在鋼(gang)(gang)棒的(de)生產過程中會產生裂紋、夾雜和分層等缺(que)陷(xian)而影響鋼(gang)(gang)棒質(zhi)量(liang)，其中，鋼(gang)(gang)棒的(de)表(biao)面縱(zong)向裂紋約(yue)占(zhan)所有缺(que)陷(xian)的(de)70％。針(zhen)對(dui)鋼(gang)(gang)棒的(de)實際缺(que)陷(xian)類型，一般(ban)采(cai)用復合檢測(ce)的(de)方法(fa)對(dui)其質(zhi)量(liang)狀況進行綜合評定，如超聲法(fa)主(zhu)(zhu)要檢測(ce)鋼(gang)(gang)棒的(de)內部縱(zong)向裂紋、漏磁法(fa)主(zhu)(zhu)要檢測(ce)鋼(gang)(gang)棒的(de)表(biao)面軸向裂紋。
鋼(gang)棒軸(zhou)向裂紋將嚴(yan)重影響產(chan)品質量，生產(chan)過(guo)程中(zhong)有效檢(jian)出(chu)鋼(gang)棒中(zhong)的(de)軸(zhou)向裂紋特別(bie)是微裂紋尤為必要。對于表面(mian)精拔加工(gong)的(de)軸(zhou)承生產(chan)用鋼(gang)棒，采(cai)用交流漏磁(ci)檢(jian)測(ce)能(neng)夠有效探測(ce)微小裂紋。針對鋼(gang)棒表面(mian)軸(zhou)向裂紋，直流磁(ci)化(hua)漏磁(ci)檢(jian)測(ce)一般難以適(shi)用。
這(zhe)里，介紹(shao)一種基于鋼棒(bang)螺(luo)旋運動(dong)、探頭固定的(de)鋼棒(bang)縱向裂紋自(zi)動(dong)檢(jian)測(ce)方法與(yu)裝置(zhi)。采用(yong)C形局部交(jiao)流磁化器對鋼棒(bang)進行勵(li)磁，并采用(yong)相(xiang)應的(de)陣列傳感器來拾(shi)取(qu)裂紋漏磁信號(hao)，最后通過(guo)計(ji)算機處理系(xi)統實施定量化檢(jian)測(ce)與(yu)評估，獲得(de)穩定的(de)檢(jian)測(ce)靈敏度，具有廣泛的(de)應用(yong)價值(zhi)。
一、檢(jian)測(ce)原理
漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方(fang)法(fa)(fa)分(fen)(fen)為(wei)直流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)和交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)，圖7-26所示為(wei)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)和鋼(gang)(gang)棒周(zhou)向(xiang)直流(liu)(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化時磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)分(fen)(fen)布對比(bi)。由(you)圖可知，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)易被(bei)磁(ci)(ci)(ci)(ci)化至飽(bao)和狀態(tai)，缺陷漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)比(bi)較大(da)；而鋼(gang)(gang)棒磁(ci)(ci)(ci)(ci)化時，由(you)于(yu)(yu)為(wei)實心，磁(ci)(ci)(ci)(ci)力線沒(mei)有(you)環繞至鋼(gang)(gang)棒表面，而直接穿(chuan)過(guo)鋼(gang)(gang)棒中心，表面縱(zong)向(xiang)裂(lie)紋(wen)幾乎(hu)沒(mei)有(you)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)泄漏(lou)，為(wei)此，類似鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)的直流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)方(fang)法(fa)(fa)難以在鋼(gang)(gang)棒上實施。由(you)于(yu)(yu)趨膚效應，交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)磁(ci)(ci)(ci)(ci)場(chang)(chang)(chang)集中于(yu)(yu)工件表面，對表面軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)的檢測(ce)將更為(wei)敏(min)感，所以，鋼(gang)(gang)棒軸向(xiang)裂(lie)紋(wen)的檢測(ce)宜采用(yong)交(jiao)(jiao)流(liu)(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)(ci)(ci)(ci)檢測(ce)方(fang)法(fa)(fa)。
常(chang)用(yong)的(de)(de)交流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)磁(ci)化(hua)(hua)(hua)器有穿(chuan)過式(shi)線(xian)圈磁(ci)化(hua)(hua)(hua)器和(he)局部(bu)磁(ci)軛式(shi)磁(ci)化(hua)(hua)(hua)器，用(yong)于縱向(xiang)裂紋(wen)(wen)檢測(ce)的(de)(de)僅能采用(yong)后者(zhe)。圖(tu)7-27所示為采用(yong)局部(bu)磁(ci)軛式(shi)磁(ci)化(hua)(hua)(hua)器的(de)(de)鋼(gang)棒交流(liu)(liu)漏(lou)磁(ci)檢測(ce)原理圖(tu)。磁(ci)化(hua)(hua)(hua)器由C形高導磁(ci)材料和(he)勵(li)磁(ci)線(xian)圈組成，其中勵(li)磁(ci)線(xian)圈環(huan)繞制在(zai)C形高導磁(ci)材料上，勵(li)磁(ci)線(xian)圈中施加一(yi)定頻(pin)率的(de)(de)交流(liu)(liu)電流(liu)(liu)。檢測(ce)元件與磁(ci)化(hua)(hua)(hua)器一(yi)起與鋼(gang)棒形成相(xiang)對螺旋運(yun)動，當檢測(ce)元件掃查至裂紋(wen)(wen)區(qu)域時可獲(huo)得裂紋(wen)(wen)信號。
二(er)、整體方(fang)案(an)
鋼(gang)棒交流(liu)漏(lou)磁檢(jian)測系統方案如圖7-28所示。檢(jian)測單元由交流(liu)漏(lou)磁磁化器(qi)(qi)和陣列傳感器(qi)(qi)組成(cheng)；信號(hao)處(chu)(chu)理過程中(zhong)，檢(jian)測中(zhong)缺(que)陷處(chu)(chu)的交流(liu)漏(lou)磁場(chang)與交流(liu)激勵(li)場(chang)相(xiang)疊加，為調制信號(hao)，因此需要對(dui)信號(hao)進(jin)行(xing)解調處(chu)(chu)理，濾除原交流(liu)勵(li)磁信號(hao)，保留裂(lie)紋信號(hao)，然后再(zai)進(jin)行(xing)放大濾波處(chu)(chu)理。
為實(shi)現(xian)鋼(gang)(gang)棒(bang)縱向裂紋的(de)全覆蓋自動(dong)(dong)(dong)化檢(jian)測，檢(jian)測探頭需(xu)要(yao)在(zai)鋼(gang)(gang)棒(bang)表面(mian)形成螺(luo)旋(xuan)(xuan)線(xian)掃查路徑。目前，主要(yao)有兩種(zhong)實(shi)現(xian)方(fang)式：①檢(jian)測單元靜(jing)止，鋼(gang)(gang)棒(bang)做(zuo)螺(luo)旋(xuan)(xuan)推進(jin)運動(dong)(dong)(dong)；②檢(jian)測單元旋(xuan)(xuan)轉，鋼(gang)(gang)棒(bang)做(zuo)直線(xian)運動(dong)(dong)(dong)。第二種(zhong)多出現(xian)在(zai)進(jin)口(kou)的(de)檢(jian)測設(she)備(bei)中，旋(xuan)(xuan)轉機構包括周向磁化器(qi)、檢(jian)測探靴、集電(dian)環、初步調(diao)理電(dian)路等，結構龐大、價格昂(ang)貴。相比(bi)之下，采用第一種(zhong)運動(dong)(dong)(dong)方(fang)式可避免主機的(de)回轉運動(dong)(dong)(dong)，使系(xi)統結構得到大大簡(jian)化，檢(jian)測成本低。這里采用基(ji)于鋼(gang)(gang)棒(bang)螺(luo)旋(xuan)(xuan)推進(jin)的(de)運動(dong)(dong)(dong)方(fang)式。
三(san)、檢測探(tan)頭(tou)
軸向裂紋檢測應具(ju)備(bei)兩(liang)大要素：一是外加(jia)磁場(chang)方向應最(zui)大限度地與軸向裂紋垂直，以激(ji)勵出最(zui)大強度的漏磁場(chang)；二是磁場(chang)測量單元應該具(ju)有(you)足夠(gou)的靈敏(min)度。
1. 交流漏磁(ci)(ci)磁(ci)(ci)化器
鋼棒(bang)直(zhi)徑越(yue)小(xiao)，軸(zhou)向裂紋的檢(jian)測穩定性越(yue)難以保證。圖(tu)7-29所示為C形磁(ci)化器檢(jian)測狀態(tai)圖(tu)。
該方案有如下優(you)點：
a. 經過鋼棒的(de)有(you)效主磁(ci)通更大，并且能保(bao)證磁(ci)場方向同(tong)軸向裂(lie)紋正(zheng)交，裂(lie)紋漏磁(ci)場更大。
磁(ci)(ci)化器(qi)所(suo)產(chan)生的(de)磁(ci)(ci)通(tong)(tong)路(lu)(lu)徑有兩(liang)條(tiao)：一是經過鋼棒的(de)主磁(ci)(ci)通(tong)(tong)，二是不經過鋼棒的(de)漏磁(ci)(ci)Φ通(tong)(tong)，即在(zai)磁(ci)(ci)化器(qi)兩(liang)極之(zhi)間傳遞的(de)磁(ci)(ci)通(tong)(tong)。故在(zai)磁(ci)(ci)路(lu)(lu)內的(de)總磁(ci)(ci)通(tong)(tong)為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規(gui)交流(liu)漏磁(ci)檢測一般(ban)使用(yong)U型磁(ci)軛，磁(ci)極平面一般(ban)與鋼棒(bang)表面相切。本方案的C形磁(ci)極用(yong)弧面與鋼棒(bang)表面貼合，氣隙漏磁(ci)通量少，有效增(zeng)大進入(ru)鋼棒(bang)的主磁(ci)通量。
b. 對于小規格鋼棒，磁極(ji)與鋼棒表面貼合不好，會使(shi)傳感器檢(jian)測(ce)區(qu)域偏離磁化(hua)(hua)中(zhong)心區(qu)，對信(xin)號產生干擾(rao)。在自動化(hua)(hua)檢(jian)測(ce)中(zhong)，這種(zhong)動態(tai)偏離將引起(qi)較大的(de)干擾(rao)，降低檢(jian)測(ce)信(xin)噪比和靈敏(min)度。C形(xing)磁化(hua)(hua)器及其磁極(ji)實現(xian)了較好的(de)對中(zhong)，檢(jian)測(ce)信(xin)號穩定，振動干擾(rao)小。
在檢(jian)(jian)測(ce)(ce)不同(tong)直(zhi)徑的(de)鋼(gang)(gang)棒時，鋼(gang)(gang)棒中(zhong)(zhong)心高會發生變化(hua)，浮動對中(zhong)(zhong)機構可(ke)良好地實現探頭跟蹤，減少干擾噪(zao)聲(sheng)。利用滑軌(gui)滑塊機構可(ke)實現檢(jian)(jian)測(ce)(ce)探頭裝置的(de)整體上下移(yi)動，以適應(ying)鋼(gang)(gang)棒的(de)中(zhong)(zhong)心高變化(hua)。氣缸可(ke)使檢(jian)(jian)測(ce)(ce)單元在鋼(gang)(gang)棒螺旋(xuan)前(qian)進過程中(zhong)(zhong)緊密貼(tie)合鋼(gang)(gang)棒，避免提離值(zhi)的(de)變化(hua)對檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信號的(de)影(ying)響，如圖(tu)7-30所(suo)示。
2. 陣(zhen)列(lie)傳(chuan)感(gan)器
為提高檢測速度(du)并滿足全覆蓋一致性檢測，傳感(gan)器設(she)計(ji)成陣列式(shi)，以(yi)增加探(tan)頭軸向覆蓋范圍，防止缺(que)陷(xian)漏檢。鋼(gang)棒(bang)螺(luo)旋前進的螺(luo)距(ju)一般稍小(xiao)于探(tan)頭軸向覆蓋范圍，鋼(gang)棒(bang)運行(xing)螺(luo)距(ju)越大(da)，系(xi)統檢測速度(du)越高。
由于檢測過程中(zhong)會(hui)出(chu)現多種機械(xie)電氣干擾而形(xing)成(cheng)背景噪聲，將(jiang)傳感器單(dan)元(yuan)設(she)計為差分式結構來消除部(bu)分干擾信號。如圖7-31所(suo)示(shi)，檢測單(dan)元(yuan)由扁平線(xian)圈及聚磁鐵心組成(cheng)，虛線(xian)框為一個差分單(dan)元(yuan)。探(tan)頭(tou)耐磨(mo)層采用(yong)陶(tao)瓷片，實踐證明具(ju)有(you)很好(hao)的耐磨(mo)效(xiao)果，在具(ju)體應用(yong)過程中(zhong)只需(xu)定(ding)期(qi)更換陶(tao)瓷片，即可延長探(tan)頭(tou)的使用(yong)壽命。
四(si)、現場應用(yong)
鋼(gang)棒軸向(xiang)(xiang)裂(lie)紋自動檢(jian)(jian)測(ce)裝置(zhi)(zhi)如(ru)圖7-32所示，系統由(you)信(xin)號勵磁源(yuan)、計(ji)算機、采集(ji)卡、信(xin)號處理(li)電路、輔機裝置(zhi)(zhi)和檢(jian)(jian)測(ce)單元等組成。圖中所示裝置(zhi)(zhi)僅用了(le)1個檢(jian)(jian)測(ce)單元，其軸向(xiang)(xiang)覆(fu)蓋范圍為(wei)50mm，調(diao)節輥道的擺角(jiao)，使(shi)ф24mm鋼(gang)棒行駛螺距小于50mm。當檢(jian)(jian)測(ce)單元增加到(dao)(dao)(dao)8個時，檢(jian)(jian)測(ce)螺距達到(dao)(dao)(dao)500mm，檢(jian)(jian)測(ce)直線速度(du)可提升(sheng)到(dao)(dao)(dao)60m／min。
待檢鋼棒如圖7-33所示，表(biao)面共有四個軸向裂(lie)紋，長均為40mm，寬均為0.2mm，裂(lie)紋深依次(ci)為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。
對鋼棒表面進行自動化檢(jian)測，所(suo)(suo)得信號(hao)如圖7-34所(suo)(suo)示。由(you)檢(jian)測信號(hao)可知，該裝置對表面不同深度(du)的軸向裂紋有穩定可靠的檢(jian)測能力，且信噪(zao)比(bi)較好。
交流漏磁(ci)(ci)法對鋼棒表面軸向裂(lie)紋具有較高的檢(jian)測(ce)(ce)靈敏度。局部磁(ci)(ci)軛磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器易與陣(zhen)列傳(chuan)感器實(shi)現(xian)一體化(hua)(hua)(hua)，采(cai)用C形局部磁(ci)(ci)化(hua)(hua)(hua)器和陣(zhen)列傳(chuan)感器設計(ji)，使得檢(jian)測(ce)(ce)結構更簡單、小型化(hua)(hua)(hua)，有利于自動(dong)化(hua)(hua)(hua)檢(jian)測(ce)(ce)的實(shi)施。該系統裂(lie)紋檢(jian)測(ce)(ce)深度最淺可達0.15mm，檢(jian)測(ce)(ce)速度可達60m／min，滿足(zu)鋼棒自動(dong)化(hua)(hua)(hua)檢(jian)測(ce)(ce)需求。
