)鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)(bang)周向直流磁化時(shi)磁場(chang)分布對(dui)比(bi)。由圖可(ke)知，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)易被磁化至(zhi)飽和(he)狀態，缺陷漏磁場(chang)比(bi)較大；而鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)(bang)磁化時(shi)，由于(yu)為(wei)實心，磁力線(xian)沒有環繞至(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)(bang)表面，而直接穿過鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)(bang)中心，表面縱向裂(lie)紋(wen)幾乎(hu)沒有漏磁場(chang)泄(xie)漏，為(wei)此(ci)，類(lei)似鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)軸向裂(lie)紋(wen)的(de)直流漏磁方(fang)法(fa)難(nan)以(yi)(yi)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)(bang)上實施。由于(yu)趨膚效應，交流磁場(chang)集中于(yu)工件表面，對(dui)表面軸向裂(lie)紋(wen)的(de)檢測將更為(wei)敏感(gan)，所以(yi)(yi)，鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)(bang)軸向裂(lie)紋(wen)的(de)檢測宜采用交流漏磁檢測方(fang)法(fa)。
常用(yong)(yong)的(de)交(jiao)流漏磁(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)化器有穿過(guo)式(shi)線(xian)圈磁(ci)(ci)(ci)化器和局部磁(ci)(ci)(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)(ci)(ci)化器，用(yong)(yong)于縱向裂(lie)(lie)紋(wen)檢測(ce)的(de)僅能采用(yong)(yong)后者。圖(tu)7-27所示為采用(yong)(yong)局部磁(ci)(ci)(ci)軛(e)式(shi)磁(ci)(ci)(ci)化器的(de)鋼棒(bang)交(jiao)流漏磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)原理(li)圖(tu)。磁(ci)(ci)(ci)化器由C形高(gao)導磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料和勵磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈組(zu)成，其中(zhong)勵磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈環繞制在C形高(gao)導磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料上，勵磁(ci)(ci)(ci)線(xian)圈中(zhong)施加一定頻(pin)率(lv)的(de)交(jiao)流電流。檢測(ce)元件與磁(ci)(ci)(ci)化器一起與鋼棒(bang)形成相對螺旋運動(dong)，當檢測(ce)元件掃查至裂(lie)(lie)紋(wen)區域(yu)時可獲(huo)得(de)裂(lie)(lie)紋(wen)信號(hao)。
二、整體方案
鋼棒交流(liu)漏(lou)磁(ci)檢(jian)測系統方案(an)如圖(tu)7-28所(suo)示(shi)。檢(jian)測單元由交流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化器和陣列傳感器組成；信(xin)(xin)號(hao)處理過程中，檢(jian)測中缺陷(xian)處的交流(liu)漏(lou)磁(ci)場(chang)與(yu)交流(liu)激勵(li)場(chang)相疊加，為調制信(xin)(xin)號(hao)，因此需要對信(xin)(xin)號(hao)進(jin)行解調處理，濾除原交流(liu)勵(li)磁(ci)信(xin)(xin)號(hao)，保留裂紋(wen)信(xin)(xin)號(hao)，然后再(zai)進(jin)行放大濾波處理。
為實現(xian)鋼(gang)棒縱向(xiang)裂紋的(de)全(quan)覆(fu)蓋自動化檢(jian)測(ce)(ce)(ce)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)探頭(tou)需(xu)要在(zai)(zai)鋼(gang)棒表(biao)面形成(cheng)螺旋(xuan)(xuan)線掃(sao)查路(lu)徑。目前(qian)，主(zhu)要有兩(liang)種(zhong)實現(xian)方(fang)式：①檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單(dan)元靜止，鋼(gang)棒做螺旋(xuan)(xuan)推進運動；②檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單(dan)元旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)，鋼(gang)棒做直線運動。第(di)二種(zhong)多(duo)出現(xian)在(zai)(zai)進口的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)設備(bei)中，旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)機構(gou)包括周向(xiang)磁(ci)化器、檢(jian)測(ce)(ce)(ce)探靴(xue)、集(ji)電(dian)環、初(chu)步調理電(dian)路(lu)等，結(jie)構(gou)龐大、價格昂貴(gui)。相比之下(xia)，采用(yong)(yong)第(di)一種(zhong)運動方(fang)式可(ke)避(bi)免主(zhu)機的(de)回轉(zhuan)運動，使系統結(jie)構(gou)得(de)到大大簡化，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)成(cheng)本低。這里采用(yong)(yong)基于(yu)鋼(gang)棒螺旋(xuan)(xuan)推進的(de)運動方(fang)式。
三、檢(jian)測探頭
軸(zhou)向裂紋檢(jian)測(ce)應具(ju)(ju)備兩大要素：一(yi)是外(wai)加磁(ci)(ci)場方向應最大限度(du)地與(yu)軸(zhou)向裂紋垂直，以激勵出最大強(qiang)度(du)的漏(lou)磁(ci)(ci)場；二(er)是磁(ci)(ci)場測(ce)量單元應該具(ju)(ju)有足夠的靈敏度(du)。
1. 交(jiao)流漏(lou)磁磁化器
鋼棒(bang)直徑越(yue)(yue)小(xiao)，軸向裂紋(wen)的檢(jian)測穩定性越(yue)(yue)難以(yi)保證(zheng)。圖(tu)(tu)7-29所示為C形磁化(hua)器檢(jian)測狀(zhuang)態(tai)圖(tu)(tu)。
該方案有如下優點：
a. 經過鋼棒的有效主(zhu)磁(ci)通更大，并且能(neng)保證(zheng)磁(ci)場方向同軸向裂紋正交(jiao)，裂紋漏(lou)磁(ci)場更大。
磁(ci)化器(qi)所產(chan)生的(de)磁(ci)通(tong)路徑有兩條：一(yi)是經(jing)過鋼棒的(de)主(zhu)磁(ci)通(tong)，二是不經(jing)過鋼棒的(de)漏磁(ci)Φ通(tong)，即(ji)在磁(ci)化器(qi)兩極之間傳(chuan)遞(di)的(de)磁(ci)通(tong)。故在磁(ci)路內的(de)總磁(ci)通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流漏(lou)磁檢(jian)測一般使(shi)用U型磁軛，磁極(ji)平面(mian)一般與鋼棒表面(mian)相切(qie)。本方(fang)案(an)的C形磁極(ji)用弧面(mian)與鋼棒表面(mian)貼(tie)合，氣隙漏(lou)磁通量少，有效(xiao)增大進入鋼棒的主(zhu)磁通量。
b. 對于小規格(ge)鋼棒(bang)，磁(ci)極與鋼棒(bang)表面貼合(he)不好，會(hui)使傳感器檢(jian)測(ce)區(qu)域(yu)偏(pian)離(li)磁(ci)化中(zhong)(zhong)心區(qu)，對信(xin)號(hao)產生干擾(rao)。在自動(dong)化檢(jian)測(ce)中(zhong)(zhong)，這種動(dong)態偏(pian)離(li)將引起較大的干擾(rao)，降低檢(jian)測(ce)信(xin)噪比和靈敏度。C形磁(ci)化器及其磁(ci)極實現了較好的對中(zhong)(zhong)，檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)穩定(ding)，振動(dong)干擾(rao)小。
在檢測(ce)(ce)不同直徑(jing)的鋼棒(bang)(bang)時(shi)，鋼棒(bang)(bang)中心(xin)高會發生變(bian)化，浮動對(dui)中機構可良好地實現(xian)探頭(tou)跟蹤，減少干擾噪(zao)聲。利(li)用滑軌滑塊機構可實現(xian)檢測(ce)(ce)探頭(tou)裝(zhuang)置(zhi)的整(zheng)體上下移動，以適應鋼棒(bang)(bang)的中心(xin)高變(bian)化。氣缸可使檢測(ce)(ce)單(dan)元(yuan)在鋼棒(bang)(bang)螺(luo)旋(xuan)前進過程中緊密貼合(he)鋼棒(bang)(bang)，避免提離值的變(bian)化對(dui)檢測(ce)(ce)信號的影響，如圖7-30所示。
2. 陣列傳感器
為提高(gao)檢(jian)(jian)測(ce)速(su)度(du)并滿足(zu)全覆蓋(gai)(gai)(gai)一(yi)致性檢(jian)(jian)測(ce)，傳感器設(she)計成陣(zhen)列式，以增加探頭軸向覆蓋(gai)(gai)(gai)范圍，防止缺陷漏(lou)檢(jian)(jian)。鋼棒螺旋(xuan)前進的(de)螺距一(yi)般稍小于探頭軸向覆蓋(gai)(gai)(gai)范圍，鋼棒運行螺距越(yue)大，系統檢(jian)(jian)測(ce)速(su)度(du)越(yue)高(gao)。
由于檢測(ce)過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)出現多種機械(xie)電氣干擾而形成背景噪聲(sheng)，將傳感器單元設計為差(cha)(cha)分式結構來消除(chu)部(bu)分干擾信號。如圖(tu)7-31所示，檢測(ce)單元由扁平線圈及聚磁鐵心組成，虛(xu)線框(kuang)為一個差(cha)(cha)分單元。探頭(tou)耐磨層采用(yong)陶(tao)瓷片，實踐證明具有很好(hao)的(de)耐磨效果(guo)，在具體應(ying)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)只需(xu)定期更換陶(tao)瓷片，即可(ke)延長探頭(tou)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命。
四、現場應用
鋼(gang)棒(bang)軸向裂紋自動檢測裝置如圖7-32所示，系統由信號勵磁源、計算機、采集卡(ka)、信號處理電路(lu)、輔機裝置和檢測單元等組(zu)成。圖中所示裝置僅(jin)用了1個檢測單元，其軸向覆蓋范圍為50mm，調(diao)節輥道的擺角，使(shi)ф24mm鋼(gang)棒(bang)行駛螺距小于50mm。當檢測單元增(zeng)加到8個時，檢測螺距達到500mm，檢測直線速度(du)可(ke)提(ti)升到60m／min。
待(dai)檢鋼棒如圖(tu)7-33所示，表面(mian)共有四個軸向(xiang)裂紋，長均(jun)(jun)為40mm，寬均(jun)(jun)為0.2mm，裂紋深依次為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒表(biao)面進行自(zi)動(dong)化檢測(ce)(ce)，所得信(xin)號如圖(tu)7-34所示(shi)。由檢測(ce)(ce)信(xin)號可知，該(gai)裝(zhuang)置對表(biao)面不同(tong)深度的(de)軸向裂(lie)紋有穩定(ding)可靠的(de)檢測(ce)(ce)能力(li)，且信(xin)噪(zao)比較(jiao)好。
交流(liu)漏磁法對鋼棒(bang)表面軸(zhou)向裂紋(wen)具有較(jiao)高的(de)檢(jian)測靈(ling)敏度。局(ju)部(bu)磁軛磁化(hua)(hua)器易與陣(zhen)(zhen)列傳(chuan)感器實現一體化(hua)(hua)，采(cai)用C形局(ju)部(bu)磁化(hua)(hua)器和(he)陣(zhen)(zhen)列傳(chuan)感器設計，使得(de)檢(jian)測結(jie)構更簡單、小型化(hua)(hua)，有利于自動(dong)化(hua)(hua)檢(jian)測的(de)實施。該系統裂紋(wen)檢(jian)測深度最淺可達0.15mm，檢(jian)測速(su)度可達60m／min，滿足鋼棒(bang)自動(dong)化(hua)(hua)檢(jian)測需(xu)求。
