在鋼棒的生產過程中會產生裂紋、夾雜和分層等缺陷而影響鋼棒質量,其中,鋼棒的表面縱向裂紋約占所有缺陷的70%。針對鋼棒的實際缺陷類型,一般采用復合檢測的方法對其質量狀況進行綜合評定,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品質量,生產過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、探頭固定的鋼棒縱向裂紋自動檢測方法與裝置。采用C形局部交流磁化器對鋼棒進行勵磁,并采用相應的陣列傳感器來拾取裂紋漏磁信號,最后通過計算機處理系統(tǒng)實施定量化檢測與評估,獲得穩(wěn)定的檢測靈敏度,具有廣泛的應用價值。



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磁場分布對比。由圖可知,鋼管易被磁化至飽和狀態(tài),缺陷漏磁場比較大;而鋼棒磁化時,由于為實心,磁力線沒有環(huán)繞至鋼棒表面,而直接穿過鋼棒中心,表面縱向裂紋幾乎沒有漏磁場泄漏,為此,類似鋼管軸向裂紋的直流漏磁方法難以在鋼棒上實施。由于趨膚效應,交流磁場集中于工件表面,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式線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圈組成,其中勵磁線圈環(huán)繞制在C形高導磁材料上,勵磁線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,當檢測元件掃查至裂紋區(qū)域時可獲得裂紋信號。


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二、整體方案


  鋼棒交流漏磁檢測系統(tǒng)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;信號處理過程中,檢測中缺陷處的交流漏磁場與交流激勵場相疊加,為調制信號,因此需要對信號進行解調處理,濾除原交流勵磁信號,保留裂紋信號,然后再進行放大濾波處理。


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  為實現(xiàn)鋼棒縱向裂紋的全覆蓋自動化檢測,檢測探頭需要在鋼棒表面形成螺旋線掃查路徑。目前,主要有兩種實現(xiàn)方式:①檢測單元靜止,鋼棒做螺旋推進運動;②檢測單元旋轉,鋼棒做直線運動。第二種多出現(xiàn)在進口的檢測設備中,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、價格昂貴。相比之下,采用第一種運動方式可避免主機的回轉運動,使系統(tǒng)結構得到大大簡化,檢測成本低。這里采用基于鋼棒螺旋推進的運動方式。



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;二是磁場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(wěn)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:


 a. 經過鋼棒的有效主磁通更大,并且能保證磁場方向同軸向裂紋正交,裂紋漏磁場更大。


   磁化器所產生的磁通路徑有兩條:一是經過鋼棒的主磁通,二是不經過鋼棒的漏磁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(guī)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,有效增大進入鋼棒的主磁通量。


  b. 對于小規(guī)格鋼棒,磁極與鋼棒表面貼合不好,會使傳感器檢測區(qū)域偏離磁化中心區(qū),對信號產生干擾。在自動化檢測中,這種動態(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現(xiàn)了較好的對中,檢測信號穩(wěn)定,振動干擾小。


  在檢測不同直徑的鋼棒時,鋼棒中心高會發(fā)生變化,浮動對中機構可良好地實現(xiàn)探頭跟蹤,減少干擾噪聲。利用滑軌滑塊機構可實現(xiàn)檢測探頭裝置的整體上下移動,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過程中緊密貼合鋼棒,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(tǒng)檢測速度越高。


  由于檢測過程中會出現(xiàn)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消除部分干擾信號。如圖7-31所示,檢測單元由扁平線圈及聚磁鐵心組成,虛線框為一個差分單元。探頭耐磨層采用陶瓷片,實踐證明具有很好的耐磨效果,在具體應用過程中只需定期更換陶瓷片,即可延長探頭的使用壽命。


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四、現(xiàn)場應用


  鋼棒軸向裂紋自動檢測裝置如圖7-32所示,系統(tǒng)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個檢測單元,其軸向覆蓋范圍為50mm,調節(jié)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個時,檢測螺距達到500mm,檢測直線速度可提升到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。


  對鋼棒表面進行自動化檢測,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(wěn)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現(xiàn)一體化,采用C形局部磁化器和陣列傳感器設計,使得檢測結構更簡單、小型化,有利于自動化檢測的實施。該系統(tǒng)裂紋檢測深度最淺可達0.15mm,檢測速度可達60m/min,滿足鋼棒自動化檢測需求。






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