目前為止，鋼棒交流漏磁檢測(cè)可靠性仍是困擾無損檢測(cè)業(yè)界同行的疑難問題，行業(yè)人士對(duì)現(xiàn)行的工藝解釋都局限于試驗(yàn)摸索和經(jīng)驗(yàn)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(hào)獲取機(jī)理，建立漏磁信號(hào)獲取公式，由此找出影響漏磁檢測(cè)可靠性的各種因素，進(jìn)而總結(jié)歸納實(shí)際檢測(cè)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(cè)可靠性、有效控制質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的目的。

1 鋼棒漏磁檢測(cè)原理

1.1 漏磁場(chǎng)形成機(jī)理

漏磁檢測(cè)是利用勵(lì)磁源對(duì)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(chǎng)的泄露；當(dāng)工件表面或近表面存在缺陷時(shí)，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(chǎng)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(chǎng)，如圖1所示。漏磁場(chǎng)被磁敏傳感器檢測(cè)到生成電信號(hào)，再經(jīng)放大、濾波等處理給出波形顯示和聲光報(bào)警，達(dá)到檢出缺陷的目的。

圖1 漏磁場(chǎng)的形成

鋼棒漏磁檢測(cè)方式如圖2所示，檢測(cè)時(shí)鋼棒直線前進(jìn)，一對(duì)磁軛和探頭對(duì)稱排布并繞鋼棒旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼棒表面的螺旋掃查。鋼棒漏磁檢測(cè)采用高頻交流磁化，交變磁場(chǎng)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(shí)，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(duì)鋼棒表面的掃查

1.2 漏磁檢測(cè)信號(hào)獲取

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

圖3 線圈與裂紋的漏磁場(chǎng)

2.影響鋼棒漏磁檢測(cè)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(cè)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(dòng)，此時(shí)，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(hào)不變。而在實(shí)際檢測(cè)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(huì)在鋼棒表面快速跳動(dòng)并發(fā)出噠噠聲，如圖4所示。跳動(dòng)使探頭產(chǎn)生提離效應(yīng)，即由于提離h/b不同而使檢測(cè)信號(hào)幅值發(fā)生變化，產(chǎn)生檢測(cè)靈敏度波動(dòng)；跳動(dòng)還會(huì)帶來振動(dòng)噪聲，使檢測(cè)信噪比降低。

圖4 掃查過程中的探頭跳動(dòng)

在鋼棒漏磁檢測(cè)過程中，一旦出現(xiàn)探頭跳動(dòng)，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(bào)，無法保證檢測(cè)的可靠性。探頭跳動(dòng)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(dòng)引起的檢測(cè)結(jié)果偏差稱為固有偏差。固有偏差的特點(diǎn)是信號(hào)幅度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，缺陷波高處于報(bào)警閘門附近，容易引起誤報(bào)和漏檢，但不會(huì)造成大缺陷的漏檢。

探頭的跳動(dòng)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(dòng)的幅度和跨度均增大，提離效應(yīng)愈加明顯，檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性變差。在對(duì)鋼棒表面全覆蓋掃查的檢測(cè)中，探頭轉(zhuǎn)速由鋼棒直徑和檢測(cè)速度決定，當(dāng)后兩個(gè)因素變化時(shí)，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(duì)不同規(guī)格的鋼棒制定檢測(cè)規(guī)程，對(duì)于大直徑鋼棒應(yīng)注意適當(dāng)降低檢測(cè)速度要求。

2.2 設(shè)備同心度

設(shè)備的同心度對(duì)漏磁檢測(cè)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(shí)，探頭貼近鋼棒的一側(cè)容易引起誤報(bào)，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(dòng)，引起探頭的瞬間提離效應(yīng)，且瞬時(shí)h/b值變化越大，產(chǎn)生漏檢和誤報(bào)的可能性越大。其三是設(shè)備長(zhǎng)時(shí)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(dòng)。

圖5 同心度劣化引起的周向差

克服設(shè)備不同心對(duì)檢測(cè)可靠性影響的方法是，針對(duì)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(duì)磨損嚴(yán)重的及時(shí)進(jìn)行更換。

2.3 旋轉(zhuǎn)探頭對(duì)稱性

當(dāng)兩邊的磁軛相對(duì)旋轉(zhuǎn)中心不對(duì)稱時(shí)，兩個(gè)耐磨靴對(duì)鋼棒表面的壓力不等，探頭的跳動(dòng)幅度增大，兩個(gè)探頭的靈敏度不一致。當(dāng)探頭不對(duì)稱時(shí)，提高轉(zhuǎn)速會(huì)使探頭的跳動(dòng)加劇，增大兩個(gè)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(duì)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(duì)稱性；中棒漏磁機(jī)的兩邊磁軛為聯(lián)動(dòng)同步調(diào)節(jié)，需要與輥道配合調(diào)整才能消除不對(duì)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(duì)稱，就會(huì)與被檢鋼棒發(fā)生偏磨情況，如圖6所示。耐磨靴偏磨時(shí)，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?？朔霓k法是經(jīng)常對(duì)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(duì)稱對(duì)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(shí)，彎曲部位經(jīng)過漏磁旋轉(zhuǎn)主機(jī)時(shí)會(huì)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(dòng)幅度小，提離h/b變化范圍小，檢測(cè)靈敏度高，誤報(bào)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(shí)影響會(huì)更大，頭尾彎曲和端部剪切不僅會(huì)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(shí)撞擊三爪輥輪使其松動(dòng)或損壞，造成對(duì)后續(xù)鋼棒夾持不穩(wěn)、震動(dòng)加劇、同心度變差。克服辦法是在主機(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(dòng)。

圖7 鋼棒頭尾彎曲引起的噪聲

在檢測(cè)小直徑鋼棒（一般小于φ30mm）時(shí)，由于其剛性不足容易產(chǎn)生頭尾擺動(dòng)，當(dāng)三爪輥輪壓合和張開時(shí)擺動(dòng)更嚴(yán)重，這是因?yàn)楫?dāng)頭部進(jìn)入主機(jī)時(shí)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(shí)，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(shí)候，處于單端自由狀態(tài)的鋼棒端部很容易擺動(dòng)，引起誤報(bào)。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(huì)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(dòng)、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(chǎng)吸附、表面粗糙引起的漏磁場(chǎng)。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(cè)時(shí)產(chǎn)生雜亂噪聲，使信噪比降低造成誤報(bào)，如圖8所示。克服的辦法是改善鋼棒矯直時(shí)的表面光潔度；及時(shí)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(shí)關(guān)注檢測(cè)中的噪聲信號(hào)情況。

圖8 氧化粉集附引起的噪聲

3 結(jié)語(yǔ)

在鋼棒的漏磁檢測(cè)中，對(duì)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(duì)稱、鋼棒彎曲度大或表面附著氧化物。在實(shí)際檢測(cè)中，這些因素往往關(guān)聯(lián)存在，給檢測(cè)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(cè)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(cè)可靠性的情況發(fā)生，對(duì)于最大限度發(fā)揮漏磁檢測(cè)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。