热处理中的涡流及预多频检测技术

在大型汽车公司的大型热处理淬火车间中，传动系统用的齿轮零件连续进行表面渗碳淬火，产量非常大。在此之前，需要通过随机抽样，将零件切开、抛光后在金相显微镜下检查淬硬层深度。在通常条件下，每一个班次要抽取4次，进行每次11件的破坏性检测，因此每天总计要破坏零件132件。

这种方法存在以下问题：

1.在热处理过程不好或失败的情况下，为了保证没有不合格产品出库，需要增加进行破坏性检测的齿轮零件数量；
2.检测结果非实时，至少需要等30min；
3.只有切开的零件才能100%确认是否合格；
4.检测的前提是假设同一批次工件的性能一致；
5.由于进行破坏性检测，因此解决问题的成本高。

由以上问题可知，我们需要一种无损检测程序来提高硬度及淬硬层深度检测的效率，而且这种方法仅需破坏非常少的零件。

用户应用了一种采用“PMFT（预防性多频技术）”的涡流检测系统。安装了第一套齿轮零件检测系统后，用户又安装了两套系统，其中一套用于齿轮，另一套用于轴类检测。

无损检测方法的经济性计算

由文中表可看出，成本计算基于采用德国IBG公司EDDYLINER P涡流系统之后节省的金相检测劳动力成本、破坏性检测工件成本以及切割锯条的成本。其他重要因素（如节省的耗材、延误的检测结果以及增加的对可疑批次进行破坏性检测的成本）没有计算成本，仅作主观考虑。

无损检测系统的技术基础

该无损检测系统的技术基础是IBG公司发明的快速多频涡流检测方法，一般称为“预防性多频检测”，简称为“PMFT”。

该系统的优点如下：

1.由于采用PMFT预多频方法，系统非常可靠；
2.检测灵敏度高；
3.重复性好，标定件的测量值（如电压向量值等）可以进行长期保存；
4.检测设置简单，工厂的工人经过短期培训即可操作；
5.维护简单；
6.每个工件检测时间仅数秒钟，速度很快；
7.可为检测过的工件及标定工件建立文档；
8.当需要时，可以轻松对所有零件进行100%检测；

表 完全破坏性检测和由有限破坏性检测支持的无损检测成本对比

PMFT-预多频检测

此方法由IBG公司发明，采用预多频技术的涡流检测仪器，和之前的涡流仪器运行方式完全不同（见图1及图2）。由于不同的缺陷会产生不同的涡流信号，预多频涡流仪采用多个频率进行检测，只需对合格零件进行标定。

图1 单频检测方法

图2 预多频检测方法

除了使用多个检测频率以外，频率的带宽非常重要，最低检测频率和最高检测频率的比率应高于1：1000以保证检测的可靠性。

使用现代的电子技术可以使多个频率的检测时间大大缩短，因此现在可以对所有需要的频率进行检测，从而使包含在材料中的所有信息都可被涡流检测信号读到，使得发现所有材料中的淬硬缺陷成为可能，不但有预防性而且非常可靠。

另一优点是现代检测系统的多维评估。每一个检测频率产生一个公差区域（见图3），公差区域相应于每个检测频率下检测传感器产生的所有电压向量信息。只有当所有的公差区域都满足时，被测的工件才是合格工件，只要一个公差区域不满足，则此被测零件分类为不合格。所有低频、中频及高频范围都清楚地显示出来。

图3 8个检测频率下的8个公差区域（参数）[page]

采用现代的PMFT预多频技术，使得可靠地检测大批量零件热处理缺陷成为可能。

系统实现

1.齿轮检测系统（见图4）

图4 齿轮检测系统

2.传动齿轮件手动检测

系统I（齿轮检测系统）及系统II（传动齿轮件手动检测系统）的特性如下：

（1） 检测涡流仪基于eddyinerP16及PLC接口，检测采用16个通道，允许自动检测16个不同的工件。

（2） 用户有2套齿轮检测系统使用11个通道，每一套系统检测11种不同的齿轮。

（3） 传动齿轮件手动检测系统使用4个通道，检测2种感应淬硬轴（输入及输出轴），每种轴检测4个位置（见图5）。

图5 4个关键位置

（4） 每一个不同的工件或位置具有自己的检测通道。

（5） 有台式的系统中，所有11个通道都有检测线圈及补偿线圈，每一个线圈对相应于一种齿轮。

（6） eddylinerP16涡流主机、PLC、控制元件及打印机集成在台式系统中。

（7） 检测过程非常简单：

①每一检测通道及相应的检测线圈有一个开始检测按钮。

②被测的齿轮放在相应的检测线圈中，由一个塑料适配器在线圈中精确定位。

③按下开始检测按钮，触发检测通道及调用之前存贮的该种齿轮的标定数据，标定通常由15～25件合格齿轮检测数据存贮完成。

④再次按下检测按钮，检测齿轮热处理状态，绿灯表明合格，红灯表明不合格。检测报告自动打印，检测结果（X、Y电压值分量及条形图显示）自动存贮。

⑤检测到不合格零件时可再次进行破坏性检测，以发现不合格的原因。由于数量少，因此相应的切割成本低。

⑥在检测合格区域边缘的不合格件，由金相实验室切割检测，根据其结果决定是否将这件零件追加到合格零件的标定区域中。

⑦检测结果、标定及仪器设置可通过外接的计算机存贮备份。

如图６所示，手动将检测线圈推到检测位置，检测自动触发。

图6 手动将检测线圈推到检测位置，检测自动触发

结论

该工厂现在安装有3套系统。最近用户认识到检测系统可以大大缩短高产量真空渗碳淬火炉的设置时间，这些炉子每9min出炉一批零件，使破坏性检测工作量大大增加，而且不好管理。采用无损检测系统可以在设置过程中大大减少相应的破坏性检测的数量，并且易于管理。因此，PMFT现在在工厂的统计及控制程序中都得到了应用。

该工厂决定采用这种无损检测系统的原因是该系统的高灵敏度及可靠性、长期工厂环境下检测的高稳定性及检测结果的重复性、操作简便和易于维护，而且检测的成本大大降低了。(end)