齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置與方法，屬于熱處理質(zhì)量控制和無損檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]在當代機械加工過程中化學熱處理的應用越來越多，在航空航天、海洋機械以及汽車制造等各個領域均得到了廣泛應用。目前大量應用的凸輪、齒輪、偏心輪、活塞銷等機械零件在工作過程中承受強烈的摩擦和沖擊載荷，因此要求零件表面具有較高的硬度和耐磨性，而心部具有良好的塑性和韌性。為了滿足上述性能要求，需要對齒輪和軸類零件進行化學熱處理?；瘜W熱處理包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲硫、滲銷、滲絡、滲娃、氧氮化、硫氰共滲、碳氮硫氧硼五元共滲及碳(氮)化鈦覆蓋等，其中滲碳在現(xiàn)代機械制造領域應用最為廣泛。
[0003]化學熱處理過程主要分為分解、吸收、擴散三大步。分解是指處理過程中所需介質(zhì)中的滲劑分子發(fā)生分解，分解出活性原子。吸收是指該活性原子被零件表面吸收后與零件基體形成合金固溶體的過程。擴散是指該活性原子由基體材料表面向基體內(nèi)部逐漸擴散，并形成一定的濃度梯度。
[0004]通過滲碳處理能夠使零件獲得高的表面硬度、耐磨性以及高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。根據(jù)滲碳過程中滲碳介質(zhì)狀態(tài)的不同，滲碳可分為固體滲碳、液體滲碳以及氣體滲碳三種，其中以氣體滲碳應用最為廣泛。而對于零件的滲碳質(zhì)量，一般希望滲碳層濃度梯度平緩，滲碳層深度按照要求控制在0.5 mm~2.5 mm范圍內(nèi)。滲碳質(zhì)量的評價指標有表面碳濃度、滲碳深度和滲層碳濃度分布等參數(shù)，其中滲碳層深度是最重要的指標。若滲碳層過淺易導致零件表面硬度和耐磨性不達標，滲碳層過深則導致零件塑性和韌性不達標；因此對高性能的齒輪與軸類零件而言，準確測量滲碳層深度是極為重要的。
[0005]測量滲碳深度的常用方法可分為破壞性檢測和無損檢測兩大類。常用的破壞性檢測方法有電阻法、硬度法、剝層法(化學法)、金相法等，電阻法是在傳統(tǒng)測量維氏硬度的金剛石壓頭(非導體材料)表面涂覆一層薄導體層，壓頭與試件間形成一閉合回路，通過測量壓頭座與試樣之間阻值便能得到壓頭位置，即壓頭在零件中的深度，這種方法在獲得零件深度方向上硬度分布的同時，能直接得到零件滲層的表面厚度，但該方法容易受零件表面粗糙度影響。
[0006]硬度法通過測量壓頭在零件表面壓孔的尺寸得到零件硬度，測試零件從表面到硬度為550 HV處的垂直距離即為滲碳深度，具有測量精確、重復性好等優(yōu)點，缺點是要求鋼材的淬透性穩(wěn)定，而目前的淬透工藝穩(wěn)定性往往較差。
[0007]剝層法也稱化學法，是根據(jù)零件深度的增量進行剝層，逐層分析碳含量，其測量結果較為精確，但過程非常繁瑣費時。
[0008]金相法是對零件進行等溫退火，得到平衡組織在光學顯微鏡下放大測量，測量結果直觀，但化學試劑的選擇必須慎重考慮，否則無法清晰顯示滲層相界。
[0009]上述檢測方法對零件都具有破壞性，因而不能對所有零件進行100%檢測，只能進行抽樣檢測；抽樣檢測可能把合格的零件判為不合格，也可能把不合格的零件判為合格，有接受不合格零件和拒絕合格零件的風險；對制造的產(chǎn)品或過程只能提供較少的品質(zhì)信息，對于要求高可靠性和高性能的零件并不適用。
無損檢測是指在不損傷或不影響被測對象使用性能、不傷害被測對象內(nèi)部組織的前提下，利用材料內(nèi)部結構異常或缺陷引起的熱、聲、光、電、磁等反應的變化，以物理或化學方法為手段，借助現(xiàn)代化技術和設備器材，對零件內(nèi)部及表面的結構、性質(zhì)、狀態(tài)及缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。常規(guī)的無損檢測方法有超聲法、射線法、磁粉法、滲透法和禍流法。
[0010]超聲法要求被測表面光潔且需要耦合劑，只適用于界面分明的材料測厚；射線法的放射源具有放射性對人體具有一定的副作用，且射線檢測操作中需要嚴格防護，防護設備成本較高；磁粉法和滲透法只適用于零件或裝備探傷。
[0011]渦流法是基于電磁感應原理的一種無損檢測方式，該方法對于零件材料的電磁參數(shù)如電導率、磁導率的變化非常敏感。零件材料經(jīng)滲碳處理之后由于碳含量的不同，在滲碳深度內(nèi)零件的電導率和導磁率發(fā)生變化，且電導率和磁導率隨深度變化而變化，非恒定值，因此渦流法適用于齒輪與軸類零件滲碳深度的無損檢測與評估。
[0012]常用的渦流方法有常規(guī)渦流法和脈沖渦流法。常規(guī)渦流法采用單頻或多頻正弦信號激勵，脈沖渦流法采用具有一定占空比的方波信號作為激勵。目前市場上還沒有出現(xiàn)通過脈沖渦流檢測裝置及方法來檢測齒輪與軸類零件滲碳深度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置與方法，具有不破壞零件使用性能、檢測速度快、儀器成本低、不受趨膚效應限制等優(yōu)點，可實現(xiàn)齒輪與軸類零件的在線100%檢測。
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置，
它包括脈沖信號發(fā)生器、功率放大器、電渦流探頭、信號調(diào)理放大器、數(shù)據(jù)采集卡及計算機；
所述的脈沖信號發(fā)生器輸出端與功率放大器輸入端相連，功率放大器輸出端與電渦流探頭輸入端相連，電渦流探頭輸出端與信號調(diào)理放大器輸入端相連，信號調(diào)理放大器輸出端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端相連，數(shù)據(jù)采集卡輸出端與計算機相連；
所述的脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)功率放大器后驅(qū)動電渦流探頭，電渦流探頭輸出信號經(jīng)信號調(diào)理放大器和數(shù)據(jù)采集卡后輸入計算機。
[0015]所述的電渦流探頭由激勵線圈、骨架、霍爾傳感器組成；激勵線圈纏繞在骨架上，霍爾傳感器設置在骨架上并通過引線引出；其中，骨架為鐵氧體磁芯。
[0016]所述的霍爾傳感器為兩個，一個置于骨架底部中心位置，另一個置于骨架頂部中心位置，二者呈對稱分布。
[0017]所述的數(shù)據(jù)采集卡采樣速率大于500Ks/s。
[0018]一種齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測方法，包括以下步驟: 1)標定:針對各種不同材料制作的齒輪或軸類零件，制作不同滲碳深度的標準試件，采用齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置，獲取其脈沖渦流信號，并建立各類材料對應的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的滲碳深度檢測模型；
2)檢測:對于待檢測零件，采用權利要求1所述的齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置檢測其脈沖渦流信號，調(diào)用其對應的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的滲碳深度檢測模型，計算滲碳深度。
[0019]所述步驟I)包括以下步驟:
11)針對各種不同材料制作的齒輪或軸類零件，按照實際生產(chǎn)要求，制作一系列不同滲碳深度的標準試件，并采用齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置逐一測量這些標準試件的脈沖渦流信號，測量時將電渦流探頭置于被測標準試件表面，在電渦流探頭軸線與被測標準試件表面垂直的條件下進行；
12)對步驟11)所測的脈沖渦流信號進行去噪處理后，提取其峰值和峰值時間作為每一個不同滲碳深度標準試件的信號特征；
13)采用剝層法對標準試件逐一進行破壞性檢測，得到各標準試件的實際滲碳深度；
14)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，將步驟12)獲得標準試件的信號特征作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入，將步驟13)獲得的實際滲碳深度作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸出，建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的滲碳深度檢測模型。
[0020]所述步驟2)包括以下步驟:
21)對于待檢測零件，在其表面均勻選取三個點作為測點，并采用齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置對各測點進行檢測，獲取其脈沖渦流信號；
22)對步驟21)所測的各測點的脈沖渦流信號進行去噪處理后，提取其峰值和峰值時間作為每一個不同滲碳深度零件的信號特征；
23)將三個測點的信號特征輸入步驟14)建立的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的滲碳深度檢測模型，獲取被測零件表面各測點的滲碳深度值，然后將三個測點的滲碳深度值取平均，作為被測零件的滲碳深度值。
[0021]與現(xiàn)有的方法相比，本發(fā)明采用脈沖渦流法，解決了當前實際生產(chǎn)中齒輪與軸類零件滲碳深度檢測存在的隨機抽樣、破壞性、成本高、需要化學試劑、過程繁瑣費時等問題，具有不破壞零件使用性能、檢測速度快、儀器成本低、不受趨膚效應限制等優(yōu)點，可實現(xiàn)齒輪與軸類零件的在線100%檢測。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明原理框圖；
圖2是本發(fā)明電渦流探頭的截面圖；
圖3是本發(fā)明電渦流探頭的俯視圖；
圖4是本發(fā)明使用的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的滲碳深度檢測模型的標定流程圖。
[0023]圖中:1、引線，2、骨架，3、激勵線圈，4、霍爾傳感器。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]如圖1所示，一種齒輪與軸類零件滲碳深度的脈沖渦流檢測裝置，
它包括脈沖信號發(fā)生器、功率放大器、電渦流探頭、信號調(diào)理放大器、數(shù)據(jù)采集卡及計算機；
所述的脈沖信號發(fā)生器輸出端與功率放大器輸入端相連，功率放大器輸