钢棒纵向裂纹磁性检测方法及应用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文钢棒纵向裂纹磁性检测方法及应用研究姓名：张华明申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：康宜华;武新军20050330I摘摘 要要 钢棒的纵向裂纹是影响其质量的主要因素随着现代工业对质量要求的逐步提高， 有效检测出钢棒的纵向裂纹显得尤为必要 为了提高产品的质量、 降低劳动强度、减少工业应用事故，设计钢棒纵向裂纹自动检测系统具有十分重要的意义 通过对国内外棒材无损检测方法和系统的研究现状及实现方法的分析， 根据现场棒材纵向裂纹的实际情况和检测要求，采用具有速度快、灵敏度高等优点的漏磁检测方法，分析确定了系统的整体设计及布置方案在分析棒材纵向裂纹漏磁检测中影响漏磁场的各种因素，如磁化大小、磁化间隙和磁源的布置等后，发现将传统的钢管纵向裂纹检测方法应用在钢棒检测中时存在很多问题，如磁化不集中，被测裂纹处无法激励出足够的磁化强度和系统稳定性很差等 随后详细分析和试验研究了问题产生的原因，不断改变磁化方式，并通过对各种方法的检测灵敏度极限试验分析，找出了解决纵向裂纹充分检出的有效方法，即点磁源磁化方法基于该检测法进行了检测探头的设计和系统控制流程设计，现场使用表明系统运行良好、检测可靠、灵敏度高。

关键词关键词：钢棒 纵向裂纹 漏磁检测 点磁源 无损检测 IIAbstract The longitudinal crack of steel bar is the main factor that influences its quality. In modern industry, the requirement of product’s quality is higher and higher, accordingly, it is important and urgent to test the longitudinal cracks in steel bar. With the view of improving product’s quality, lowering the labor intensity, and minimizing industrial application accidents, it is of great significance to design an automatic crack testing system. After analyzing the status quo of non-destructive testing methods and systems both in China and abroad, the author puts forward the blue print of a speedy and sensitive magnetic flux leakage (MFL) testing system according to practical testing requirement and features of the cracks. Trough the analysis of various factors that influences magnetic flux leakage field in longitudinal crack testing, such as the magnetizing strength, magnetizing clearance, and planning of the magnetic source, it is found that there exist many problems when using the traditional longitudinal testing methods to test the cracks of steel bars, Such as the decentralization of magnetization, the lack of magnetizing intensity and poor stability of the system. Then further analysis and experiments are conducted to find out the causes that arouse those problems and finally by alternating the magnetizing measures and testing the maximum sensitivity of different methods the author finds an effective testing method for longitudinal cracks, that is the flaky magnet magnetizing method. Based on this method, the author has designed the structure of testing sensor and the control system. This testing system has been proved to be of excellent function, reliable testing accuracy and high sensitivity by practical application. Keywords: steel Bar, longitudinal crack, magnetic flux-leakage testing, magnet point source, non-destructive testing √独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□，在______年解密后适用本授权数 本论文属于 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期：2005 年 月 日 日期： 年 月 日 11 绪论绪论 1.1 课题概述 1.1.1 课题来源 1.1 课题概述 1.1.1 课题来源 本课题来源于莱芜钢铁集团特殊钢厂的工程项目：钢棒自动无损检测系统开发 1.1.2 课题的目的 1.1.2 课题的目的 莱芜钢铁集团特殊钢厂主要生产各种轴承钢、齿轮钢等圆钢，产品有相当一部分销往国外。

由于其产品为满足特殊行业的需要，质量要求非常高，如果圆钢表面较深的纵向裂纹检测不出，就会严重影响各种后续产品的生产，严重的会使由此生产出来的各种轴承、齿轮出现大批量的报废，但长期以来，莱钢集团特殊钢厂的质量检查部门只能依靠肉眼去判断钢棒的质量状况，钢棒内部的纵向裂纹根本无法检出；又由于在生产过程中，原料毛坯经过轧制等多种工序加工成圆棒后，其表面已经形成了一层较为坚硬的氧化皮，更大大增加了质检部门的工作难度在这种情况下，漏检的事故时有发生，导致特殊钢厂每年由于质量问题而造成的损失非常严重 因此， 特殊钢厂迫切需要建立一套可以准确有效检测钢棒纵向裂纹的高效自动化无损检测系统 1.1.3 本课题的理论与实际意义 1.1.3 本课题的理论与实际意义 目前， 钢棒探伤系统的制造主要集中在国际上少数几家知名的大型无损检测设备制造公司手里，如美国的图博维高公司(Tuboscope)、彪维公司(TechnoFour-Bowing)和德国的 Foerster 公司等国内对纵向裂纹的无损检测技术尚处于引进使用阶段，在工业化实用设备的开发制造方面还刚刚起步 随着国内钢铁市场对产品质量要求的不断提高以及出口钢铁产品数量的不断增加，对探伤系统的需求也日益增长，但是引进2各种探伤设备不但价格昂贵，而且人员培训、设备维修和易损件的供应都成问题。

在这种情况下，系统地研究漏磁检测方法，并以此为依据开发出我国纵向裂纹漏磁无损探伤装置和设备，对于发展磁性检测技术，填补相关设备制造领域的空白，节省冶金产业部门质量控制成本等具有十分现实的意义和价值 1.2 钢棒纵向裂纹无损检测的研究现状 1.2.1 钢棒纵向裂纹无损检测系统的应用现状 1.2 钢棒纵向裂纹无损检测的研究现状 1.2.1 钢棒纵向裂纹无损检测系统的应用现状 国内外纵向裂纹无损检测系统普遍应用在钢管的检测上， 用于钢棒的检测的则相对较少纵向裂纹无损检测系统的生产厂家主要以美国的 Tuboscope 公司以及德国的Forster、NUKEM 等公司最为著名其产品综合应用了超声波、涡流和漏磁等多种检测方法 在国外，钢棒纵向裂纹无损检测系统方面的研究较早，很早就建立起了较为先进的钢棒集成无损检测线，如九十年代初，美国共和钢铁公司的钢棒无损检测系统，该检测系统把钢棒矫直和成型工序与自动检测和打捆工序完全集成起来， 不但能够检测钢棒的外部和内部纵向裂纹，而且能测定钢棒的钢号，当钢棒出现纵向裂纹时，系统还可以自动追踪缺陷源的位置从而采取校正措施[1]该系统采用的是超声和漏磁相结合的检测方法：超声波检测主要用于检测钢棒内部纵向裂纹，由一套 Krautkramer ROT130 型超声波设备完成；钢棒的表面质量检测则由基于漏磁检测原理的 Foerster Circoflux 设备完成。

检测系统可检测的最小表面裂纹为 0.2mm（深）×15.2mm（长） ，最小内部缺陷为Φ0.5mm×15.2mm（长） 在直径从Φ3.8mm 到Φ127mm、长度从0.336m 到 10.668m 的范围内的碳钢和合金钢棒均可以用这条检测线进行检测，速度可达 11m/min 另外也有的国外钢铁公司采用超声波法和涡流法相结合的检测方法[2] 国内的钢铁公司应用的钢棒纵向裂纹检测系统则主要以引进国外的设备为主， 如北钢集团在精整生产线上引进了具有世界先进水平的德国 KrautKramer 公司的 ROB—65VIS型超声波检测设备和德国Foerster公司的CIRCOFLUX S6.144漏磁检测设备，3两种检测装置相辅相成，实现了钢棒的全面探伤[3] 国内也有少数厂家自行研制了钢棒纵向裂纹检测系统， 如宝鸡有色金属加工厂研制的一套大直径钢棒的超声波自动探伤系统此系统可探测钢棒直径为Φ100mm～ Φ350mm，长度为 0.3m～4m但此系统对钢棒的表面质量 Ra 要求小于 3.2，钢棒不直度也在 3mm/m 以下 首钢检测中心针对钢棒进行了涡流探伤仪器设备的研制开发，并配合超声波检测设备，建立了一条冷拉钢棒涡流超声综合无损检测线。

该检测线可实现被检钢棒的自动上料、下料以及材料自动分选等功能其中涡流探伤设备用于检测钢棒的表面纵向裂纹，而超声波检测设备则用于内部纵向裂纹的检测此检测线用于探测直径在 20mm 以内，长度 3m～6m，弯曲度在 2mm/m 以下的钢棒，其探测速度为 40m/min，端部的检测盲区在 200mm 以内，能检测深度为表面光滑的冷拉钢棒公称直径的 1.5%和长度不大于 50mm 的槽形人工纵向裂纹[4] 1.2.2 钢棒纵向裂纹的无损检测方法 1.2.2 钢棒纵向裂纹的无损检测方法 目前，国内外对钢棒纵向裂纹。