一種基于串聯閉合式磁化的活塞環剩磁探傷方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于漏磁無損檢測技術領域，特別涉及一種基于串聯閉合式磁化的活塞環剩磁探傷方法及裝置。
【背景技術】
[0002]活塞環是用于嵌入活塞槽溝內部的金屬環，廣泛地用在各種動力機械上，如汽油機、壓縮機、液壓機以及火車，輪船，游艇等機構，其產品質量對這些動力機械的正常運行至關重要。其規格繁多、厚度、寬度較小，缺陷尺度不一，有極小的點狀缺陷，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，位置無序，若無法對其采取合適的磁化、檢測手段，將難以高效探測到缺陷。漏磁檢測作為一種強有力而高效的無損探傷手段，但對于活塞環等較小型開口環型導磁構件上的微小缺陷，實現高速自動化探傷還具有一定難度，一是難以實現整個構件的一次性均勻磁化，二是檢測過程中磁敏檢測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。同時，對于實現較大半徑的活塞環的檢測，需要改變步長來實現整個工件磁化及檢測，以保證最終效果。現有的漏磁方法中對于同一活塞環不同的檢測面，需要多道工序分別進行檢測，同時，通常只采用單傳感器對工件進行檢測，弊端在于只對一定尺度缺陷敏感，對于活塞環上不同程度的缺陷，易產生漏檢。
[0003]磁激勵是漏磁檢測的首要關鍵技術之一，對于結構特殊的檢測對象，往往有著不同的磁化方式及結構要求。目前關于環型工件的一種磁化方法是采用大電流低電壓的穿棒法實現活塞環的軸向磁化，在活塞環上面產生軸向磁場，但是易在磁化過程中打火燒傷活塞環，并且對設備的需求和消耗較大，實現自動化檢測困難。
[0004]常用的磁軛式磁化方式，其磁源是由激勵線圈產生的整個空間域的磁場，該空間中的磁場作用于由銜鐵與待磁化部位構成磁回路，磁軛法極易在檢測過程中產生抖動，并且磁軛兩觸頭必須與待檢面實現較好的貼合，而對于活塞環這種橫截面小且不規則的結構特點，觸頭與待檢面空氣隙極大地影響了檢測效果。同時較弱的缺陷漏磁場易淹沒在較大的背景磁場中，降低了同一工件的檢測靈敏度的一致性；最后磁軛法也難以實現整個活塞環這種特殊結構的一次性整體磁化。
[0005]現有漏磁檢測中的永磁磁化方式均采用永磁磁軛式結構，每個探頭由多個獨立的磁軛組件固化構成，每個獨立的磁軛組件均有銜鐵以及兩級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定性，磁軛磁極的近距離靠近或者接觸被檢構件，導致磁吸作用過大，使得檢測探頭在與被檢構建在檢測過程中的相對運動變得困難，檢測探頭不易脫離開被檢測體，也難以實現整個活塞環這種特殊結構的一次性整體磁化。
[0006]另外一種方式為，楊蕓著“軸承套圈局部漏磁檢測方法與裝置”(中國機械工程學會無損檢測分會，2013)，采用永磁局部磁化的方式來實現軸承套圈的檢測，但是仍然是磁化和檢測同時進行，并且磁化所用的外部連接比較繁瑣。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種基于串聯閉合式磁化的活塞環剩磁探傷方法與裝置，實現具有不規則截面的活塞環整體磁化及檢測，具有系統結構簡單、通用性和互換性強、成本較低、檢測精度高、易于實現自動化探傷的優點。
[0008]本發明的技術解決方案是:
[0009]一種基于串聯閉合式磁化的活塞環剩磁探傷方法，其步驟包括:
[0010]第I步，利用永磁體從活塞環的開口間隙處對其進行飽和磁化，實現串聯閉合式磁化；
[0011]第2步，活塞環實現整周貫穿式磁化后，將永磁體脫離活塞環開口間隙，形成均勻剩磁；
[0012]第3步，磁敏檢測單元沿活塞環圓周方向進行掃查，拾取缺陷漏磁場并轉化為電信號，信號中的突變表達缺陷的存在。
[0013]所述步驟2中永磁體需從活塞環開口間隙撤離，留下最大的均勻剩磁，永磁體對活塞環磁化及撤出磁路由控制裝置控制。
[0014]所述步驟3中，磁敏檢測單元具有跨尺度缺陷識別功能，磁敏檢測單元為可以開合的多面探頭陣列沿活塞環橫截面四周圍成無泄漏的掃描體，多個磁敏檢測單元分別敏感不同尺度缺陷產生的漏磁場。
[0015]所述永磁體從活塞環的開口間隙處磁化活塞環的整周，永磁體從活塞環撤離后留下最大的剩磁；多面探頭陣列由機械轉動裝置控制從活塞環開口的一端開始，掃查軌跡沿圓周方向到另一端結束，多通道漏磁檢測依次經過放大器、濾波器、A/D轉換器與計算機數據處理系統相連，由計算機給出判斷結果、報警和控制分揀。
[0016]所述活塞環可采用至少兩個以上的活塞環疊加的方式同時磁化。
[0017]一種實現該活塞環探傷方法的裝置，包括永磁體、磁敏檢測單元，磁敏檢測單元依次連接放大器、濾波器、A/D轉換器與計算機數據處理系統，所述永磁體填充活塞環開口間隙，用于磁化活塞環；所述永磁體活動連接控制裝置；所述磁敏檢測單元由一組磁傳感器構成，所述磁敏檢測單元用至少兩種以上空間敏感尺度磁檢測探頭構成，形成至少兩個以上磁敏檢測單元，磁傳感器組以相同的磁敏感方向緊密排列，排列方向沿活塞環圓周方向，磁敏檢測單元沿活塞環橫截面周向布置成多面探頭陣列；每個磁敏檢測單元外部采用非導磁材料封裝，所述磁敏檢測單元共同封裝在多面探頭陣列的內部；所述多面探頭陣列緊貼活塞環的外輪廓面，每個多面探頭陣列外側連接有浮動跟隨裝置，浮動跟隨裝置的另一端連接有機械裝置。
[0018]所述永磁體采用單個永磁體或片狀永磁體串聯疊加的方式。
[0019]所述永磁體為片狀永磁體時，多個片狀永磁體的N、S極串聯疊加，所述永磁體在磁化場有效方向(N，S)上的總厚度，填充滿活塞環的開口間隙，N級與活塞環開口一端貼合，S極與活塞環開口的另一端貼合。
[0020]所述控制裝置包括轉動軸和連接桿，連接桿的一端垂直于轉動軸的軸向轉動連接，連接桿另一端與永磁體活動連接。
[0021]所述浮動跟隨裝置為氣浮跟蹤控制，包括彈簧、搖臂，搖臂置于彈簧內。
[0022]所述多面探頭陣列的布置形式與活塞環橫截面的形狀相匹配，探頭陣列的每個面覆蓋活塞環橫截面的周圍，從截面方向看去構成周向陣列；活塞環橫截面為矩形時，采用兩個直角多面探頭陣列沿活塞環橫截面對角布置。
[0023]所述活塞環主要材料成分為鑄鐵，由于其尺寸較小，內外側圓弧面棱角較為尖銳，極易產生崩缺，也極易產生鍍層連帶本體材料脫落的缺陷。缺陷尺度不一，點狀、線狀、面積型缺陷都存在，以至于缺陷信號易被磁化過程中的磁噪聲淹沒。通常橫截面積為2mm2-15mm2,圓環半徑4-10cm，大批量生產，因此必須提出與之結構特點相適應的磁化及檢測方式。
[0024]所述串聯閉合式磁化方式，利用單個永磁體的N、S極直接與活塞環實現圓周方向的串聯，構成磁回路。其特點是磁源作為一個“點源”，整體充當串聯閉合磁路的一部分，接觸作用于活塞環的細小橫截面，磁力線從永磁體的N極出發，通過活塞環內部到達永磁體自身的S極，該貫穿式磁化過程，以“點式”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，串聯閉合式磁化法可以對多個活塞環同時進行均勻磁化，為活塞環微小缺陷的檢測可靠性提供了保證。而通常采取的磁軛式磁化方式，其磁源是由激勵線圈產生的整個空間域的磁場，該空間中的磁場作用于由銜鐵與待磁化部位構成磁回路。因此，從磁源和作用方式來講，它與常規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并且需要體積較大的線圈產生合適的磁場，最顯著的特點是再次化過程中要持續對磁化器進行供電，在大批量的檢測中，磁化器的大量電能消耗和散熱都是面臨的劣勢。而該串聯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構所實現的相同功能，只需要極少的永磁體消耗。
[0025]所述串聯式“點磁源”提供的激勵最大特點是其磁能密度較大，在磁路中只存在極小的損失，活塞環作為永磁體自身N極到S極磁力線的分布介質，能夠實現最均勾的剩磁分布，提高了檢測元件靈敏度一致性。所述永磁體具有較高磁能積，由其構成的串聯式磁化器能夠提供不同尺寸環型工件所需的磁場，其結構特征為采用單個或片狀永磁體串聯疊加的方式，實現與不同大小開口間隙活塞環的串聯閉合。
[0026]所述串聯閉合式磁化過程之后，從閉合環型回路中撤出磁化器，在活塞環中留下靜態剩磁場，為下一步的探頭掃查提供了較低的磁噪聲及良好的穩定性。
[0027]所述無泄漏的掃描體，是基于活塞環橫截面不規則，存在梯形，矩形工字型等多種形狀的特征，將磁敏檢測單元沿活塞環周向布置成多面探頭陣列，從截面方向看去構成周向陣列，在其沿活塞環進行圓周掃查的時候，掃查過程中的每個時間點，實現不規則活塞環不規則截面周向上的同時檢測。活塞環每個面的探頭陣列均為浮動跟隨緊貼活塞環的外輪廓面，沿活塞環橫截面四周圍成無泄漏的掃描體。當檢測完一個活塞環后，該多面探頭陣列可以由機械裝置控制開合，自動從沿活塞環橫截面環繞狀態改變為打開狀態，等待下一個活塞環到達，多面探頭陣列恢復浮動壓緊狀態，如此反復，實現自動化掃查過程。
[0028]所述磁敏檢測單元為線圈、磁頭、霍爾傳感器等靈敏度較高、體積較小的傳感器構成。單個傳感器的靈敏度比較單一，如有的磁傳感器對線狀缺陷較為敏感，而有的則對點狀缺陷較為敏感。利用活塞環的結構特點，用至少兩組不同空間敏感度的磁檢測探頭組成一組，分別敏感不同尺度缺陷產生的漏磁場，探頭沿其軸向陣列布置，實現跨尺度的缺陷檢測，避免漏檢。
[0029]本發明的技術效果是:
[0030]本發明提出的一種基于串聯閉合式磁化方法，實質是利用單個永磁體的N、S極與活塞環構成環型磁回路，以“點式”局部貼合的方式，用最大磁能量密度實現圓周方向最大程度的貫穿式均勻磁化。
[0031]串聯閉合式磁化方法可同時實現多個活塞環的均勻磁化，提高了磁化效率，撤離磁化器后直接利用工件靜態剩磁檢測，避免了常規磁化過程中的空間磁場干擾，減小了活塞環開口處端部檢測盲區，提升了檢測信噪比。
[0032]通過采用環繞的陣列磁敏檢