在(zai)鋼棒的生產過(guo)程中會產生裂紋、夾雜和分層(ceng)等缺陷(xian)而影響鋼棒質量(liang)，其中，鋼棒的表麵縱(zong)向裂紋約占(zhan)所有缺陷(xian)的70％。針對(dui)鋼棒的實際(ji)缺陷(xian)類型，一般(ban)采用複(fu)合檢測的方法對(dui)其質量(liang)狀(zhuang)況進行綜合評定，如超聲(sheng)法主要(yao)檢測鋼棒的內部縱(zong)向裂紋、漏(lou)磁法主要(yao)檢測鋼棒的表麵軸向裂紋。
鋼棒軸向裂紋將(jiang)嚴重影響產品質量(liang)，生產過(guo)程中有效(xiao)檢出鋼棒中的軸向裂紋特別是微裂紋尤為必(bi)要(yao)。對(dui)於表麵精(jing)拔加工的軸承(cheng)生產用鋼棒，采用交(jiao)流漏(lou)磁檢測能夠(gou)有效(xiao)探測微小裂紋。針對(dui)鋼棒表麵軸向裂紋，直流磁化漏(lou)磁檢測一般(ban)難(nan)以適用。
這裏，介紹一種(zhong)基(ji)於鋼棒螺旋運動、探頭固定的鋼棒縱(zong)向裂紋自(zi)動檢測方法與(yu)裝置。采用C形局部交(jiao)流磁化器對(dui)鋼棒進行勵磁，並采用相應的陣列傳感器來拾(shi)取(qu)裂紋漏(lou)磁信號，最後通過(guo)計算機處理係統(tong)實施(shi)定量(liang)化檢測與(yu)評估，獲得(de)穩定的檢測靈(ling)敏度，具有廣泛(fan)的應用價值(zhi)。
一、檢測原理
漏(lou)磁檢測方法分為直流漏(lou)磁和交(jiao)流漏(lou)磁，圖7-26所示為鋼管和鋼棒周向直流磁化時磁場分布對(dui)比。由圖可知，鋼管易被磁化至飽(bao)和狀(zhuang)態，缺陷(xian)漏(lou)磁場比較大；而鋼棒磁化時，由於為實心，磁力(li)線沒(mei)有環繞至鋼棒表麵，而直接穿過(guo)鋼棒中心，表麵縱(zong)向裂紋幾(ji)乎沒(mei)有漏(lou)磁場泄漏(lou)，為此，類似鋼管軸向裂紋的直流漏(lou)磁方法難(nan)以在(zai)鋼棒上實施(shi)。由於趨膚效(xiao)應，交(jiao)流磁場集中於工件表麵，對(dui)表麵軸向裂紋的檢測將(jiang)更為敏感，所以，鋼棒軸向裂紋的檢測宜(yi)采用交(jiao)流漏(lou)磁檢測方法。
常用的交(jiao)流漏(lou)磁磁化器有穿過(guo)式線圈(quan)磁化器和局部磁軛式磁化器，用於縱(zong)向裂紋檢測的僅能采用後者。圖7-27所示為采用局部磁軛式磁化器的鋼棒交(jiao)流漏(lou)磁檢測原理圖。磁化器由C形高導(dao)磁材料和勵磁線圈(quan)組成，其中勵磁線圈(quan)環繞製在(zai)C形高導(dao)磁材料上，勵磁線圈(quan)中施(shi)加一定頻(pin)率的交(jiao)流電流。檢測元件與(yu)磁化器一起與(yu)鋼棒形成相對(dui)螺旋運動，當(dang)檢測元件掃(sao)查(cha)至裂紋區域時可獲得(de)裂紋信號。
二、整體方案
鋼棒交(jiao)流漏(lou)磁檢測係統(tong)方案如圖7-28所示。檢測單元由交(jiao)流漏(lou)磁磁化器和陣列傳感器組成；信號處理過(guo)程中，檢測中缺陷(xian)處的交(jiao)流漏(lou)磁場與(yu)交(jiao)流激(ji)勵場相疊加，為調製信號，因(yin)此需(xu)要(yao)對(dui)信號進行解(jie)調處理，濾(lv)除原交(jiao)流勵磁信號，保留(liu)裂紋信號，然(ran)後再進行放(fang)大濾(lv)波處理。
為實現鋼棒縱(zong)向裂紋的全(quan)覆蓋自(zi)動化檢測，檢測探頭需(xu)要(yao)在(zai)鋼棒表麵形成螺旋線掃(sao)查(cha)路徑。目前，主要(yao)有兩種(zhong)實現方式：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(zhong)多出現在(zai)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、初(chu)步(bu)調理電路等，結構龐大、價格昂貴。相比之下，采用第一種(zhong)運動方式可避免(mian)主機的回轉運動，使係統(tong)結構得(de)到大大簡化，檢測成本低。這裏采用基(ji)於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(yao)素(su)：一是外加磁場方向應最大限度地與(yu)軸向裂紋垂直，以激(ji)勵出最大強度的漏(lou)磁場；二是磁場測量(liang)單元應該具有足夠(gou)的靈(ling)敏度。
1. 交(jiao)流漏(lou)磁磁化器
鋼棒直徑越小，軸向裂紋的檢測穩定性越難(nan)以保證。圖7-29所示為C形磁化器檢測狀(zhuang)態圖。
該方案有如下優點：
a. 經過(guo)鋼棒的有效(xiao)主磁通更大，並且能保證磁場方向同軸向裂紋正(zheng)交(jiao)，裂紋漏(lou)磁場更大。
磁化器所產生的磁通路徑有兩條：一是經過(guo)鋼棒的主磁通，二是不經過(guo)鋼棒的漏(lou)磁Φ通，即在(zai)磁化器兩極之間傳遞的磁通。故在(zai)磁路內的總磁通為
Φo=Φs+Φ, (7-1)
常規(gui)交(jiao)流漏(lou)磁檢測一般(ban)使用U型磁軛，磁極平麵一般(ban)與(yu)鋼棒表麵相切。本方案的C形磁極用弧麵與(yu)鋼棒表麵貼合，氣隙(xi)漏(lou)磁通量(liang)少，有效(xiao)增大進入鋼棒的主磁通量(liang)。
b. 對(dui)於小規(gui)格鋼棒，磁極與(yu)鋼棒表麵貼合不好，會使傳感器檢測區域偏離磁化中心區，對(dui)信號產生幹擾。在(zai)自(zi)動化檢測中，這種(zhong)動態偏離將(jiang)引(yin)起較大的幹擾，降(jiang)低檢測信噪比和靈(ling)敏度。C形磁化器及其磁極實現了較好的對(dui)中，檢測信號穩定，振動幹擾小。
在(zai)檢測不同直徑的鋼棒時，鋼棒中心高會發生變(bian)化，浮動對(dui)中機構可良好地實現探頭跟(gen)蹤(zong)，減(jian)少幹擾噪聲(sheng)。利(li)用滑軌(gui)滑塊機構可實現檢測探頭裝置的整體上下移動，以適應鋼棒的中心高變(bian)化。氣缸(gang)可使檢測單元在(zai)鋼棒螺旋前進過(guo)程中緊密貼合鋼棒，避免(mian)提(ti)離值(zhi)的變(bian)化對(dui)檢測信號的影響，如圖7-30所示。
2. 陣列傳感器
為提(ti)高檢測速(su)度並滿足全(quan)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範(fan)圍(wei)，防止缺陷(xian)漏(lou)檢。鋼棒螺旋前進的螺距一般(ban)稍小於探頭軸向覆蓋範(fan)圍(wei)，鋼棒運行螺距越大，係統(tong)檢測速(su)度越高。
由於檢測過(guo)程中會出現多種(zhong)機械電氣幹擾而形成背(bei)景噪聲(sheng)，將(jiang)傳感器單元設計為差分式結構來消除部分幹擾信號。如圖7-31所示，檢測單元由扁平線圈(quan)及聚(ju)磁鐵(tie)心組成，虛(xu)線框(kuang)為一個差分單元。探頭耐磨(mo)層(ceng)采用陶瓷(ci)片，實踐證明具有很好的耐磨(mo)效(xiao)果，在(zai)具體應用過(guo)程中隻需(xu)定期更換陶瓷(ci)片，即可延長探頭的使用壽命。
四、現場應用
鋼棒軸向裂紋自(zi)動檢測裝置如圖7-32所示，係統(tong)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，其軸向覆蓋範(fan)圍(wei)為50mm，調節(jie)輥道的擺角，使ф24mm鋼棒行駛螺距小於50mm。當(dang)檢測單元增加到8個時，檢測螺距達到500mm，檢測直線速(su)度可提(ti)升到60m／min。
待(dai)檢鋼棒如圖7-33所示，表麵共(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(dui)鋼棒表麵進行自(zi)動化檢測，所得(de)信號如圖7-34所示。由檢測信號可知，該裝置對(dui)表麵不同深度的軸向裂紋有穩定可靠(kao)的檢測能力(li)，且信噪比較好。
交(jiao)流漏(lou)磁法對(dui)鋼棒表麵軸向裂紋具有較高的檢測靈(ling)敏度。局部磁軛磁化器易與(yu)陣列傳感器實現一體化，采用C形局部磁化器和陣列傳感器設計，使得(de)檢測結構更簡單、小型化，有利(li)於自(zi)動化檢測的實施(shi)。該係統(tong)裂紋檢測深度最淺(qian)可達0.15mm，檢測速(su)度可達60m／min，滿足鋼棒自(zi)動化檢測需(xu)求(qiu)。
