金屬材料分選儀在焊接鋼質藥筒熱處理后檢測中的應用

楊智強

(東北石油大學，遼寧 大慶 163000)

金屬材料分選儀在焊接鋼質藥筒熱處理后檢測中的應用

楊智強

(東北石油大學，遼寧 大慶 163000)

針對當前硬度計焊接鋼質藥筒熱處理后檢測中存在的問題，提出采用金屬材料分選儀對焊接鋼質藥筒熱處理后的硬度進行檢測。通過現場試驗，驗證了使用金屬材料分選儀在檢測中的可靠性，并通過靶場退殼試驗表明，應用金屬材料分選儀進行檢測，能有效地保證焊接鋼質藥筒的退殼性，并可實現大批量、高效率的鍛件在線檢測。

分選儀；焊接鋼質藥筒；硬度

焊接鋼質藥筒作為我國現代火炮武器用彈藥的組成部分，受到武器生產部門的普遍認同。焊接鋼質藥筒筒底經熱處理后的物理性能能否達到設計要求對保障藥筒射擊后順利退殼十分關鍵，熱處理質量的優劣也將決定藥筒自身的使用性能。硬度是反映熱處理材料物理性能優劣的一項重要指標，通過對材料內部硬度進行控制，可有效地影響材料內部的微觀結構；因此，完善藥筒硬度檢測方法非常關鍵。傳統的硬度計在檢測藥筒硬度方面存在2個方面的誤差：一方面為零件的變形和移動給檢測帶來的誤差；另一方面為硬度的參數超過其設定的值，從而造成誤差。除本身的誤差外，硬度計在檢測硬度的方法上還存在人為因素影響；同時，其檢測值為鍛件某點的硬度值，而不是整體硬度。上述內在和外在的因素給藥筒硬度測量帶來很大問題，對此，本文提出了一種結合現代分選儀進行熱處理后的藥筒硬度檢測方法[1]。

1 分選儀原理與特性比較

1.1 渦流檢測分選基本原理

根據電磁感應定律，當金屬處在某變化的磁場中，或者處在相對磁場運動的時候，在金屬體內會感應并出現旋渦狀流動的電流，稱之為渦流，如圖1所示。

圖1 渦流感應示意圖

從圖1可以看出，渦流檢測以電磁感應作為基礎，當線圈中通交變電流時，其內部和周圍會產生相應變化的磁場。當檢測的導體靠近線圈或者穿過線圈時，由于其處在運動磁場當中，從而產生出感應的渦流，這種渦流所產生的感應磁場和原磁場進行疊加，使得原磁場產生變化。當檢測的導體被放置在檢測線圈時，因磁場變化所產生的感應電流也會隨著磁場的變化而呈現出不同的值，這種變化來自導體內部的感應渦流，而感應渦流的各個值受導體自身的物理參數和制造工藝等很大的影響。因此，通過對線圈感應電流進行分析，即可獲得導體在工藝性能和缺陷等方面的特征。該檢測方法中，感應渦流滲入檢測導體的深度與其頻率的平方根成反比關系。通常將渦流檢測技術看成一種無損檢測技術[2-3]。

1.2 金屬材料分選儀硬件組成部分

金屬材料分選儀組成包括顯示器、FPGA主板、信號發生器、激勵信號處理器、A/D和D/A轉換器、感應器和濾波電路等，如圖2所示。

圖2 分選儀組成及信息流程

圖2所示的組成部分中，最為關鍵的是渦流傳感器。在渦流傳感器中，感應線圈為關鍵部件。線圈磁場的變化通過線圈的等效阻抗對其進行反應，因此有：

Z=F(σ，μ，f,x,r)

(1)

式1中，σ，μ分別為被檢測導體的電導率和磁導率；f為激勵信號頻率；x為感應線圈和被測導體的距離；r為感應線圈的尺寸。可以看出，等效阻抗的大小與線圈的纏繞方式、尺寸及材料等有著密切的關系。下述以線圈材料為例進行說明[4-6]。

線圈材料性能主要包括線圈的強度和電阻，根據電阻定律可以得知，電阻大小與溫度和電感有很大的關系。線圈的交流電阻表達式為：

(2)

通過式2可以看出，交流電阻的阻值大小和溫度有著密切的關系，并隨著溫度的增加而不斷增大。

2 渦流檢測與硬度計檢測比較

在渦流檢測中，合成材料因熱處理狀態的不同，產生的硬度也會有所不同。通過渦流檢測原理分析并結合材料的物理特性可知，其產生的電磁感應電流也在不斷地變化；因此，可通過反映電磁感應電流大小的阻抗對感應電流的變化進行反應。采用硬度計來測定合成材料硬度時，需要對每個被測導體進行銑平和磨光，并在被測導體上留下壓痕，這種方式顯然不適于精密的武器制備。通過上述渦流檢測原理分析可以看出，對渦流分選材料的硬度檢測不需要對零件進行損壞和磨光，即可實現對零件的完全檢測。本文選擇由德國制造的3.625型金屬半成品及零部件材料特性檢測儀對其進行檢測。

3 分選儀試驗過程

在選定試驗儀器的基礎上進行試驗研究，具體的試驗過程如下。

1)樣品選擇。首先，選擇60發產品并通過硬度計進行硬度檢測，將其平均分為A、B、C 3個不同的工藝組，其中A組為符合工藝硬度組，B為高于工藝硬度組，C組為低于工藝硬度組；然后，將上述3組的鍛底分別輸入到該分選儀當中，此時屏幕上顯示出3個不同的區域；最后，在該基礎上輸入200個全部符合工藝的藥筒產品參數，從而對A區進行校正和修改。

2)對分選器頻率參數設定。檢測線圈的激勵頻率的大小對整體檢測結果的大小有著非常重要的影響。線圈頻率不同，則其阻抗不相同，得到的結果也不同；因此，需要對其激勵頻率進行設計。本文中，3.625型號參數的頻率為2～1 300 Hz,通過試驗對檢測工藝的參數進行確定。

3)影響檢測結果的因素還包括被檢測導體和儀器的高度、工件大小等；因此，在進行試驗前，應結合分選儀的型號，反復對被檢測導體的大小和高度等進行測試。

4 分選儀檢測結果

通過上述對分選儀相關參數的設計，對熱處理后的某批焊接鋼制藥筒進行了分選取樣試驗，并將其分為A、B、C 3個區域，具體見表1。

表1 檢測結果統計 (發)

在上述A、B、C 3個區域中分別選取80、40和20發藥筒與傳統的通過硬度計檢測的140發藥筒的硬度檢驗進行對比，試驗結果表明，A區中的產品通過靶場試驗其退殼性能良好。由此可知，采用金屬材料分選儀可以進行大規模的批量檢測，同時通過該分選儀的檢測，可很好地滿足焊接鋼制藥筒的退殼試驗。

5 結語

金屬材料分選儀作為金屬材料硬度檢測的一項重要技術，與傳統的采用硬度計檢測相比，其具有簡單、方便、快捷和檢測效率高等特點。試驗結果表明，該方法所檢測的筒底硬度在退殼性能方面要優于傳統硬度計檢測。同時，隨著制造技術的發展，金屬材料分選儀開始出現便攜式的檢測，從而提高了金屬分選儀使用的途徑；但是，在該方法的應用過程中也發現其對工件的質量和環境的要求比較高，在進行檢測時需保證檢測導體的幾何尺寸和熱處理的狀態相同，同時保證溫度誤差小，提升的高度相同等。因此，在后續的檢測工藝中還需對其進行進一步探索。

[1] 高軍哲,潘孟春,羅飛路,等. 譜分析型多頻渦流檢測的信號處理方法研究[J]. 電子測量與儀器學報,2011(1)：16-22.

[2] 徐志遠,武新軍,黃琛,等. 激勵參數和試件電磁參數對脈沖渦流檢測影響的仿真分析[J]. 無損檢測,2011(6):1-4，14.

[3] 高軍哲,潘孟春,張琦,等. 基于調頻激勵和細化譜分析的多頻渦流檢測技術研究[J]. 儀器儀表學報,2011(11):2628-2634.

[4] 余付平,朱榮新,王韞江,等. 脈沖渦流檢測技術的研究進展和展望[J]. 無損檢測,2008(11):842-846，857.

[5] 王東鋒,陶盛,汪定江. 用于脈沖渦流檢測的變頻信號源設計[J]. 新技術新工藝,2009(9):31-33.

[6] 張勇，張紀磊，孫江.一種類滾動體全項檢測分選儀設計[J].新技術新工藝，2013(3)：72-74.

責任編輯李思文

ApplicationofMetalMaterialSorterintheDetectionofWeldedSteelCartridgeafterHeatTreatment

YANG Zhiqiang

(Northeast University of Petroleum, Daqing 163000, China)

For the problems in the current detection of welded steel cartridge after heat treatment by sclerometer, the paper proposed that using the metal materials sorter for hardness detection of the welded steel cartridge after heat treatment. Through field test, the reliability of the metal material sorter in detection was proved, and the ejection experiment was made in shooting range. The ejection experiment showed that the metal material sorter can effectively ensure ejector resistance of welded steel cartridge and can achieve the online detection of high-volume and high efficiency forging.

sorter, welded steel cartridge, hardness

TG 162.1

：A

楊智強(1989-)，男，碩士研究生，主要從事金屬材料工程等方面的研究。

2015-01-23