基于PLC的裂纹检测台研制

　　1 引 言

　　裂纹探伤检查已越来越受到重视。目前, 在探伤检查中常用的方法有超声波法和电涡流法。超声波法探伤技术比较成熟, 但测试时要加耦合剂且对轴向裂纹分辨力差( 如在距表面 10 mm 左右深的部位是超声波的盲区, 难以探测存在裂纹) , 影响工效和测试效果。电涡流法属于非接触式, 不需要耦合剂, 能探测表面或近表面的裂纹。因此, 它在检测裂纹中应用广泛。

　　对转轴裂纹检测技术的研究是当前设备监测诊断技术发展的一个重要领域。检测的关键是采集旋转件在运行中的各种有用信息, 输入计算机进行处理, 得到可用于判断轴裂纹的现状。轴裂纹的类型主要有横向裂纹和纵向裂纹, 其中横向裂纹是出现频率最高、对轴影响最为严重的裂纹。大量的疲劳失效事件和试验研究表明, 发生疲劳断裂时的疲劳源点往往出现在零件截面、形状急剧变化而引起的应力集中处, 对这些部位需重点实施表面疲劳裂纹的检测。为此, 本文以涡流探伤原理为基础, 根据转轴件结构研制了一种安全可靠且检测性能理想的裂纹检测台, 并在汽车轮毂裂纹检测中得到了实际应用。

　　2 检测原理

　　涡流检测框图如图 1所示, 探头读取标准件的参数并保存在处理器中,当待测件检测后, 探头将信号前置放大, 并与标准参数比较来判断工件是否合格。

　　该检测系统采用差动式检测探头, 探头线圈是涡流检测系统的关键, 它由激励线圈和测量线圈组成, 线圈可以用一个由电感、电容和电阻串联的电路表示, 如图 2。

　　其中: U0为激励源电压, U 为测量线圈输出电压。

　　激励线圈在工件中感应出涡流, 当工件中没有裂纹时, 由于两个线圈反向连接, 感应电压相互抵消, 没有电压信号输出。一旦被检工件中出现裂纹, 测量线圈中的感应电压便发生变化, 有信号输出。

　　探头线圈的磁场变化引起检测线圈的阻抗变化。在对检测线圈阻抗进行分析时, 首先需要分析和计算工件放入检测线圈后磁场的变化情况, 然后得到检测线圈阻抗的变化(或线圈感应电压的变化) , 才能对工件的各种影响因素进行分析。如图 3 所示, 空气域中有一时谐因子为 ejwt的激励源 js, 激励源附近有一导体( 工件) , 导体内有一缺陷( 如裂纹) 。通常让激励线圈沿导体表面移动, 通过线圈阻抗增量的变化检测缺陷。设导体电导率为 σ, 缺陷内充满空气; 空气磁导率和介电常数分别为 u0和 ε0。

　　空气域中的电磁场为:

　　导体域中的电磁场为:

　　缺陷域中电磁场为: