目前為止，鋼棒交流漏磁檢測可靠性仍是困擾無損檢測業(yè)界同行的疑難問題，行業(yè)人士對現(xiàn)行的工藝解釋都局限于試驗摸索和經(jīng)驗總結(jié)，未見確切的量化理論依據(jù)。本文深入分析交流漏磁信號獲取機(jī)理，建立漏磁信號獲取公式，由此找出影響漏磁檢測可靠性的各種因素，進(jìn)而總結(jié)歸納實際檢測中可能出現(xiàn)的各種設(shè)備和工藝問題及其相應(yīng)克服或改進(jìn)措施，達(dá)到提高檢測可靠性、有效控制質(zhì)量風(fēng)險的目的。

1 鋼棒漏磁檢測原理

1.1 漏磁場形成機(jī)理

漏磁檢測是利用勵磁源對被檢工件進(jìn)行磁化，在理想狀態(tài)下，磁通幾乎全部從工件內(nèi)部通過，表面沒有磁場的泄露；當(dāng)工件表面或近表面存在缺陷時，缺陷處及其附近區(qū)域磁力線被壓縮，密度增大，磁阻增加，磁場發(fā)生畸變，其中，大部分磁通從工件內(nèi)部繞過缺陷，少部分穿過缺陷，還有一部分離開工件表面經(jīng)空氣繞過缺陷形成漏磁場，如圖1所示。漏磁場被磁敏傳感器檢測到生成電信號，再經(jīng)放大、濾波等處理給出波形顯示和聲光報警，達(dá)到檢出缺陷的目的。

圖1 漏磁場的形成

鋼棒漏磁檢測方式如圖2所示，檢測時鋼棒直線前進(jìn)，一對磁軛和探頭對稱排布并繞鋼棒旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對鋼棒表面的螺旋掃查。鋼棒漏磁檢測采用高頻交流磁化，交變磁場的趨膚效應(yīng)使被檢區(qū)域極易達(dá)到近飽和狀態(tài)，此時，一旦工件表面存在缺陷，磁力線即溢出表面形成漏磁通。

圖2 探頭對鋼棒表面的掃查

1.2 漏磁檢測信號獲取

鋼棒的漏磁檢測采用線圈作為傳感器，通過線圈與漏磁場之間的電磁感應(yīng)獲得檢測信號。檢測時線圈垂直鋼棒表面放置，采集缺陷漏磁場的水平分量（如圖3所示）。

圖3 線圈與裂紋的漏磁場

2.影響鋼棒漏磁檢測可靠性的原因分析

2.1 鋼棒表面粗糙度

線圈封裝在探頭耐磨靴中，理想檢測狀態(tài)下（鋼棒表面光滑且縱向平直無彎曲、探頭受到彈簧均勻的頂推壓力），耐磨靴緊貼鋼棒表面滑動，此時，線圈的提離h/b保持恒定，探頭重復(fù)掃查鋼棒上同一缺陷的信號不變。而在實際檢測中，探頭受到彈簧壓力、旋轉(zhuǎn)離心力以及鋼棒粗糙表面支撐力的共同作用，耐磨靴會在鋼棒表面快速跳動并發(fā)出噠噠聲，如圖4所示。跳動使探頭產(chǎn)生提離效應(yīng)，即由于提離h/b不同而使檢測信號幅值發(fā)生變化，產(chǎn)生檢測靈敏度波動；跳動還會帶來振動噪聲，使檢測信噪比降低。

圖4 掃查過程中的探頭跳動

在鋼棒漏磁檢測過程中，一旦出現(xiàn)探頭跳動，即使輥道與設(shè)備同心度很好、鋼棒直線度和圓度非常標(biāo)準(zhǔn)，也可能出現(xiàn)缺陷的漏檢或誤報，無法保證檢測的可靠性。探頭跳動主要由鋼棒表面不平引起，且很難消除，故此常將這種由探頭跳動引起的檢測結(jié)果偏差稱為固有偏差。固有偏差的特點(diǎn)是信號幅度在一定范圍內(nèi)波動，缺陷波高處于報警閘門附近，容易引起誤報和漏檢，但不會造成大缺陷的漏檢。

探頭的跳動幅度和跨度與探頭旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，探頭跳動的幅度和跨度均增大，提離效應(yīng)愈加明顯，檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性變差。在對鋼棒表面全覆蓋掃查的檢測中，探頭轉(zhuǎn)速由鋼棒直徑和檢測速度決定，當(dāng)后兩個因素變化時，探頭轉(zhuǎn)速也隨之變化。因此，要克服探頭轉(zhuǎn)速間接帶來的影響，應(yīng)針對不同規(guī)格的鋼棒制定檢測規(guī)程，對于大直徑鋼棒應(yīng)注意適當(dāng)降低檢測速度要求。

2.2 設(shè)備同心度

設(shè)備的同心度對漏磁檢測的可靠性影響很大。造成設(shè)備同心度不好的原因有很多，其一是旋轉(zhuǎn)探頭的中心與傳輸輥道的中心不一致，使周向靈敏度差加大（如圖5所示），此時，探頭貼近鋼棒的一側(cè)容易引起誤報，遠(yuǎn)離鋼棒的一側(cè)容易引起漏檢。其二是傳輸輥道自身的平直度不好，使鋼棒在行進(jìn)中產(chǎn)生跳動，引起探頭的瞬間提離效應(yīng)，且瞬時h/b值變化越大，產(chǎn)生漏檢和誤報的可能性越大。其三是設(shè)備長時間運(yùn)行后主機(jī)前后的三爪定心輥輪磨損以及傳輸輥道的V型輥輪磨損，使鋼棒運(yùn)行中心與探頭旋轉(zhuǎn)中心不一致或使鋼棒傳輸中產(chǎn)生振動。

圖5 同心度劣化引起的周向差

克服設(shè)備不同心對檢測可靠性影響的方法是，針對具體引起周向差的原因?qū)υO(shè)備采取整修措施，如定期調(diào)整旋轉(zhuǎn)主機(jī)與輥道的同心度，定期校準(zhǔn)輥道平直度，定期檢查輥道輥輪和三爪定心輥輪的磨損情況，并對磨損嚴(yán)重的及時進(jìn)行更換。

2.3 旋轉(zhuǎn)探頭對稱性

當(dāng)兩邊的磁軛相對旋轉(zhuǎn)中心不對稱時，兩個耐磨靴對鋼棒表面的壓力不等，探頭的跳動幅度增大，兩個探頭的靈敏度不一致。當(dāng)探頭不對稱時，提高轉(zhuǎn)速會使探頭的跳動加劇，增大兩個探頭的靈敏度差異?？朔霓k法是調(diào)節(jié)磁軛間距減小兩邊對稱性偏差。大棒漏磁機(jī)的兩邊磁軛間距可單獨(dú)調(diào)節(jié)，容易矯正探頭的不對稱性；中棒漏磁機(jī)的兩邊磁軛為聯(lián)動同步調(diào)節(jié)，需要與輥道配合調(diào)整才能消除不對稱性。

正常情況下，探頭的耐磨靴與旋轉(zhuǎn)中心平行且垂直指向旋轉(zhuǎn)中心，但如果裝配不好造成不對稱，就會與被檢鋼棒發(fā)生偏磨情況，如圖6所示。耐磨靴偏磨時，不僅兩邊探頭的提離值不均、靈敏度不一致，同邊探頭中不同線圈的靈敏度也容易存在差異。克服的辦法是經(jīng)常對設(shè)備進(jìn)行靜態(tài)平衡校準(zhǔn)，根據(jù)各通道靈敏度差異情況調(diào)節(jié)耐磨靴的安裝精度。

圖6 耐磨靴不對稱對鋼棒表面的磨損

2.4 鋼棒的彎曲度和頭尾撓曲

當(dāng)鋼棒存在局部彎曲時，彎曲部位經(jīng)過漏磁旋轉(zhuǎn)主機(jī)時會引起同心度偏差。在鋼棒凸面一側(cè)，探頭與鋼棒緊密接觸，跳動幅度小，提離h/b變化范圍小，檢測靈敏度高，誤報的可能性大；反之，在鋼棒凹面一側(cè)，探頭提離h/b變化范圍大，漏檢的可能性大。如果彎曲出現(xiàn)在鋼棒頭尾時影響會更大，頭尾彎曲和端部剪切不僅會帶來較大噪聲（如圖7所示），還有可能由于鋼棒偏心在進(jìn)出主機(jī)時撞擊三爪輥輪使其松動或損壞，造成對后續(xù)鋼棒夾持不穩(wěn)、震動加劇、同心度變差?？朔k法是在主機(jī)前安裝“看門狗”導(dǎo)套，限制彎曲度超標(biāo)的鋼棒進(jìn)入主機(jī)；適當(dāng)收緊主機(jī)前后的三爪輥輪，盡量防止鋼棒的跳動。

圖7 鋼棒頭尾彎曲引起的噪聲

在檢測小直徑鋼棒（一般小于φ30mm）時，由于其剛性不足容易產(chǎn)生頭尾擺動，當(dāng)三爪輥輪壓合和張開時擺動更嚴(yán)重，這是因為當(dāng)頭部進(jìn)入主機(jī)時只有入口端的三爪輥輪夾持鋼棒，出口端的輥輪尚未起作用，同理，當(dāng)鋼棒尾部離開主機(jī)時，只有出口端的三爪輥輪夾持鋼棒，入口端的輥輪已經(jīng)脫開，在這些時候，處于單端自由狀態(tài)的鋼棒端部很容易擺動，引起誤報。克服的辦法是裝入口導(dǎo)向套筒（小于φ28mm），并收緊套筒內(nèi)三爪輥輪。

2.5 鋼棒表面氧化物

表面粗糙的鋼棒，在凹坑和凹槽處會形成氧化粉附集。粗糙表面上殘留的氧化皮和氧化粉在如下情況下容易產(chǎn)生表面揚(yáng)塵和氧化粉附集：傳輸鋼棒的振動、主機(jī)前后三爪輥輪的夾持、耐磨靴敲擊鋼棒表面、磁軛與鋼棒表面間的磁場吸附、表面粗糙引起的漏磁場。氧化粉的導(dǎo)磁率高，很容易被吸附在磁軛和耐磨靴之間形成磁極，檢測時產(chǎn)生雜亂噪聲，使信噪比降低造成誤報，如圖8所示。克服的辦法是改善鋼棒矯直時的表面光潔度；及時清理鋼棒表面殘留的氧化物；定期停機(jī)清理旋轉(zhuǎn)主機(jī)機(jī)構(gòu)中的集灰；隨時關(guān)注檢測中的噪聲信號情況。

圖8 氧化粉集附引起的噪聲

3 結(jié)語

在鋼棒的漏磁檢測中，對可靠性影響最大的是提離效應(yīng)，而產(chǎn)生提離效應(yīng)的原因可能是鋼棒表面粗糙、設(shè)備同心度不佳、旋轉(zhuǎn)探頭不對稱、鋼棒彎曲度大或表面附著氧化物。在實際檢測中，這些因素往往關(guān)聯(lián)存在，給檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性帶來多重、綜合影響。全面深入地了解漏磁檢測機(jī)理及其影響因素，進(jìn)而正確地操作和使用設(shè)備，避免影響檢測可靠性的情況發(fā)生，對于最大限度發(fā)揮漏磁檢測設(shè)備的判定把關(guān)作用、保證出廠交貨鋼棒質(zhì)量具有重要的意義。