在鋼棒(bang)的(de)(de)生(sheng)產過程中會(hui)產生(sheng)裂(lie)紋、夾雜和分層等缺陷(xian)(xian)而(er)影(ying)響鋼棒(bang)質量(liang)，其中，鋼棒(bang)的(de)(de)表(biao)面縱向裂(lie)紋約占所有缺陷(xian)(xian)的(de)(de)70％。針(zhen)對鋼棒(bang)的(de)(de)實(shi)際缺陷(xian)(xian)類型，一般采用復(fu)合(he)檢測的(de)(de)方法(fa)(fa)對其質量(liang)狀(zhuang)況進行綜(zong)合(he)評(ping)定(ding)，如超(chao)聲(sheng)法(fa)(fa)主(zhu)(zhu)要檢測鋼棒(bang)的(de)(de)內部(bu)縱向裂(lie)紋、漏磁(ci)法(fa)(fa)主(zhu)(zhu)要檢測鋼棒(bang)的(de)(de)表(biao)面軸向裂(lie)紋。
鋼棒(bang)軸(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)將嚴重影響產品質量，生產過程中有(you)(you)效(xiao)檢(jian)(jian)出鋼棒(bang)中的(de)軸(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)特(te)別是微裂(lie)(lie)紋(wen)尤為必要。對(dui)于表(biao)面精(jing)拔(ba)加工的(de)軸(zhou)承(cheng)生產用鋼棒(bang)，采用交流(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)檢(jian)(jian)測能(neng)夠有(you)(you)效(xiao)探測微小裂(lie)(lie)紋(wen)。針對(dui)鋼棒(bang)表(biao)面軸(zhou)向裂(lie)(lie)紋(wen)，直(zhi)流(liu)磁(ci)(ci)化(hua)漏(lou)磁(ci)(ci)檢(jian)(jian)測一般(ban)難以(yi)適(shi)用。
這(zhe)里，介紹一(yi)種基于鋼棒螺旋運動(dong)、探頭固定(ding)的鋼棒縱向裂(lie)紋自動(dong)檢(jian)(jian)測方(fang)法與裝置。采(cai)用(yong)C形局部交流磁(ci)(ci)化器對鋼棒進行勵磁(ci)(ci)，并采(cai)用(yong)相應(ying)的陣列傳感器來拾取裂(lie)紋漏磁(ci)(ci)信(xin)號(hao)，最后通過計算機(ji)處理系統實施(shi)定(ding)量化檢(jian)(jian)測與評估，獲得(de)穩定(ding)的檢(jian)(jian)測靈敏(min)度，具有廣泛的應(ying)用(yong)價值。
一、檢測原理
漏(lou)(lou)(lou)磁檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法分為(wei)(wei)直(zhi)流漏(lou)(lou)(lou)磁和交流漏(lou)(lou)(lou)磁，圖7-26所示(shi)為(wei)(wei)鋼(gang)管(guan)和鋼(gang)棒周(zhou)向(xiang)直(zhi)流磁化(hua)時磁場(chang)分布對比。由圖可知，鋼(gang)管(guan)易被磁化(hua)至(zhi)飽和狀(zhuang)態，缺陷漏(lou)(lou)(lou)磁場(chang)比較大；而鋼(gang)棒磁化(hua)時，由于(yu)為(wei)(wei)實(shi)心，磁力線沒(mei)有環繞(rao)至(zhi)鋼(gang)棒表面，而直(zhi)接穿(chuan)過鋼(gang)棒中(zhong)心，表面縱向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)幾乎沒(mei)有漏(lou)(lou)(lou)磁場(chang)泄漏(lou)(lou)(lou)，為(wei)(wei)此(ci)，類似鋼(gang)管(guan)軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)直(zhi)流漏(lou)(lou)(lou)磁方法難以在鋼(gang)棒上(shang)實(shi)施。由于(yu)趨(qu)膚(fu)效(xiao)應，交流磁場(chang)集中(zhong)于(yu)工件表面，對表面軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)將更為(wei)(wei)敏(min)感，所以，鋼(gang)棒軸(zhou)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)宜采用交流漏(lou)(lou)(lou)磁檢(jian)(jian)測(ce)(ce)方法。
常用的(de)交流漏磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化(hua)器有穿過式(shi)(shi)線(xian)(xian)(xian)圈磁(ci)(ci)化(hua)器和局(ju)部(bu)磁(ci)(ci)軛式(shi)(shi)磁(ci)(ci)化(hua)器，用于縱向裂(lie)(lie)紋檢(jian)(jian)測的(de)僅能采(cai)用后(hou)者。圖(tu)7-27所(suo)示為采(cai)用局(ju)部(bu)磁(ci)(ci)軛式(shi)(shi)磁(ci)(ci)化(hua)器的(de)鋼(gang)棒交流漏磁(ci)(ci)檢(jian)(jian)測原理圖(tu)。磁(ci)(ci)化(hua)器由C形(xing)高導磁(ci)(ci)材(cai)料(liao)和勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)(xian)圈組成(cheng)，其中勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)(xian)圈環(huan)繞(rao)制在(zai)C形(xing)高導磁(ci)(ci)材(cai)料(liao)上，勵磁(ci)(ci)線(xian)(xian)(xian)圈中施(shi)加(jia)一定(ding)頻(pin)率的(de)交流電(dian)流。檢(jian)(jian)測元件與磁(ci)(ci)化(hua)器一起與鋼(gang)棒形(xing)成(cheng)相對螺旋(xuan)運(yun)動，當檢(jian)(jian)測元件掃(sao)查至裂(lie)(lie)紋區域時可獲得裂(lie)(lie)紋信號(hao)。
二(er)、整體方案(an)
鋼(gang)棒交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)檢測系(xi)統方案如圖(tu)7-28所示。檢測單元由交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)磁(ci)化器和(he)陣列傳(chuan)感器組成；信(xin)(xin)號處(chu)理過(guo)程中(zhong)(zhong)，檢測中(zhong)(zhong)缺陷處(chu)的交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)漏(lou)(lou)磁(ci)場(chang)與交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)激(ji)勵場(chang)相疊加，為(wei)調制信(xin)(xin)號，因(yin)此需要對信(xin)(xin)號進(jin)行解(jie)調處(chu)理，濾(lv)除原(yuan)交(jiao)流(liu)(liu)(liu)(liu)勵磁(ci)信(xin)(xin)號，保留裂紋(wen)信(xin)(xin)號，然后再進(jin)行放大濾(lv)波處(chu)理。
為實現鋼棒(bang)(bang)(bang)縱向裂紋的(de)全覆蓋自動(dong)(dong)(dong)化(hua)檢(jian)測，檢(jian)測探頭(tou)需要在(zai)(zai)鋼棒(bang)(bang)(bang)表面(mian)形成(cheng)螺旋線掃查路徑。目前，主(zhu)要有(you)兩種實現方(fang)式：①檢(jian)測單元靜止，鋼棒(bang)(bang)(bang)做(zuo)螺旋推進(jin)運(yun)動(dong)(dong)(dong)；②檢(jian)測單元旋轉(zhuan)，鋼棒(bang)(bang)(bang)做(zuo)直線運(yun)動(dong)(dong)(dong)。第二種多出現在(zai)(zai)進(jin)口的(de)檢(jian)測設備中，旋轉(zhuan)機構包(bao)括(kuo)周向磁(ci)化(hua)器、檢(jian)測探靴、集電(dian)(dian)環、初步調理電(dian)(dian)路等，結構龐大、價格昂貴。相(xiang)比(bi)之下(xia)，采用第一(yi)種運(yun)動(dong)(dong)(dong)方(fang)式可避免(mian)主(zhu)機的(de)回轉(zhuan)運(yun)動(dong)(dong)(dong)，使系統結構得到大大簡化(hua)，檢(jian)測成(cheng)本低。這(zhe)里采用基(ji)于鋼棒(bang)(bang)(bang)螺旋推進(jin)的(de)運(yun)動(dong)(dong)(dong)方(fang)式。
三(san)、檢測探頭(tou)
軸(zhou)向裂紋檢測應(ying)具(ju)備兩大要(yao)素：一是外加(jia)磁(ci)(ci)場方向應(ying)最大限度地與軸(zhou)向裂紋垂直，以激(ji)勵出最大強度的漏磁(ci)(ci)場；二(er)是磁(ci)(ci)場測量單元應(ying)該(gai)具(ju)有足夠(gou)的靈敏(min)度。
1. 交流漏(lou)磁磁化器
鋼棒直徑越(yue)小，軸(zhou)向裂紋的(de)檢測(ce)穩定(ding)性越(yue)難以(yi)保證。圖(tu)7-29所示為C形磁化器(qi)檢測(ce)狀態圖(tu)。
該方(fang)案有如下優點：
a. 經(jing)過鋼棒的(de)有(you)效主磁通更大，并且能保證(zheng)磁場方向同軸向裂紋正(zheng)交(jiao)，裂紋漏磁場更大。
磁化器(qi)所產生(sheng)的(de)磁通路(lu)徑有兩條(tiao)：一是(shi)經過(guo)鋼(gang)棒的(de)主磁通，二(er)是(shi)不經過(guo)鋼(gang)棒的(de)漏磁Φ通，即在磁化器(qi)兩極之間傳遞的(de)磁通。故(gu)在磁路(lu)內(nei)的(de)總磁通為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交(jiao)流漏磁(ci)(ci)(ci)檢測一(yi)般使用U型磁(ci)(ci)(ci)軛，磁(ci)(ci)(ci)極平面(mian)一(yi)般與鋼棒(bang)(bang)表面(mian)相(xiang)切。本方案的(de)C形磁(ci)(ci)(ci)極用弧(hu)面(mian)與鋼棒(bang)(bang)表面(mian)貼合，氣隙漏磁(ci)(ci)(ci)通量少，有效增大進(jin)入(ru)鋼棒(bang)(bang)的(de)主磁(ci)(ci)(ci)通量。
b. 對于小規格鋼(gang)棒，磁(ci)極(ji)與(yu)鋼(gang)棒表面貼合(he)不好，會使傳感器檢測(ce)區域(yu)偏(pian)離(li)磁(ci)化(hua)中心區，對信號(hao)產(chan)生干擾(rao)。在自動化(hua)檢測(ce)中，這種(zhong)動態偏(pian)離(li)將引起較大的干擾(rao)，降低檢測(ce)信噪比和靈(ling)敏度。C形磁(ci)化(hua)器及其(qi)磁(ci)極(ji)實現了較好的對中，檢測(ce)信號(hao)穩定(ding)，振動干擾(rao)小。
在檢(jian)(jian)測不同直徑的(de)(de)鋼(gang)(gang)棒(bang)時，鋼(gang)(gang)棒(bang)中(zhong)心(xin)(xin)高會發生變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)，浮動對中(zhong)機構可良(liang)好地(di)實(shi)現探頭跟蹤(zong)，減少干擾(rao)噪聲。利用滑軌滑塊機構可實(shi)現檢(jian)(jian)測探頭裝置(zhi)的(de)(de)整體(ti)上下移動，以適應鋼(gang)(gang)棒(bang)的(de)(de)中(zhong)心(xin)(xin)高變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)。氣缸可使檢(jian)(jian)測單元在鋼(gang)(gang)棒(bang)螺旋(xuan)前(qian)進過程中(zhong)緊密貼合(he)鋼(gang)(gang)棒(bang)，避免提離(li)值的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)對檢(jian)(jian)測信號的(de)(de)影響，如圖7-30所示。
2. 陣列傳感器
為(wei)提高(gao)檢(jian)測(ce)速度(du)并滿(man)足全覆(fu)蓋一致(zhi)性檢(jian)測(ce)，傳感器設(she)計成陣(zhen)列(lie)式，以增加探(tan)頭(tou)軸向覆(fu)蓋范圍，防止(zhi)缺陷漏檢(jian)。鋼(gang)棒(bang)螺旋前進(jin)的螺距一般稍小于探(tan)頭(tou)軸向覆(fu)蓋范圍，鋼(gang)棒(bang)運行螺距越(yue)大，系(xi)統(tong)檢(jian)測(ce)速度(du)越(yue)高(gao)。
由(you)于檢(jian)測過程中會出現多種機械(xie)電氣(qi)干擾而形成背景噪聲，將傳感器單元(yuan)設計(ji)為差分式結構(gou)來(lai)消除部分干擾信(xin)號。如(ru)圖7-31所示，檢(jian)測單元(yuan)由(you)扁(bian)平(ping)線圈及聚(ju)磁鐵心(xin)組(zu)成，虛線框為一個差分單元(yuan)。探(tan)頭(tou)耐(nai)磨(mo)層(ceng)采用(yong)(yong)陶瓷(ci)片，實踐證明具有很好的耐(nai)磨(mo)效果，在具體應用(yong)(yong)過程中只需定期(qi)更(geng)換陶瓷(ci)片，即可延長探(tan)頭(tou)的使用(yong)(yong)壽(shou)命。
四(si)、現場應用(yong)
鋼棒軸(zhou)向(xiang)裂(lie)紋自動檢(jian)測(ce)裝(zhuang)置如(ru)圖7-32所示，系統(tong)由信(xin)號勵磁(ci)源、計算機、采集(ji)卡、信(xin)號處(chu)理電路、輔機裝(zhuang)置和檢(jian)測(ce)單(dan)元(yuan)等組(zu)成。圖中所示裝(zhuang)置僅用了1個檢(jian)測(ce)單(dan)元(yuan)，其軸(zhou)向(xiang)覆蓋范圍為50mm，調節輥道的(de)擺(bai)角，使ф24mm鋼棒行駛(shi)螺(luo)距(ju)小(xiao)于50mm。當檢(jian)測(ce)單(dan)元(yuan)增(zeng)加(jia)到8個時(shi)，檢(jian)測(ce)螺(luo)距(ju)達(da)到500mm，檢(jian)測(ce)直線速度可提升到60m／min。
待檢鋼(gang)棒如圖(tu)7-33所示，表面共(gong)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(bang)表面進行自動化檢測，所得信號如圖(tu)7-34所示。由檢測信號可知，該裝置對表面不(bu)同深度的軸向裂紋有穩定(ding)可靠的檢測能力，且信噪比較好。
交(jiao)流漏磁法對鋼棒(bang)表(biao)面(mian)軸向裂紋具有較高的檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)靈敏度。局部磁軛(e)磁化(hua)(hua)器(qi)(qi)易與陣(zhen)列傳感器(qi)(qi)實現(xian)一體(ti)化(hua)(hua)，采用C形局部磁化(hua)(hua)器(qi)(qi)和(he)陣(zhen)列傳感器(qi)(qi)設計(ji)，使得檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)結構更(geng)簡單、小型(xing)化(hua)(hua)，有利(li)于自動(dong)化(hua)(hua)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)的實施。該系統裂紋檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)深度最淺(qian)可達(da)0.15mm，檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)速度可達(da)60m／min，滿足(zu)鋼棒(bang)自動(dong)化(hua)(hua)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)需求。
