在(zai)鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)生產(chan)過程(cheng)中會產(chan)生裂(lie)紋(wen)、夾雜(za)和分層等缺(que)陷而影響鋼(gang)棒(bang)質量，其中，鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)表(biao)面(mian)縱向裂(lie)紋(wen)約(yue)占所有缺(que)陷的(de)(de)70％。針對(dui)鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)實際缺(que)陷類型，一般采用復合檢(jian)測(ce)的(de)(de)方法(fa)對(dui)其質量狀況進行綜合評(ping)定，如超聲法(fa)主(zhu)要(yao)檢(jian)測(ce)鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)內部縱向裂(lie)紋(wen)、漏磁法(fa)主(zhu)要(yao)檢(jian)測(ce)鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)表(biao)面(mian)軸向裂(lie)紋(wen)。
鋼(gang)棒(bang)軸向裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)將嚴重(zhong)影響產品質量(liang)，生產過程中有效檢出鋼(gang)棒(bang)中的(de)軸向裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)特別(bie)是微(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)尤為必要。對于表面精拔(ba)加工(gong)的(de)軸承生產用(yong)鋼(gang)棒(bang)，采用(yong)交流(liu)漏磁(ci)檢測(ce)能夠有效探測(ce)微(wei)小裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)。針對鋼(gang)棒(bang)表面軸向裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)，直(zhi)流(liu)磁(ci)化漏磁(ci)檢測(ce)一(yi)般難以適用(yong)。
這里，介紹一(yi)種基于鋼(gang)棒(bang)螺旋運動、探頭固定的(de)鋼(gang)棒(bang)縱向裂紋自動檢測方法與(yu)裝置。采用(yong)C形(xing)局部交流磁化(hua)器(qi)對鋼(gang)棒(bang)進行勵(li)磁，并采用(yong)相應的(de)陣列傳感器(qi)來(lai)拾取裂紋漏磁信號，最(zui)后通過計算(suan)機處理系(xi)統(tong)實施定量(liang)化(hua)檢測與(yu)評估，獲得穩(wen)定的(de)檢測靈敏度，具有廣(guang)泛的(de)應用(yong)價(jia)值。
一、檢測原理(li)
漏磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方(fang)(fang)法分為直流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)和(he)交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)，圖7-26所示為鋼(gang)管(guan)(guan)和(he)鋼(gang)棒周(zhou)向直流(liu)磁(ci)(ci)(ci)化時(shi)(shi)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)分布對比。由(you)(you)圖可知，鋼(gang)管(guan)(guan)易被磁(ci)(ci)(ci)化至(zhi)飽和(he)狀(zhuang)態，缺陷漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)比較大(da)；而(er)(er)鋼(gang)棒磁(ci)(ci)(ci)化時(shi)(shi)，由(you)(you)于(yu)為實心(xin)，磁(ci)(ci)(ci)力(li)線沒有環繞至(zhi)鋼(gang)棒表面，而(er)(er)直接穿過鋼(gang)棒中心(xin)，表面縱向裂(lie)紋幾乎沒有漏磁(ci)(ci)(ci)場(chang)泄(xie)漏，為此(ci)，類似鋼(gang)管(guan)(guan)軸(zhou)向裂(lie)紋的直流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)方(fang)(fang)法難以(yi)在鋼(gang)棒上實施。由(you)(you)于(yu)趨膚(fu)效(xiao)應，交流(liu)磁(ci)(ci)(ci)場(chang)集(ji)中于(yu)工件表面，對表面軸(zhou)向裂(lie)紋的檢測(ce)將更為敏感，所以(yi)，鋼(gang)棒軸(zhou)向裂(lie)紋的檢測(ce)宜采用交流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方(fang)(fang)法。
常(chang)用(yong)的交(jiao)流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器有穿過式線(xian)圈(quan)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器和局部磁(ci)(ci)(ci)(ci)軛(e)式磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器，用(yong)于縱(zong)向裂紋(wen)(wen)檢測(ce)的僅能采用(yong)后者(zhe)。圖(tu)7-27所示為采用(yong)局部磁(ci)(ci)(ci)(ci)軛(e)式磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器的鋼(gang)棒(bang)(bang)交(jiao)流(liu)漏磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測(ce)原理圖(tu)。磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器由C形高導磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料和勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)組成，其中勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)環(huan)繞制在C形高導磁(ci)(ci)(ci)(ci)材(cai)料上，勵(li)磁(ci)(ci)(ci)(ci)線(xian)圈(quan)中施(shi)加一(yi)定頻率的交(jiao)流(liu)電流(liu)。檢測(ce)元(yuan)件與磁(ci)(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器一(yi)起與鋼(gang)棒(bang)(bang)形成相對(dui)螺旋運動，當檢測(ce)元(yuan)件掃查至裂紋(wen)(wen)區域時(shi)可獲得裂紋(wen)(wen)信號。
二、整體方案
鋼棒(bang)交(jiao)流漏(lou)磁檢測系(xi)統方案如(ru)圖7-28所示。檢測單元(yuan)由交(jiao)流漏(lou)磁磁化器(qi)和陣列傳感器(qi)組(zu)成；信(xin)號(hao)處(chu)理(li)過程(cheng)中(zhong)，檢測中(zhong)缺(que)陷處(chu)的交(jiao)流漏(lou)磁場與交(jiao)流激勵場相(xiang)疊加(jia)，為調(diao)制信(xin)號(hao)，因(yin)此需要對(dui)信(xin)號(hao)進行解調(diao)處(chu)理(li)，濾除原交(jiao)流勵磁信(xin)號(hao)，保(bao)留裂紋信(xin)號(hao)，然后再進行放大濾波處(chu)理(li)。
為實(shi)現(xian)鋼棒(bang)縱向裂紋的(de)全覆蓋自(zi)動(dong)化檢(jian)測(ce)，檢(jian)測(ce)探(tan)頭需(xu)要在鋼棒(bang)表(biao)面形成(cheng)螺旋(xuan)線掃查路徑。目(mu)前(qian)，主要有(you)兩種實(shi)現(xian)方式(shi)：①檢(jian)測(ce)單元靜止(zhi)，鋼棒(bang)做(zuo)(zuo)螺旋(xuan)推進(jin)運(yun)動(dong)；②檢(jian)測(ce)單元旋(xuan)轉，鋼棒(bang)做(zuo)(zuo)直線運(yun)動(dong)。第二種多出現(xian)在進(jin)口的(de)檢(jian)測(ce)設備中，旋(xuan)轉機構(gou)(gou)包括周向磁(ci)化器、檢(jian)測(ce)探(tan)靴、集(ji)電(dian)環、初步(bu)調理電(dian)路等，結構(gou)(gou)龐大(da)、價格昂貴。相(xiang)比之下，采用(yong)第一種運(yun)動(dong)方式(shi)可(ke)避(bi)免主機的(de)回轉運(yun)動(dong)，使系(xi)統結構(gou)(gou)得(de)到大(da)大(da)簡化，檢(jian)測(ce)成(cheng)本低(di)。這(zhe)里(li)采用(yong)基于鋼棒(bang)螺旋(xuan)推進(jin)的(de)運(yun)動(dong)方式(shi)。
三、檢測探頭
軸向(xiang)裂紋檢測應(ying)具(ju)(ju)備兩大要素：一是(shi)外加(jia)磁場方(fang)向(xiang)應(ying)最(zui)(zui)大限度地與軸向(xiang)裂紋垂直，以激勵出最(zui)(zui)大強度的漏磁場；二是(shi)磁場測量單元應(ying)該具(ju)(ju)有足夠的靈敏度。
1. 交流漏(lou)磁(ci)磁(ci)化器
鋼棒直徑(jing)越(yue)小，軸向裂紋的檢(jian)測穩定性越(yue)難以保證(zheng)。圖7-29所示為(wei)C形磁化器檢(jian)測狀態圖。
該方(fang)案有如下優點：
a. 經過鋼棒的有效主磁通更大，并且(qie)能保證(zheng)磁場方(fang)向同軸向裂紋正交，裂紋漏磁場更大。
磁(ci)(ci)化(hua)器所產生的(de)(de)磁(ci)(ci)通(tong)路(lu)(lu)徑有兩條：一(yi)是(shi)經過鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)主磁(ci)(ci)通(tong)，二是(shi)不經過鋼(gang)棒(bang)的(de)(de)漏(lou)磁(ci)(ci)Φ通(tong)，即在(zai)磁(ci)(ci)化(hua)器兩極(ji)之間傳遞的(de)(de)磁(ci)(ci)通(tong)。故在(zai)磁(ci)(ci)路(lu)(lu)內的(de)(de)總磁(ci)(ci)通(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規交流漏磁(ci)(ci)檢測一(yi)(yi)般使用U型磁(ci)(ci)軛，磁(ci)(ci)極平面(mian)(mian)(mian)一(yi)(yi)般與鋼棒表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)相切。本方案的C形磁(ci)(ci)極用弧面(mian)(mian)(mian)與鋼棒表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)貼合，氣隙漏磁(ci)(ci)通(tong)量少，有效(xiao)增(zeng)大進入鋼棒的主(zhu)磁(ci)(ci)通(tong)量。
b. 對(dui)(dui)于小規(gui)格鋼棒，磁(ci)極與鋼棒表面(mian)貼合不(bu)好(hao)，會使傳感器檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)區域偏離(li)磁(ci)化(hua)中心區，對(dui)(dui)信號產生干擾。在自(zi)動(dong)化(hua)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)中，這種動(dong)態偏離(li)將引起較(jiao)大的干擾，降低(di)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)信噪比和靈敏度。C形磁(ci)化(hua)器及(ji)其磁(ci)極實現了較(jiao)好(hao)的對(dui)(dui)中，檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)信號穩定，振動(dong)干擾小。
在檢測(ce)不同直(zhi)徑的(de)(de)鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)時，鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)中(zhong)心高會發生變化(hua)，浮動對(dui)中(zhong)機構(gou)可(ke)良好地(di)實現探頭(tou)跟蹤，減少干(gan)擾噪聲。利用滑軌(gui)滑塊機構(gou)可(ke)實現檢測(ce)探頭(tou)裝置的(de)(de)整體上下移動，以適應鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)的(de)(de)中(zhong)心高變化(hua)。氣缸可(ke)使檢測(ce)單元在鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)螺旋前(qian)進(jin)過程(cheng)中(zhong)緊密(mi)貼(tie)合鋼(gang)(gang)棒(bang)(bang)，避免提離值的(de)(de)變化(hua)對(dui)檢測(ce)信號的(de)(de)影(ying)響，如圖7-30所示(shi)。
2. 陣(zhen)列傳感(gan)器
為(wei)提高(gao)檢(jian)(jian)測(ce)速(su)度并滿足(zu)全覆蓋一致性檢(jian)(jian)測(ce)，傳(chuan)感(gan)器設計成陣列式，以增加探頭軸向覆蓋范圍，防止(zhi)缺陷漏檢(jian)(jian)。鋼(gang)棒(bang)螺(luo)旋(xuan)前(qian)進的(de)螺(luo)距一般(ban)稍小(xiao)于探頭軸向覆蓋范圍，鋼(gang)棒(bang)運(yun)行(xing)螺(luo)距越大(da)，系統檢(jian)(jian)測(ce)速(su)度越高(gao)。
由于檢(jian)測過(guo)程中(zhong)會出(chu)現多種機(ji)械電氣干擾而形成(cheng)背(bei)景噪聲，將傳感(gan)器單(dan)(dan)(dan)元設計為差分(fen)(fen)式結(jie)構來消除(chu)部分(fen)(fen)干擾信號。如圖7-31所示，檢(jian)測單(dan)(dan)(dan)元由扁平線圈及聚磁(ci)鐵心組成(cheng)，虛線框為一(yi)個差分(fen)(fen)單(dan)(dan)(dan)元。探(tan)頭(tou)耐磨層采用陶(tao)瓷片，實踐證明具有很好(hao)的耐磨效果，在具體(ti)應用過(guo)程中(zhong)只需定(ding)期更換陶(tao)瓷片，即可延長(chang)探(tan)頭(tou)的使用壽命。
四、現(xian)場應用(yong)
鋼棒(bang)軸向(xiang)裂紋(wen)自動檢(jian)測裝置如圖(tu)7-32所(suo)(suo)示(shi)，系統由信號(hao)勵磁源(yuan)、計算(suan)機(ji)、采集卡、信號(hao)處理電路、輔(fu)機(ji)裝置和檢(jian)測單元等(deng)組成。圖(tu)中所(suo)(suo)示(shi)裝置僅(jin)用了1個檢(jian)測單元，其軸向(xiang)覆蓋范圍為50mm，調節輥道的擺角，使ф24mm鋼棒(bang)行駛(shi)螺(luo)距小于(yu)50mm。當(dang)檢(jian)測單元增加到8個時，檢(jian)測螺(luo)距達到500mm，檢(jian)測直(zhi)線速度可提升到60m／min。
待檢鋼棒如圖(tu)7-33所示(shi)，表面共(gong)有四(si)個軸向裂紋(wen)，長均(jun)為40mm，寬均(jun)為0.2mm，裂紋(wen)深依次為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼(gang)棒表面(mian)進(jin)行自動化(hua)檢測，所得信(xin)號如圖7-34所示(shi)。由檢測信(xin)號可(ke)(ke)知，該(gai)裝(zhuang)置對表面(mian)不同(tong)深(shen)度的軸(zhou)向裂紋有穩定可(ke)(ke)靠的檢測能力(li)，且(qie)信(xin)噪比較好。
交(jiao)流(liu)漏磁(ci)(ci)法(fa)對鋼棒(bang)表面軸向裂紋(wen)具有較高的檢測(ce)(ce)靈(ling)敏度。局部磁(ci)(ci)軛磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)易與陣列(lie)傳(chuan)感器(qi)實現一體化(hua)(hua)，采用C形局部磁(ci)(ci)化(hua)(hua)器(qi)和陣列(lie)傳(chuan)感器(qi)設計，使得檢測(ce)(ce)結(jie)構更簡(jian)單(dan)、小(xiao)型化(hua)(hua)，有利于(yu)自動化(hua)(hua)檢測(ce)(ce)的實施(shi)。該(gai)系統裂紋(wen)檢測(ce)(ce)深度最(zui)淺可(ke)達0.15mm，檢測(ce)(ce)速度可(ke)達60m／min，滿足鋼棒(bang)自動化(hua)(hua)檢測(ce)(ce)需(xu)求。
