在(zai)鋼(gang)棒(bang)的生產過程中(zhong)會產生裂(lie)紋、夾(jia)雜(za)和分層等缺(que)陷而影響鋼(gang)棒(bang)質量(liang)，其(qi)中(zhong)，鋼(gang)棒(bang)的表(biao)(biao)面縱向裂(lie)紋約占所(suo)有(you)缺(que)陷的70％。針對鋼(gang)棒(bang)的實(shi)際缺(que)陷類型，一般采(cai)用復合(he)(he)檢測(ce)的方法對其(qi)質量(liang)狀況進行綜合(he)(he)評定(ding)，如超聲法主要(yao)檢測(ce)鋼(gang)棒(bang)的內部縱向裂(lie)紋、漏磁(ci)法主要(yao)檢測(ce)鋼(gang)棒(bang)的表(biao)(biao)面軸向裂(lie)紋。
鋼(gang)棒(bang)軸向裂紋(wen)將(jiang)嚴重影響產(chan)(chan)品質量(liang)，生(sheng)產(chan)(chan)過程中有效(xiao)檢(jian)(jian)出鋼(gang)棒(bang)中的(de)軸向裂紋(wen)特別(bie)是微(wei)裂紋(wen)尤為必(bi)要(yao)。對(dui)于(yu)表(biao)面(mian)精拔加工(gong)的(de)軸承生(sheng)產(chan)(chan)用(yong)(yong)鋼(gang)棒(bang)，采用(yong)(yong)交流(liu)(liu)漏(lou)磁檢(jian)(jian)測能夠有效(xiao)探測微(wei)小(xiao)裂紋(wen)。針(zhen)對(dui)鋼(gang)棒(bang)表(biao)面(mian)軸向裂紋(wen)，直流(liu)(liu)磁化漏(lou)磁檢(jian)(jian)測一(yi)般難(nan)以適(shi)用(yong)(yong)。
這里，介紹(shao)一種(zhong)基于鋼棒螺(luo)旋運(yun)動、探頭固定的(de)鋼棒縱向裂紋自動檢測(ce)(ce)方法與裝置。采用C形局部交流磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)對(dui)鋼棒進行勵(li)磁(ci)(ci)，并采用相(xiang)應的(de)陣列(lie)傳(chuan)感器(qi)來拾(shi)取裂紋漏磁(ci)(ci)信(xin)號，最后通過(guo)計(ji)算機處(chu)理系統實施(shi)定量化(hua)(hua)檢測(ce)(ce)與評估，獲(huo)得穩(wen)定的(de)檢測(ce)(ce)靈敏度(du)，具(ju)有廣泛的(de)應用價(jia)值。
一、檢測原理
漏磁(ci)檢測方法(fa)分為(wei)直流(liu)(liu)漏磁(ci)和(he)交(jiao)流(liu)(liu)漏磁(ci)，圖7-26所示為(wei)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)和(he)鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)周(zhou)向(xiang)直流(liu)(liu)磁(ci)化(hua)時(shi)(shi)磁(ci)場(chang)分布對比。由(you)(you)圖可知，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)易被(bei)磁(ci)化(hua)至(zhi)飽(bao)和(he)狀態，缺陷漏磁(ci)場(chang)比較大；而(er)鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)磁(ci)化(hua)時(shi)(shi)，由(you)(you)于為(wei)實(shi)心，磁(ci)力線沒有環繞(rao)至(zhi)鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)表(biao)面(mian)，而(er)直接穿(chuan)過鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)中心，表(biao)面(mian)縱向(xiang)裂(lie)紋幾(ji)乎沒有漏磁(ci)場(chang)泄漏，為(wei)此，類似鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋的直流(liu)(liu)漏磁(ci)方法(fa)難以在鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)上實(shi)施。由(you)(you)于趨膚效應(ying)，交(jiao)流(liu)(liu)磁(ci)場(chang)集中于工件表(biao)面(mian)，對表(biao)面(mian)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋的檢測將更為(wei)敏(min)感(gan)，所以，鋼(gang)(gang)(gang)棒(bang)(bang)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋的檢測宜采(cai)用交(jiao)流(liu)(liu)漏磁(ci)檢測方法(fa)。
常用的交(jiao)流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)(qi)有穿過式線圈(quan)(quan)(quan)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)(qi)和局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)軛式磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)(qi)，用于(yu)縱(zong)向裂(lie)紋檢(jian)測(ce)的僅能采用后者。圖7-27所示為采用局部(bu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)軛式磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)(qi)的鋼棒交(jiao)流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢(jian)測(ce)原理圖。磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)(qi)由C形高(gao)導磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料(liao)和勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)線圈(quan)(quan)(quan)組成，其中(zhong)勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)線圈(quan)(quan)(quan)環繞(rao)制在C形高(gao)導磁(ci)(ci)(ci)(ci)材料(liao)上，勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)線圈(quan)(quan)(quan)中(zhong)施加(jia)一定頻率的交(jiao)流(liu)(liu)電(dian)流(liu)(liu)。檢(jian)測(ce)元件與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)(qi)一起(qi)與鋼棒形成相對螺旋運(yun)動，當(dang)檢(jian)測(ce)元件掃(sao)查至裂(lie)紋區域時可獲得(de)裂(lie)紋信(xin)號。
二(er)、整體方(fang)案
鋼棒(bang)交流(liu)漏(lou)磁(ci)檢(jian)測(ce)系統(tong)方(fang)案(an)如圖(tu)7-28所示。檢(jian)測(ce)單元由(you)交流(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化器和陣列傳感器組成；信號處理過程中(zhong)，檢(jian)測(ce)中(zhong)缺陷處的交流(liu)漏(lou)磁(ci)場(chang)與交流(liu)激勵場(chang)相疊加，為調制信號，因此(ci)需要對信號進(jin)行解調處理，濾除原交流(liu)勵磁(ci)信號，保(bao)留裂紋信號，然后再進(jin)行放大濾波(bo)處理。
為實現鋼(gang)(gang)棒(bang)縱向裂紋(wen)的全(quan)覆(fu)蓋自動(dong)(dong)化(hua)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)探(tan)頭需(xu)要在鋼(gang)(gang)棒(bang)表面形成螺旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)線掃查路徑(jing)。目前，主(zhu)要有(you)兩(liang)種(zhong)實現方(fang)式(shi)：①檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)單(dan)元靜止，鋼(gang)(gang)棒(bang)做(zuo)螺旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)推(tui)進(jin)運動(dong)(dong)；②檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)單(dan)元旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)轉，鋼(gang)(gang)棒(bang)做(zuo)直線運動(dong)(dong)。第二種(zhong)多出現在進(jin)口(kou)的檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)設備中，旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)轉機(ji)構包括周向磁化(hua)器、檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)探(tan)靴(xue)、集電環(huan)、初(chu)步調理電路等(deng)，結(jie)構龐(pang)大、價格昂貴(gui)。相比之下(xia)，采用第一(yi)種(zhong)運動(dong)(dong)方(fang)式(shi)可避免(mian)主(zhu)機(ji)的回轉運動(dong)(dong)，使系統結(jie)構得到大大簡化(hua)，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)成本低。這(zhe)里采用基于鋼(gang)(gang)棒(bang)螺旋(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)推(tui)進(jin)的運動(dong)(dong)方(fang)式(shi)。
三、檢(jian)測探頭
軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋檢測應具備兩大(da)要素：一是(shi)外加磁(ci)(ci)場方向(xiang)應最(zui)大(da)限(xian)度(du)(du)地與軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋垂直，以激勵出最(zui)大(da)強度(du)(du)的(de)漏磁(ci)(ci)場；二是(shi)磁(ci)(ci)場測量單元(yuan)應該具有足夠的(de)靈敏度(du)(du)。
1. 交流(liu)漏磁磁化器
鋼棒(bang)直徑(jing)越(yue)小，軸向裂紋的檢(jian)測穩(wen)定性越(yue)難(nan)以保證。圖7-29所示為C形磁化器(qi)檢(jian)測狀態圖。
該方案有(you)如下優點：
a. 經過鋼棒的有(you)效(xiao)主磁通更大，并且能保證磁場方向同軸向裂紋(wen)正(zheng)交，裂紋(wen)漏磁場更大。
磁化器所產(chan)生的(de)(de)磁通路徑有兩條(tiao)：一是(shi)經過(guo)鋼棒的(de)(de)主磁通，二是(shi)不經過(guo)鋼棒的(de)(de)漏磁Φ通，即在磁化器兩極(ji)之間傳遞的(de)(de)磁通。故(gu)在磁路內的(de)(de)總磁通為(wei)
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交(jiao)流漏磁(ci)檢測一(yi)般使用U型磁(ci)軛(e)，磁(ci)極平(ping)面(mian)一(yi)般與鋼棒表面(mian)相(xiang)切。本方案的(de)C形(xing)磁(ci)極用弧面(mian)與鋼棒表面(mian)貼合，氣(qi)隙漏磁(ci)通量少，有效增(zeng)大進入鋼棒的(de)主磁(ci)通量。
b. 對(dui)于小(xiao)規(gui)格鋼棒，磁(ci)極(ji)與鋼棒表面貼(tie)合不好，會使傳感器檢測區(qu)域(yu)偏(pian)(pian)離(li)磁(ci)化中心區(qu)，對(dui)信號產生(sheng)干(gan)擾(rao)(rao)。在自動(dong)化檢測中，這種動(dong)態(tai)偏(pian)(pian)離(li)將引起較(jiao)大(da)的干(gan)擾(rao)(rao)，降低檢測信噪比和靈敏度。C形磁(ci)化器及其磁(ci)極(ji)實現了較(jiao)好的對(dui)中，檢測信號穩定，振動(dong)干(gan)擾(rao)(rao)小(xiao)。
在檢(jian)測(ce)不同直徑的鋼(gang)(gang)棒時，鋼(gang)(gang)棒中(zhong)心高會(hui)發生變(bian)化(hua)，浮(fu)動對中(zhong)機(ji)構可(ke)良好地實現探(tan)頭(tou)(tou)跟(gen)蹤，減少干擾噪(zao)聲(sheng)。利用(yong)滑(hua)軌滑(hua)塊機(ji)構可(ke)實現檢(jian)測(ce)探(tan)頭(tou)(tou)裝置的整體(ti)上(shang)下移動，以適應鋼(gang)(gang)棒的中(zhong)心高變(bian)化(hua)。氣缸可(ke)使檢(jian)測(ce)單元在鋼(gang)(gang)棒螺旋(xuan)前進(jin)過程(cheng)中(zhong)緊密貼合鋼(gang)(gang)棒，避免(mian)提離(li)值的變(bian)化(hua)對檢(jian)測(ce)信號(hao)的影(ying)響，如(ru)圖(tu)7-30所(suo)示。
2. 陣列傳感器
為(wei)提(ti)高檢(jian)測(ce)速度并滿足全覆蓋(gai)一(yi)致(zhi)性檢(jian)測(ce)，傳(chuan)感器設計成陣列式，以增加探(tan)頭軸(zhou)向(xiang)覆蓋(gai)范圍(wei)，防止缺陷漏檢(jian)。鋼(gang)棒螺旋(xuan)前(qian)進的(de)螺距一(yi)般稍小于探(tan)頭軸(zhou)向(xiang)覆蓋(gai)范圍(wei)，鋼(gang)棒運行螺距越大，系(xi)統檢(jian)測(ce)速度越高。
由于檢(jian)測過程(cheng)中(zhong)(zhong)會出現(xian)多種機械電氣干(gan)擾而(er)形成背(bei)景噪(zao)聲(sheng)，將(jiang)傳感(gan)器單元設(she)計為差分式結構來(lai)消除部分干(gan)擾信號。如圖7-31所示，檢(jian)測單元由扁平線圈及(ji)聚磁鐵(tie)心組成，虛(xu)線框(kuang)為一個(ge)差分單元。探(tan)頭耐(nai)磨(mo)層(ceng)采用(yong)陶瓷(ci)片，實踐證(zheng)明具(ju)有很好的耐(nai)磨(mo)效果，在具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)過程(cheng)中(zhong)(zhong)只需定(ding)期更換陶瓷(ci)片，即可延長探(tan)頭的使(shi)用(yong)壽命。
四(si)、現(xian)場應用
鋼(gang)棒軸(zhou)向(xiang)裂紋自動檢(jian)測(ce)(ce)(ce)裝(zhuang)置(zhi)如圖(tu)7-32所(suo)示，系統由信號勵磁(ci)源、計算(suan)機、采集卡(ka)、信號處理電路(lu)、輔機裝(zhuang)置(zhi)和檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單(dan)元等組成(cheng)。圖(tu)中所(suo)示裝(zhuang)置(zhi)僅用(yong)了1個(ge)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單(dan)元，其軸(zhou)向(xiang)覆蓋范圍為50mm，調(diao)節輥道的擺(bai)角，使ф24mm鋼(gang)棒行駛螺距小于50mm。當檢(jian)測(ce)(ce)(ce)單(dan)元增加到8個(ge)時(shi)，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)螺距達到500mm，檢(jian)測(ce)(ce)(ce)直線速度可提升到60m／min。
待檢鋼(gang)棒(bang)如圖7-33所示，表面(mian)共有四個軸向裂紋，長均為40mm，寬均為0.2mm，裂紋深依次為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒表(biao)面進行自動化檢(jian)測，所得(de)信號如圖7-34所示(shi)。由檢(jian)測信號可知，該裝(zhuang)置(zhi)對表(biao)面不同深度的軸向(xiang)裂紋(wen)有穩(wen)定可靠的檢(jian)測能力(li)，且(qie)信噪(zao)比較(jiao)好。
交流(liu)漏磁法對鋼棒表面(mian)軸向(xiang)裂(lie)紋具有較高的(de)檢(jian)測(ce)靈(ling)敏度(du)。局部(bu)磁軛磁化(hua)器(qi)易(yi)與陣(zhen)(zhen)列傳(chuan)感(gan)器(qi)實現(xian)一(yi)體化(hua)，采用C形局部(bu)磁化(hua)器(qi)和陣(zhen)(zhen)列傳(chuan)感(gan)器(qi)設計(ji)，使得檢(jian)測(ce)結構更簡單、小(xiao)型化(hua)，有利于自動化(hua)檢(jian)測(ce)的(de)實施。該系(xi)統裂(lie)紋檢(jian)測(ce)深度(du)最淺可達0.15mm，檢(jian)測(ce)速度(du)可達60m／min，滿足(zu)鋼棒自動化(hua)檢(jian)測(ce)需求。
