一種基于串聯(lián)閉合式磁化的活塞環(huán)剩磁探傷方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于漏磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于串聯(lián)閉合式磁化的活塞環(huán)剩磁探傷方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]活塞環(huán)是用于嵌入活塞槽溝內(nèi)部的金屬環(huán)，廣泛地用在各種動(dòng)力機(jī)械上，如汽油機(jī)、壓縮機(jī)、液壓機(jī)以及火車，輪船，游艇等機(jī)構(gòu)，其產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)這些動(dòng)力機(jī)械的正常運(yùn)行至關(guān)重要。其規(guī)格繁多、厚度、寬度較小，缺陷尺度不一，有極小的點(diǎn)狀缺陷，也有沿圓弧分布的線狀缺陷，缺陷常常分布在棱邊或是端面上，位置無(wú)序，若無(wú)法對(duì)其采取合適的磁化、檢測(cè)手段，將難以高效探測(cè)到缺陷。漏磁檢測(cè)作為一種強(qiáng)有力而高效的無(wú)損探傷手段，但對(duì)于活塞環(huán)等較小型開(kāi)口環(huán)型導(dǎo)磁構(gòu)件上的微小缺陷，實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化探傷還具有一定難度，一是難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)構(gòu)件的一次性均勻磁化，二是檢測(cè)過(guò)程中磁敏檢測(cè)單元易受磁化器以及周圍磁噪聲的影響，難以提取出精確的缺陷信號(hào)。同時(shí)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)較大半徑的活塞環(huán)的檢測(cè)，需要改變步長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)工件磁化及檢測(cè)，以保證最終效果?，F(xiàn)有的漏磁方法中對(duì)于同一活塞環(huán)不同的檢測(cè)面，需要多道工序分別進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)，通常只采用單傳感器對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，弊端在于只對(duì)一定尺度缺陷敏感，對(duì)于活塞環(huán)上不同程度的缺陷，易產(chǎn)生漏檢。
[0003]磁激勵(lì)是漏磁檢測(cè)的首要關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)于結(jié)構(gòu)特殊的檢測(cè)對(duì)象，往往有著不同的磁化方式及結(jié)構(gòu)要求。目前關(guān)于環(huán)型工件的一種磁化方法是采用大電流低電壓的穿棒法實(shí)現(xiàn)活塞環(huán)的軸向磁化，在活塞環(huán)上面產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)，但是易在磁化過(guò)程中打火燒傷活塞環(huán)，并且對(duì)設(shè)備的需求和消耗較大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)困難。
[0004]常用的磁軛式磁化方式，其磁源是由激勵(lì)線圈產(chǎn)生的整個(gè)空間域的磁場(chǎng)，該空間中的磁場(chǎng)作用于由銜鐵與待磁化部位構(gòu)成磁回路，磁軛法極易在檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生抖動(dòng)，并且磁軛兩觸頭必須與待檢面實(shí)現(xiàn)較好的貼合，而對(duì)于活塞環(huán)這種橫截面小且不規(guī)則的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，觸頭與待檢面空氣隙極大地影響了檢測(cè)效果。同時(shí)較弱的缺陷漏磁場(chǎng)易淹沒(méi)在較大的背景磁場(chǎng)中，降低了同一工件的檢測(cè)靈敏度的一致性；最后磁軛法也難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)活塞環(huán)這種特殊結(jié)構(gòu)的一次性整體磁化。
[0005]現(xiàn)有漏磁檢測(cè)中的永磁磁化方式均采用永磁磁軛式結(jié)構(gòu)，每個(gè)探頭由多個(gè)獨(dú)立的磁軛組件固化構(gòu)成，每個(gè)獨(dú)立的磁軛組件均有銜鐵以及兩級(jí)之間的磁敏元件封裝而成，其中，銜鐵兩端磁極由多塊磁鐵串聯(lián)而成，中間為跨度通常大于150_的磁橋路。這種磁化方式不具有穩(wěn)定性，磁軛磁極的近距離靠近或者接觸被檢構(gòu)件，導(dǎo)致磁吸作用過(guò)大，使得檢測(cè)探頭在與被檢構(gòu)建在檢測(cè)過(guò)程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變得困難，檢測(cè)探頭不易脫離開(kāi)被檢測(cè)體，也難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)活塞環(huán)這種特殊結(jié)構(gòu)的一次性整體磁化。
[0006]另外一種方式為，楊蕓著“軸承套圈局部漏磁檢測(cè)方法與裝置”(中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)無(wú)損檢測(cè)分會(huì)，2013)，采用永磁局部磁化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承套圈的檢測(cè)，但是仍然是磁化和檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，并且磁化所用的外部連接比較繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于串聯(lián)閉合式磁化的活塞環(huán)剩磁探傷方法與裝置，實(shí)現(xiàn)具有不規(guī)則截面的活塞環(huán)整體磁化及檢測(cè)，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性和互換性強(qiáng)、成本較低、檢測(cè)精度高、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化探傷的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0009]一種基于串聯(lián)閉合式磁化的活塞環(huán)剩磁探傷方法，其步驟包括:
[0010]第I步，利用永磁體從活塞環(huán)的開(kāi)口間隙處對(duì)其進(jìn)行飽和磁化，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)閉合式磁化；
[0011]第2步，活塞環(huán)實(shí)現(xiàn)整周貫穿式磁化后，將永磁體脫離活塞環(huán)開(kāi)口間隙，形成均勻剩磁；
[0012]第3步，磁敏檢測(cè)單元沿活塞環(huán)圓周方向進(jìn)行掃查，拾取缺陷漏磁場(chǎng)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)中的突變表達(dá)缺陷的存在。
[0013]所述步驟2中永磁體需從活塞環(huán)開(kāi)口間隙撤離，留下最大的均勻剩磁，永磁體對(duì)活塞環(huán)磁化及撤出磁路由控制裝置控制。
[0014]所述步驟3中，磁敏檢測(cè)單元具有跨尺度缺陷識(shí)別功能，磁敏檢測(cè)單元為可以開(kāi)合的多面探頭陣列沿活塞環(huán)橫截面四周圍成無(wú)泄漏的掃描體，多個(gè)磁敏檢測(cè)單元分別敏感不同尺度缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)。
[0015]所述永磁體從活塞環(huán)的開(kāi)口間隙處磁化活塞環(huán)的整周，永磁體從活塞環(huán)撤離后留下最大的剩磁；多面探頭陣列由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置控制從活塞環(huán)開(kāi)口的一端開(kāi)始，掃查軌跡沿圓周方向到另一端結(jié)束，多通道漏磁檢測(cè)依次經(jīng)過(guò)放大器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連，由計(jì)算機(jī)給出判斷結(jié)果、報(bào)警和控制分揀。
[0016]所述活塞環(huán)可采用至少兩個(gè)以上的活塞環(huán)疊加的方式同時(shí)磁化。
[0017]一種實(shí)現(xiàn)該活塞環(huán)探傷方法的裝置，包括永磁體、磁敏檢測(cè)單元，磁敏檢測(cè)單元依次連接放大器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述永磁體填充活塞環(huán)開(kāi)口間隙，用于磁化活塞環(huán)；所述永磁體活動(dòng)連接控制裝置；所述磁敏檢測(cè)單元由一組磁傳感器構(gòu)成，所述磁敏檢測(cè)單元用至少兩種以上空間敏感尺度磁檢測(cè)探頭構(gòu)成，形成至少兩個(gè)以上磁敏檢測(cè)單元，磁傳感器組以相同的磁敏感方向緊密排列，排列方向沿活塞環(huán)圓周方向，磁敏檢測(cè)單元沿活塞環(huán)橫截面周向布置成多面探頭陣列；每個(gè)磁敏檢測(cè)單元外部采用非導(dǎo)磁材料封裝，所述磁敏檢測(cè)單元共同封裝在多面探頭陣列的內(nèi)部；所述多面探頭陣列緊貼活塞環(huán)的外輪廓面，每個(gè)多面探頭陣列外側(cè)連接有浮動(dòng)跟隨裝置，浮動(dòng)跟隨裝置的另一端連接有機(jī)械裝置。
[0018]所述永磁體采用單個(gè)永磁體或片狀永磁體串聯(lián)疊加的方式。
[0019]所述永磁體為片狀永磁體時(shí)，多個(gè)片狀永磁體的N、S極串聯(lián)疊加，所述永磁體在磁化場(chǎng)有效方向(N，S)上的總厚度，填充滿活塞環(huán)的開(kāi)口間隙，N級(jí)與活塞環(huán)開(kāi)口一端貼合，S極與活塞環(huán)開(kāi)口的另一端貼合。
[0020]所述控制裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸和連接桿，連接桿的一端垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接桿另一端與永磁體活動(dòng)連接。
[0021]所述浮動(dòng)跟隨裝置為氣浮跟蹤控制，包括彈簧、搖臂，搖臂置于彈簧內(nèi)。
[0022]所述多面探頭陣列的布置形式與活塞環(huán)橫截面的形狀相匹配，探頭陣列的每個(gè)面覆蓋活塞環(huán)橫截面的周圍，從截面方向看去構(gòu)成周向陣列；活塞環(huán)橫截面為矩形時(shí)，采用兩個(gè)直角多面探頭陣列沿活塞環(huán)橫截面對(duì)角布置。
[0023]所述活塞環(huán)主要材料成分為鑄鐵，由于其尺寸較小，內(nèi)外側(cè)圓弧面棱角較為尖銳，極易產(chǎn)生崩缺，也極易產(chǎn)生鍍層連帶本體材料脫落的缺陷。缺陷尺度不一，點(diǎn)狀、線狀、面積型缺陷都存在，以至于缺陷信號(hào)易被磁化過(guò)程中的磁噪聲淹沒(méi)。通常橫截面積為2mm2-15mm2,圓環(huán)半徑4-10cm，大批量生產(chǎn)，因此必須提出與之結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相適應(yīng)的磁化及檢測(cè)方式。
[0024]所述串聯(lián)閉合式磁化方式，利用單個(gè)永磁體的N、S極直接與活塞環(huán)實(shí)現(xiàn)圓周方向的串聯(lián)，構(gòu)成磁回路。其特點(diǎn)是磁源作為一個(gè)“點(diǎn)源”，整體充當(dāng)串聯(lián)閉合磁路的一部分，接觸作用于活塞環(huán)的細(xì)小橫截面，磁力線從永磁體的N極出發(fā)，通過(guò)活塞環(huán)內(nèi)部到達(dá)永磁體自身的S極，該貫穿式磁化過(guò)程，以“點(diǎn)式”局部磁化的方式在客觀上提供了整體磁化的效果，除此之外，串聯(lián)閉合式磁化法可以對(duì)多個(gè)活塞環(huán)同時(shí)進(jìn)行均勻磁化，為活塞環(huán)微小缺陷的檢測(cè)可靠性提供了保證。而通常采取的磁軛式磁化方式，其磁源是由激勵(lì)線圈產(chǎn)生的整個(gè)空間域的磁場(chǎng)，該空間中的磁場(chǎng)作用于由銜鐵與待磁化部位構(gòu)成磁回路。因此，從磁源和作用方式來(lái)講，它與常規(guī)磁軛法磁化之間是存在較大差異的。從能量損耗角度考慮，磁軛法總是需要額外的供電系統(tǒng)并且需要體積較大的線圈產(chǎn)生合適的磁場(chǎng)，最顯著的特點(diǎn)是再次化過(guò)程中要持續(xù)對(duì)磁化器進(jìn)行供電，在大批量的檢測(cè)中，磁化器的大量電能消耗和散熱都是面臨的劣勢(shì)。而該串聯(lián)閉合式磁化方法只需要體積較小的永磁體完成前者較大結(jié)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的相同功能，只需要極少的永磁體消耗。
[0025]所述串聯(lián)式“點(diǎn)磁源”提供的激勵(lì)最大特點(diǎn)是其磁能密度較大，在磁路中只存在極小的損失，活塞環(huán)作為永磁體自身N極到S極磁力線的分布介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)最均勾的剩磁分布，提高了檢測(cè)元件靈敏度一致性。所述永磁體具有較高磁能積，由其構(gòu)成的串聯(lián)式磁化器能夠提供不同尺寸環(huán)型工件所需的磁場(chǎng)，其結(jié)構(gòu)特征為采用單個(gè)或片狀永磁體串聯(lián)疊加的方式，實(shí)現(xiàn)與不同大小開(kāi)口間隙活塞環(huán)的串聯(lián)閉合。
[0026]所述串聯(lián)閉合式磁化過(guò)程之后，從閉合環(huán)型回路中撤出磁化器，在活塞環(huán)中留下靜態(tài)剩磁場(chǎng)，為下一步的探頭掃查提供了較低的磁噪聲及良好的穩(wěn)定性。
[0027]所述無(wú)泄漏的掃描體，是基于活塞環(huán)橫截面不規(guī)則，存在梯形，矩形工字型等多種形狀的特征，將磁敏檢測(cè)單元沿活塞環(huán)周向布置成多面探頭陣列，從截面方向看去構(gòu)成周向陣列，在其沿活塞環(huán)進(jìn)行圓周掃查的時(shí)候，掃查過(guò)程中的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不規(guī)則活塞環(huán)不規(guī)則截面周向上的同時(shí)檢測(cè)?；钊h(huán)每個(gè)面的探頭陣列均為浮動(dòng)跟隨緊貼活塞環(huán)的外輪廓面，沿活塞環(huán)橫截面四周圍成無(wú)泄漏的掃描體。當(dāng)檢測(cè)完一個(gè)活塞環(huán)后，該多面探頭陣列可以由機(jī)械裝置控制開(kāi)合，自動(dòng)從沿活塞環(huán)橫截面環(huán)繞狀態(tài)改變?yōu)榇蜷_(kāi)狀態(tài)，等待下一個(gè)活塞環(huán)到達(dá)，多面探頭陣列恢復(fù)浮動(dòng)壓緊狀態(tài)，如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化掃查過(guò)程。
[0028]所述磁敏檢測(cè)單元為線圈、磁頭、霍爾傳感器等靈敏度較高、體積較小的傳感器構(gòu)成。單個(gè)傳感器的靈敏度比較單一，如有的磁傳感器對(duì)線狀缺陷較為敏感，而有的則對(duì)點(diǎn)狀缺陷較為敏感。利用活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用至少兩組不同空間敏感度的磁檢測(cè)探頭組成一組，分別敏感不同尺度缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)，探頭沿其軸向陣列布置，實(shí)現(xiàn)跨尺度的缺陷檢測(cè)，避免漏檢。
[0029]本發(fā)明的技術(shù)效果是:
[0030]本發(fā)明提出的一種基于串聯(lián)閉合式磁化方法，實(shí)質(zhì)是利用單個(gè)永磁體的N、S極與活塞環(huán)構(gòu)成環(huán)型磁回路，以“點(diǎn)式”局部貼合的方式，用最大磁能量密度實(shí)現(xiàn)圓周方向最大程度的貫穿式均勻磁化。
[0031]串聯(lián)閉合式磁化方法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)活塞環(huán)的均勻磁化，提高了磁化效率，撤離磁化器后直接利用工件靜態(tài)剩磁檢測(cè)，避免了常規(guī)磁化過(guò)程中的空間磁場(chǎng)干擾，減小了活塞環(huán)開(kāi)口處端部檢測(cè)盲區(qū)，提升了檢測(cè)信噪比。
[0032]通過(guò)采用環(huán)繞的陣列磁敏檢