在鋼棒的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生裂紋、夾雜和分層等缺陷而影響鋼棒質(zhì)量,其中,鋼棒的表面縱向裂紋約占所有缺陷的70%。針對鋼棒的實(shí)際缺陷類(lèi)型,一般采用復合檢測的方法對其質(zhì)量狀況進(jìn)行綜合評定,如超聲法主要檢測鋼棒的內部縱向裂紋、漏磁法主要檢測鋼棒的表面軸向裂紋。


  鋼棒軸向裂紋將嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量,生產(chǎn)過(guò)程中有效檢出鋼棒中的軸向裂紋特別是微裂紋尤為必要。對于表面精拔加工的軸承生產(chǎn)用鋼棒,采用交流漏磁檢測能夠有效探測微小裂紋。針對鋼棒表面軸向裂紋,直流磁化漏磁檢測一般難以適用。


  這里,介紹一種基于鋼棒螺旋運動(dòng)、探頭固定的鋼棒縱向裂紋自動(dòng)檢測方法與裝置。采用C形局部交流磁化器對鋼棒進(jìn)行勵磁,并采用相應的陣列傳感器來(lái)拾取裂紋漏磁信號,最后通過(guò)計算機處理系統實(shí)施定量化檢測與評估,獲得穩定的檢測靈敏度,具有廣泛的應用價(jià)值。



一、檢測原理


  漏磁檢測方法分為直流漏磁和交流漏磁,圖7-26所示為鋼管和鋼棒周向直流磁化時(shí)磁場(chǎng)分布對比。由圖可知,鋼管易被磁化至飽和狀態(tài),缺陷漏磁場(chǎng)比較大;而鋼棒磁化時(shí),由于為實(shí)心,磁力線(xiàn)沒(méi)有環(huán)繞至鋼棒表面,而直接穿過(guò)鋼棒中心,表面縱向裂紋幾乎沒(méi)有漏磁場(chǎng)泄漏,為此,類(lèi)似鋼管軸向裂紋的直流漏磁方法難以在鋼棒上實(shí)施。由于趨膚效應,交流磁場(chǎng)集中于工件表面,對表面軸向裂紋的檢測將更為敏感,所以,鋼棒軸向裂紋的檢測宜采用交流漏磁檢測方法。


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  常用的交流漏磁磁化器有穿過(guò)式線(xiàn)圈磁化器和局部磁軛式磁化器,用于縱向裂紋檢測的僅能采用后者。圖7-27所示為采用局部磁軛式磁化器的鋼棒交流漏磁檢測原理圖。磁化器由C形高導磁材料和勵磁線(xiàn)圈組成,其中勵磁線(xiàn)圈環(huán)繞制在C形高導磁材料上,勵磁線(xiàn)圈中施加一定頻率的交流電流。檢測元件與磁化器一起與鋼棒形成相對螺旋運動(dòng),當檢測元件掃查至裂紋區域時(shí)可獲得裂紋信號。


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二、整體方案


  鋼棒交流漏磁檢測系統方案如圖7-28所示。檢測單元由交流漏磁磁化器和陣列傳感器組成;信號處理過(guò)程中,檢測中缺陷處的交流漏磁場(chǎng)與交流激勵場(chǎng)相疊加,為調制信號,因此需要對信號進(jìn)行解調處理,濾除原交流勵磁信號,保留裂紋信號,然后再進(jìn)行放大濾波處理。


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  為實(shí)現鋼棒縱向裂紋的全覆蓋自動(dòng)化檢測,檢測探頭需要在鋼棒表面形成螺旋線(xiàn)掃查路徑。目前,主要有兩種實(shí)現方式:①檢測單元靜止,鋼棒做螺旋推進(jìn)運動(dòng);②檢測單元旋轉,鋼棒做直線(xiàn)運動(dòng)。第二種多出現在進(jìn)口的檢測設備中,旋轉機構包括周向磁化器、檢測探靴、集電環(huán)、初步調理電路等,結構龐大、價(jià)格昂貴。相比之下,采用第一種運動(dòng)方式可避免主機的回轉運動(dòng),使系統結構得到大大簡(jiǎn)化,檢測成本低。這里采用基于鋼棒螺旋推進(jìn)的運動(dòng)方式。



三、檢測探頭


  軸向裂紋檢測應具備兩大要素:一是外加磁場(chǎng)方向應最大限度地與軸向裂紋垂直,以激勵出最大強度的漏磁場(chǎng);二是磁場(chǎng)測量單元應該具有足夠的靈敏度。


 1. 交流漏磁磁化器


   鋼棒直徑越小,軸向裂紋的檢測穩定性越難以保證。圖7-29所示為C形磁化器檢測狀態(tài)圖。


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   該方案有如下優(yōu)點(diǎn):


 a. 經(jīng)過(guò)鋼棒的有效主磁通更大,并且能保證磁場(chǎng)方向同軸向裂紋正交,裂紋漏磁場(chǎng)更大。


   磁化器所產(chǎn)生的磁通路徑有兩條:一是經(jīng)過(guò)鋼棒的主磁通,二是不經(jīng)過(guò)鋼棒的漏磁Φ通,即在磁化器兩極之間傳遞的磁通。故在磁路內的總磁通為


   Φo=Φs+Φ, (7-1)


   常規交流漏磁檢測一般使用U型磁軛,磁極平面一般與鋼棒表面相切。本方案的C形磁極用弧面與鋼棒表面貼合,氣隙漏磁通量少,有效增大進(jìn)入鋼棒的主磁通量。


  b. 對于小規格鋼棒,磁極與鋼棒表面貼合不好,會(huì )使傳感器檢測區域偏離磁化中心區,對信號產(chǎn)生干擾。在自動(dòng)化檢測中,這種動(dòng)態(tài)偏離將引起較大的干擾,降低檢測信噪比和靈敏度。C形磁化器及其磁極實(shí)現了較好的對中,檢測信號穩定,振動(dòng)干擾小。


  在檢測不同直徑的鋼棒時(shí),鋼棒中心高會(huì )發(fā)生變化,浮動(dòng)對中機構可良好地實(shí)現探頭跟蹤,減少干擾噪聲。利用滑軌滑塊機構可實(shí)現檢測探頭裝置的整體上下移動(dòng),以適應鋼棒的中心高變化。氣缸可使檢測單元在鋼棒螺旋前進(jìn)過(guò)程中緊密貼合鋼棒,避免提離值的變化對檢測信號的影響,如圖7-30所示。


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 2. 陣列傳感器


  為提高檢測速度并滿(mǎn)足全覆蓋一致性檢測,傳感器設計成陣列式,以增加探頭軸向覆蓋范圍,防止缺陷漏檢。鋼棒螺旋前進(jìn)的螺距一般稍小于探頭軸向覆蓋范圍,鋼棒運行螺距越大,系統檢測速度越高。


  由于檢測過(guò)程中會(huì )出現多種機械電氣干擾而形成背景噪聲,將傳感器單元設計為差分式結構來(lái)消除部分干擾信號。如圖7-31所示,檢測單元由扁平線(xiàn)圈及聚磁鐵心組成,虛線(xiàn)框為一個(gè)差分單元。探頭耐磨層采用陶瓷片,實(shí)踐證明具有很好的耐磨效果,在具體應用過(guò)程中只需定期更換陶瓷片,即可延長(cháng)探頭的使用壽命。


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四、現場(chǎng)應用


  鋼棒軸向裂紋自動(dòng)檢測裝置如圖7-32所示,系統由信號勵磁源、計算機、采集卡、信號處理電路、輔機裝置和檢測單元等組成。圖中所示裝置僅用了1個(gè)檢測單元,其軸向覆蓋范圍為50mm,調節輥道的擺角,使ф24mm鋼棒行駛螺距小于50mm。當檢測單元增加到8個(gè)時(shí),檢測螺距達到500mm,檢測直線(xiàn)速度可提升到60m/min。


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  待檢鋼棒如圖7-33所示,表面共有四個(gè)軸向裂紋,長(cháng)均為40mm,寬均為0.2mm,裂紋深依次為0.30mm、0.15mm、0.25mm和0.30mm。


  對鋼棒表面進(jìn)行自動(dòng)化檢測,所得信號如圖7-34所示。由檢測信號可知,該裝置對表面不同深度的軸向裂紋有穩定可靠的檢測能力,且信噪比較好。


  交流漏磁法對鋼棒表面軸向裂紋具有較高的檢測靈敏度。局部磁軛磁化器易與陣列傳感器實(shí)現一體化,采用C形局部磁化器和陣列傳感器設計,使得檢測結構更簡(jiǎn)單、小型化,有利于自動(dòng)化檢測的實(shí)施。該系統裂紋檢測深度最淺可達0.15mm,檢測速度可達60m/min,滿(mǎn)足鋼棒自動(dòng)化檢測需求。






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