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表面粗糙度和曲率半径对轴承钢管漏磁检测的影响机制

杨芸  
【摘要】:漏磁检测技术由于其可靠性和高效性已广泛应用于铁磁性材料的无损检测中。用于制造钢铁精密零件的轴承钢管是质量要求最严格的管种,对漏磁检测设备的探伤精度要求越来越高,因此有必要寻求制约常规漏磁探伤设备检测能力的因素,找出难点和不足,并提出相应的解决措施,实现更高精度的漏磁检测。本文首先研究了表面粗糙度对工件表面磁场分布产生的扰动,研究表明:粗糙元轮廓峰和轮廓谷形成的漏磁场扰动相反,微小几何上的峰与谷引起的表面漏磁场信号形状典型特征为近似的正弦。基于微细裂纹与粗糙元空间上的多种相对位置情况,推导出裂口上方漏磁场的矢量叠加公式,揭示了表面粗糙度对微细裂纹产生漏磁场的影响机制。通过仿真和实验,获得了随表面粗糙度几何特征量值的增大表面漏磁场信号随之增大的变化规律以及其对微细裂纹漏磁信号的影响规律。以粗糙表面上裂纹漏磁检测信号特征为基础,研究了表面粗糙度和裂纹几何特征量对检测信号信噪比的影响,揭示了信噪比随Ra和RSm值的增大而减小、随裂纹深度的增大而增大、随裂纹宽度的增大而先增大后趋于稳定等变化规律,为此,粗糙面上深度和宽度较小的微细裂纹越难识别。采用有限元仿真和数值拟合方法,获得了粗糙表面上裂纹漏磁检测极限深度的理论计算公式,提出了一种在提离间隙内增加磁介质的粗糙表面微细裂纹漏磁场检测方法。然后,研究了钢管曲率半径对其周向磁化的影响规律:同一钢管上内壁处的磁感应强度始终大于外壁;不同规格钢管内磁场强度随曲率半径的增加先增加后缓慢变小。同时综合磁压缩效应对裂纹漏磁场的影响,揭示了曲率半径对钢管轴向裂纹漏磁检测的影响机制。针对小径管内、外壁轴向裂纹检测难点,提出了改善钢管磁化性能以及双面布置传感器等有效措施。最后,提出了一种双面布置磁测头的钢管精密漏磁检测技术。依表面状况选择两种测头策略:光亮表面采用零提离的磁头以获得最高的灵敏度;粗糙表面采用提离间隙内增加磁介质的磁头以获得最高的信噪比。这一技术应用到轴承钢管的自动漏磁检测中,实现了内、外壁长6.25mmX宽0.20mmX深0.10mm的微细裂纹检测,突破了常规单面测磁场的漏磁检测设备检测能力极限。


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