螺栓頭桿結(jié)合部缺陷渦流檢測陣列式探頭研究.pdf

1、螺栓是工業(yè)生產(chǎn)中常見的標(biāo)準(zhǔn)件，用量非常大。因此螺栓質(zhì)量的重要性不言而喻。螺栓頭桿結(jié)合部因?yàn)樘厥獾慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)和復(fù)雜的交變應(yīng)力，使頭桿結(jié)合部出現(xiàn)缺陷的概率極大。但是傳統(tǒng)的磁粉檢測法對頭桿結(jié)合部的周向裂紋誤檢率很高，所以人們開始嘗試渦流檢測法。雖然普通的渦流單探頭已經(jīng)能夠?qū)β菟^桿結(jié)合部進(jìn)行檢測，但是也存在著機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜和探頭容易損壞等弊病。所以，本文對渦流陣列式探頭進(jìn)行了研究，以期制作出一種靜態(tài)檢測的探頭，能夠準(zhǔn)確有效地檢測出螺栓頭桿結(jié)合部的

2、裂紋。從而彌補(bǔ)原有檢測方法的不足，為航空、船運(yùn)和汽車用螺栓提供零缺陷的質(zhì)量保證手段。 本文主要采用了數(shù)值型和實(shí)驗(yàn)型相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)需要的渦流陣列式探頭。首先，根據(jù)被測螺栓的大小以及裂紋大約的尺寸確定陣列探頭的個(gè)數(shù)。接著，根據(jù)被測螺栓的電導(dǎo)率和裂紋尺寸確定了檢測頻率。然后，運(yùn)用電磁場理論和麥克斯韋方程建立了單探頭的數(shù)學(xué)模型，對渦流場的分布進(jìn)行了估算，從而確定了單個(gè)探頭的直徑和線圈匝數(shù)。最后，設(shè)計(jì)了配合螺栓頭桿結(jié)合部形狀的探頭骨架

3、。實(shí)驗(yàn)分為兩部分：第一部分用渦流陣列式探頭對自己制作的試樣進(jìn)行檢測。試樣為21個(gè)SFC8.8鍍鋅螺栓，分別編號為0號-20號。先從中取出八個(gè)正常試樣，將渦流陣列式探頭通過電子切換用八個(gè)單探頭分別測量，并記錄每個(gè)探頭測得的數(shù)據(jù)。然后再用線切割在螺栓頭桿結(jié)合部做出深度分別為0.2mm，0.4mm，0.6mm，0.8mm，1.2mm，長5mm的裂紋。通過電子切換用八個(gè)探頭分別測量線切割過后的試樣，并記錄下最高和最低電壓。第二部分用渦流陣列式探

4、頭檢測一批由螺栓生產(chǎn)廠家提供的SFC8.8發(fā)黑螺栓，共66個(gè)。將66個(gè)螺栓分別編號為1號-66號(其中1號為已知標(biāo)樣)。然后用渦流陣列式探頭逐個(gè)檢測，并記錄最高電壓和最低電壓。接著進(jìn)行數(shù)據(jù)處理找出有缺陷的螺栓，把被認(rèn)為有缺陷的螺栓進(jìn)行金相分析。最后從被認(rèn)為合格的螺栓當(dāng)中隨機(jī)抽出五個(gè)進(jìn)行檢驗(yàn)。 本文設(shè)計(jì)的渦流陣列式探頭規(guī)格如下：單探頭個(gè)數(shù)為8個(gè)；探頭直徑為1.7mm；探頭電感為0.3mH，阻抗為188.5 Q；線圈匝數(shù)為110匝；

5、檢測頻率為100kHz；骨架用尼龍制作。深度為0.8mm的試樣平均電壓差為11.9V，信噪平均比為3.09，增益為9.79db。螺栓生產(chǎn)廠家提供的發(fā)黑螺栓，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)可以選定一個(gè)合適的報(bào)警閾值，在66個(gè)試樣當(dāng)中挑出14個(gè)不合格螺栓，其中5個(gè)是發(fā)黑不完全的，其余9個(gè)用金相顯微鏡觀察均發(fā)現(xiàn)裂紋。而52個(gè)被認(rèn)為合格的螺栓都通過了拉力測試。 本文研制的渦流陣列式探頭，能夠有效地對螺栓頭桿結(jié)合部進(jìn)行檢測，解決了傳統(tǒng)檢測方法對螺栓頭桿結(jié)

6、合部檢測時(shí)對周向裂紋誤檢率高的問題。在靜態(tài)檢測情況下，當(dāng)裂紋深度達(dá)到0.8mm時(shí)，信噪比為3.09，能夠達(dá)到國家自動(dòng)探傷要求。相比于渦流單探頭，渦流陣列式探頭使用壽命更長，機(jī)械設(shè)計(jì)也更為簡單。通過調(diào)整參數(shù)使八個(gè)探頭保持良好的一致性，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)能夠找到一個(gè)理想的報(bào)警閾值，大大加快了檢測速度和穩(wěn)定性。假如在熱處理以后，鍍鋅或者發(fā)黑以前進(jìn)行檢測，能夠避免鍍鋅不均勻或者發(fā)黑不完全給檢測結(jié)果帶來的影響，從而提高檢測的準(zhǔn)確度。陣列式渦流探頭具有