在鋼(gang)棒的(de)(de)生(sheng)產(chan)過程中(zhong)會產(chan)生(sheng)裂(lie)紋(wen)、夾雜和分層等缺(que)陷(xian)而影響(xiang)鋼(gang)棒質量(liang)，其中(zhong)，鋼(gang)棒的(de)(de)表面縱向(xiang)裂(lie)紋(wen)約(yue)占所有缺(que)陷(xian)的(de)(de)70％。針(zhen)對鋼(gang)棒的(de)(de)實(shi)際缺(que)陷(xian)類型，一(yi)般(ban)采用(yong)復合檢測的(de)(de)方法對其質量(liang)狀(zhuang)況進行綜(zong)合評(ping)定，如超聲法主要檢測鋼(gang)棒的(de)(de)內部縱向(xiang)裂(lie)紋(wen)、漏(lou)磁法主要檢測鋼(gang)棒的(de)(de)表面軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)。
鋼棒軸向裂(lie)紋將嚴重影響產(chan)(chan)品質量，生(sheng)產(chan)(chan)過程中有(you)效檢(jian)出(chu)鋼棒中的軸向裂(lie)紋特(te)別是微(wei)(wei)裂(lie)紋尤(you)為必要。對(dui)于表面精(jing)拔加工的軸承生(sheng)產(chan)(chan)用鋼棒，采用交流漏(lou)磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)能(neng)夠有(you)效探測(ce)(ce)微(wei)(wei)小裂(lie)紋。針對(dui)鋼棒表面軸向裂(lie)紋，直流磁(ci)化漏(lou)磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)一(yi)般難以適用。
這里，介紹一種基(ji)于(yu)鋼棒(bang)螺旋運動、探頭固定(ding)的(de)(de)鋼棒(bang)縱向裂紋(wen)自(zi)動檢測方(fang)法與(yu)裝置。采用(yong)C形局部交流磁(ci)化器(qi)對鋼棒(bang)進(jin)行勵磁(ci)，并采用(yong)相(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)陣列傳感(gan)器(qi)來拾取(qu)裂紋(wen)漏(lou)磁(ci)信號，最后通(tong)過計算機處理系統實(shi)施(shi)定(ding)量(liang)化檢測與(yu)評估，獲得穩定(ding)的(de)(de)檢測靈敏(min)度，具有(you)廣泛的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)價值。
一、檢(jian)測原(yuan)理
漏(lou)(lou)磁(ci)檢測(ce)方(fang)法分為直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)和(he)交(jiao)流(liu)(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)，圖7-26所示為鋼管和(he)鋼棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)周(zhou)向(xiang)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)磁(ci)化時磁(ci)場分布對(dui)比。由(you)圖可知(zhi)，鋼管易被磁(ci)化至(zhi)飽和(he)狀(zhuang)態，缺陷漏(lou)(lou)磁(ci)場比較大；而鋼棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)磁(ci)化時，由(you)于(yu)為實心(xin)，磁(ci)力(li)線(xian)沒有環繞(rao)至(zhi)鋼棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)表(biao)面(mian)，而直(zhi)(zhi)接穿過鋼棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)中(zhong)心(xin)，表(biao)面(mian)縱向(xiang)裂(lie)紋幾乎沒有漏(lou)(lou)磁(ci)場泄(xie)漏(lou)(lou)，為此，類似(si)鋼管軸向(xiang)裂(lie)紋的(de)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)方(fang)法難以在鋼棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)上實施。由(you)于(yu)趨膚(fu)效應，交(jiao)流(liu)(liu)磁(ci)場集中(zhong)于(yu)工(gong)件表(biao)面(mian)，對(dui)表(biao)面(mian)軸向(xiang)裂(lie)紋的(de)檢測(ce)將更為敏感，所以，鋼棒(bang)(bang)(bang)(bang)(bang)軸向(xiang)裂(lie)紋的(de)檢測(ce)宜采用交(jiao)流(liu)(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)檢測(ce)方(fang)法。
常用的(de)交流漏(lou)磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)有穿過式線(xian)(xian)圈磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)和(he)局部磁(ci)(ci)軛式磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)，用于縱向裂(lie)紋檢測(ce)的(de)僅(jin)能采(cai)用后者。圖(tu)(tu)7-27所示為采(cai)用局部磁(ci)(ci)軛式磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)的(de)鋼棒交流漏(lou)磁(ci)(ci)檢測(ce)原理圖(tu)(tu)。磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)由C形高(gao)導(dao)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)和(he)勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)圈組成(cheng)，其中(zhong)勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)圈環繞(rao)制在C形高(gao)導(dao)磁(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)上，勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)圈中(zhong)施加一定頻(pin)率(lv)的(de)交流電流。檢測(ce)元(yuan)件與磁(ci)(ci)化(hua)器(qi)(qi)一起與鋼棒形成(cheng)相對螺旋運動(dong)，當檢測(ce)元(yuan)件掃查(cha)至裂(lie)紋區域時可獲得(de)裂(lie)紋信(xin)號。
二、整體方(fang)案
鋼棒交(jiao)(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)檢測系統(tong)方(fang)案如圖7-28所示。檢測單元由交(jiao)(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化器和陣列傳感器組(zu)成；信(xin)(xin)號(hao)(hao)處(chu)理(li)過程(cheng)中，檢測中缺陷(xian)處(chu)的交(jiao)(jiao)流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)場與交(jiao)(jiao)流(liu)激勵(li)場相疊(die)加，為調制信(xin)(xin)號(hao)(hao)，因此需要(yao)對(dui)信(xin)(xin)號(hao)(hao)進行解調處(chu)理(li)，濾除原交(jiao)(jiao)流(liu)勵(li)磁(ci)(ci)信(xin)(xin)號(hao)(hao)，保留裂紋信(xin)(xin)號(hao)(hao)，然后再進行放大濾波處(chu)理(li)。
為實現(xian)鋼(gang)棒(bang)縱向裂紋(wen)的(de)全覆蓋自動化(hua)(hua)檢測(ce)，檢測(ce)探頭需要在鋼(gang)棒(bang)表面(mian)形成螺旋(xuan)(xuan)線掃(sao)查路徑。目前，主(zhu)要有兩(liang)種實現(xian)方式：①檢測(ce)單(dan)元(yuan)靜(jing)止，鋼(gang)棒(bang)做(zuo)螺旋(xuan)(xuan)推(tui)進運動；②檢測(ce)單(dan)元(yuan)旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)，鋼(gang)棒(bang)做(zuo)直線運動。第(di)二種多出現(xian)在進口的(de)檢測(ce)設備中，旋(xuan)(xuan)轉(zhuan)機構包括周向磁(ci)化(hua)(hua)器、檢測(ce)探靴、集電環、初步調理(li)電路等，結(jie)構龐大、價(jia)格昂貴。相比之下，采用第(di)一(yi)種運動方式可避免主(zhu)機的(de)回轉(zhuan)運動，使系統(tong)結(jie)構得到(dao)大大簡化(hua)(hua)，檢測(ce)成本低。這里采用基于(yu)鋼(gang)棒(bang)螺旋(xuan)(xuan)推(tui)進的(de)運動方式。
三(san)、檢(jian)測探頭
軸(zhou)向裂紋檢測(ce)應具(ju)備(bei)兩大(da)要素：一是(shi)外加磁場方向應最(zui)大(da)限度地與軸(zhou)向裂紋垂直，以激勵出(chu)最(zui)大(da)強度的(de)漏磁場；二是(shi)磁場測(ce)量單元應該具(ju)有足夠(gou)的(de)靈敏度。
1. 交流漏磁磁化器
鋼棒(bang)直徑越小，軸(zhou)向(xiang)裂紋的檢測穩定性越難以保證。圖(tu)7-29所(suo)示為C形磁化器檢測狀態圖(tu)。
該方案有如下優點：
a. 經過(guo)鋼棒的有效主(zhu)磁(ci)通更大，并(bing)且(qie)能保證磁(ci)場方向同軸向裂紋正(zheng)交(jiao)，裂紋漏(lou)磁(ci)場更大。
磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)所產生的磁(ci)(ci)(ci)通(tong)路(lu)徑有兩條：一(yi)是經過鋼棒的主磁(ci)(ci)(ci)通(tong)，二是不經過鋼棒的漏磁(ci)(ci)(ci)Φ通(tong)，即在磁(ci)(ci)(ci)化器(qi)兩極之間傳遞的磁(ci)(ci)(ci)通(tong)。故在磁(ci)(ci)(ci)路(lu)內的總(zong)磁(ci)(ci)(ci)通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流漏(lou)磁(ci)檢測一(yi)(yi)般使用U型磁(ci)軛，磁(ci)極平面一(yi)(yi)般與鋼棒(bang)表(biao)面相切。本方案的C形磁(ci)極用弧面與鋼棒(bang)表(biao)面貼(tie)合，氣隙漏(lou)磁(ci)通量(liang)(liang)少(shao)，有效(xiao)增大進入鋼棒(bang)的主磁(ci)通量(liang)(liang)。
b. 對于(yu)小規格(ge)鋼棒(bang)，磁(ci)極與鋼棒(bang)表面貼合不好，會使傳感器檢(jian)測區(qu)域偏離磁(ci)化(hua)中心區(qu)，對信(xin)號產生(sheng)干(gan)擾(rao)。在自動(dong)化(hua)檢(jian)測中，這種動(dong)態偏離將(jiang)引起較大的干(gan)擾(rao)，降低檢(jian)測信(xin)噪比(bi)和靈敏度。C形磁(ci)化(hua)器及其磁(ci)極實(shi)現了較好的對中，檢(jian)測信(xin)號穩(wen)定，振(zhen)動(dong)干(gan)擾(rao)小。
在檢測(ce)(ce)不同(tong)直徑的(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)時，鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)中心高(gao)會(hui)發生變(bian)化(hua)(hua)，浮動對(dui)中機構可(ke)良好地(di)實(shi)現探頭(tou)跟蹤，減少干擾噪聲。利用滑軌(gui)滑塊機構可(ke)實(shi)現檢測(ce)(ce)探頭(tou)裝置的(de)整體上下移動，以適應鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)的(de)中心高(gao)變(bian)化(hua)(hua)。氣(qi)缸可(ke)使檢測(ce)(ce)單元在鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)螺(luo)旋前進過程中緊密貼合鋼(gang)(gang)(gang)(gang)棒(bang)，避免(mian)提離值(zhi)的(de)變(bian)化(hua)(hua)對(dui)檢測(ce)(ce)信(xin)號的(de)影響，如圖(tu)7-30所(suo)示。
2. 陣列傳感器
為提(ti)高(gao)檢測速度(du)并滿足全覆(fu)蓋(gai)一(yi)致性檢測，傳感器設計成(cheng)陣列(lie)式，以增(zeng)加(jia)探頭軸向覆(fu)蓋(gai)范圍，防止(zhi)缺(que)陷漏檢。鋼棒螺旋(xuan)前進(jin)的螺距一(yi)般稍(shao)小于(yu)探頭軸向覆(fu)蓋(gai)范圍，鋼棒運行(xing)螺距越大，系統(tong)檢測速度(du)越高(gao)。
由于檢測(ce)過程中(zhong)會出現多種機械電氣(qi)干(gan)擾而形成背景噪(zao)聲，將傳感器單(dan)元(yuan)設(she)計為(wei)差(cha)分(fen)式結構來消除(chu)部分(fen)干(gan)擾信號(hao)。如圖7-31所示，檢測(ce)單(dan)元(yuan)由扁平線圈及聚(ju)磁鐵(tie)心組成，虛線框為(wei)一(yi)個(ge)差(cha)分(fen)單(dan)元(yuan)。探頭耐磨(mo)層采用(yong)陶(tao)(tao)瓷片，實踐證明具有很好的(de)耐磨(mo)效果，在具體(ti)應用(yong)過程中(zhong)只需定期更換陶(tao)(tao)瓷片，即可延(yan)長探頭的(de)使(shi)用(yong)壽命(ming)。
四、現場應用
鋼(gang)棒軸向裂紋自動(dong)檢(jian)測裝置(zhi)(zhi)如(ru)圖7-32所(suo)示，系(xi)統由信(xin)號勵磁源、計算(suan)機(ji)、采(cai)集卡、信(xin)號處理電路、輔機(ji)裝置(zhi)(zhi)和檢(jian)測單元等組成。圖中所(suo)示裝置(zhi)(zhi)僅用了1個檢(jian)測單元，其軸向覆蓋范(fan)圍(wei)為50mm，調節輥道的擺角，使(shi)ф24mm鋼(gang)棒行(xing)駛螺距(ju)小于50mm。當檢(jian)測單元增加到8個時，檢(jian)測螺距(ju)達到500mm，檢(jian)測直線速(su)度(du)可(ke)提升到60m／min。
待檢(jian)鋼(gang)棒(bang)如圖7-33所(suo)示(shi)，表面共有四個軸(zhou)向裂(lie)紋，長均為40mm，寬均為0.2mm，裂(lie)紋深依次為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒表(biao)面(mian)進行自(zi)動化檢測(ce)，所(suo)得信號如(ru)圖7-34所(suo)示(shi)。由檢測(ce)信號可知，該裝置對表(biao)面(mian)不同深度的軸(zhou)向(xiang)裂紋有穩定可靠的檢測(ce)能力，且(qie)信噪比(bi)較(jiao)好。
交流漏磁(ci)法對(dui)鋼棒(bang)表面軸向裂(lie)紋具有較高的檢(jian)(jian)測靈敏度(du)。局(ju)部磁(ci)軛磁(ci)化(hua)器易與陣列傳(chuan)感器實現一(yi)體化(hua)，采用(yong)C形(xing)局(ju)部磁(ci)化(hua)器和陣列傳(chuan)感器設計(ji)，使得檢(jian)(jian)測結構(gou)更(geng)簡單、小型化(hua)，有利于自動(dong)(dong)化(hua)檢(jian)(jian)測的實施。該系統裂(lie)紋檢(jian)(jian)測深度(du)最淺可(ke)達0.15mm，檢(jian)(jian)測速(su)度(du)可(ke)達60m／min，滿(man)足(zu)鋼棒(bang)自動(dong)(dong)化(hua)檢(jian)(jian)測需求。
