通过紫外光检测钢件上的污染物的方法与流程

1.本发明涉及在模压淬火处理之前检测冷成型钢部件上的污染物的方法和装置，其中，冷成型钢部件上的污染物很可能存在问题，所述方法和装置还用于检测冷成型机械上的污染物，在冷成型过程中冷成型机械上的污染物可能会转移到冷成型钢部件上。在一些方面，本发明还涉及在模压淬火处理之前检测冷成型钢部件上裂缝或裂纹的方法和装置。上述的方法和装置均采用紫外光来检测污染物、裂缝或裂纹。


背景技术：

2.众所周知，机动车辆车身的结构部件由硬化钢部件制成，使得机动车辆车身特别牢固。
3.所述硬化钢部件通常由以下两种常规方法制得：i)对钢板板坯依次进行加热处理、奥氏体化处理、热成形和硬化处理；ii)对钢板进行冷成型处理得到部件，在工具中对部件进行加热和淬火硬化处理，该工具具有与所述部件相匹配的轮廓或形状。
4.在上述两种常规方法中，通常在加热炉中进行加热处理以使钢板硬化。加热可促使钢从铁素体相转变为奥氏体相，而随后可控的快速冷却或淬火可促使钢从奥氏体相转变为硬的马氏体相。由于加热炉内的温度非常高(有时高于900℃)，无论使用何种加热方法，炉内气氛都会影响被加热的钢的表面。
5.当使用镀锌钢坯时，这一点尤为重要。由于存在少量的氧亲和元素，可能会在锌层的表面上形成氧化物层。当镀锌钢部件在加热炉中被加热时，氧化物层有助于保护下层的锌层。如果没有保护性氧化物层，锌层可能蒸发或被烧掉。
6.可以理解的，即使在钢板板坯或冷成型钢部件的表面上没有镀锌、或涂有除锌以外的其它材料、或根本没有涂敷材料时，钢板板坯或冷成型钢部件的表面也可能发生氧化反应。
7.钢中的铁及锰等合金成分都可能导致钢的表面发生氧化反应。对于涂层钢，涂层会与钢发生反应，除了涂层成分外，铁和钢的合金元素也会导致钢的表面发生氧化反应。在镀锌钢中，锌层中的合金元素也会氧化。特别是铝等氧亲和元素会形成alo层或al2o3层，也可在镀锌钢的表面形成氧化锰层或氧化锌层或混合氧化物层。
8.适于淬火硬化工艺的钢包括本领域技术人员众所周知的含有锰和硼的钢合金。例如，已知的钢种牌号为22mnb5或20mnb8的钢是合适的，尽管其他种类的钢也可能是合适的。
9.在加热过程中形成的氧化物层会影响后续的焊接、粘合、及喷漆等工艺。
10.任选地，在热处理之后，可通过喷砂等来完全或部分去除氧化物层。


技术实现要素：

11.本发明的发明人已经发现，在模压淬火之前，冷成型钢部件表面上的某些形式的污染物，例如，冷成型过程中的指纹或油或碎屑(如，从镀锌钢板坯料上脱落的锌颗粒)，可能会导致模压淬火过程中的成品出现不必要的起霜和其他缺陷。目前认为，这些形式的污
染物会干扰或阻碍于钢板部件的受污染区域形成保护性的氧化物涂层，这会导致镀锌钢的底层的锌层蒸发掉或被烧掉。除了在钢板部件表面产生难看的“起霜”外，钢板部件的锌层的受损区域还容易被腐蚀。
12.从第一方面来看，本发明提供了一种在奥氏体化热处理和模压淬火处理之前检测钢部件上的污染物的方法，其中，钢部件暴露于紫外线下以突出钢部件表面上的污染物。
13.从第二方面来看，本发明提供了一种用于在奥氏体化热处理和模压淬火之前检测钢部件上的污染物的装置，该装置包括检测空间和紫外光源，所述紫外光源用于通过紫外线照射检测空间。
14.从第三方面来看，本发明提供了一种检测钢冷成型机械上的污染物的方法，其中，钢冷成型机械的至少一部分暴露于紫外光下以突出该至少一部分的表面上的污染。
15.在一些实施例中，钢部件为冷成型钢部件。即，在加热处理(如，在加热炉中)之前，对钢部件进行了冷成型工艺，以将钢转化为奥氏体相，再进行淬火处理之前，以将钢转化为马氏体相。
16.在其他实施例中，钢部件是钢板坯料，钢板坯料随后被加热以将钢转化为奥氏体相，再进行热成型处理和淬火处理以将钢转化为马氏体相。
17.钢部件可为具有金属防腐层的镀锌或镀铝钢部件，特别为锌层、锌基合金层、铝层、或铝基合金层，所述锌基合金为高尔凡合金(galfan)、铝锌硅(galvalume)、合金化热镀锌(galvannealed)、znmg、zncr、znni、或znmgni，所述铝基合金层的材质为铝硅等。
附图说明
18.下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述，其中：
19.图1为本发明一实施例的工艺流程图；
20.图2a为本发明的冷成型钢部件上的被污染区域的轮廓图；
21.图2b更详细地显示了图2a的被污染区域，该被污染区域是指纹；
22.图2c为图2a和2b的被污染区域在紫外光照射下的示意图；
23.图3a为本发明的冷成型机械的模具上的污染物的特写图；
24.图3b为本发明的冷成型机械的模具上的污染物在紫外光照射下的示意图；
25.图3c为由图3a的冷成型机械成型的冷成型钢部件的示意图，显示了在紫外光的照射下污染物如何从冷成型机械的模具转移到冷成型钢部件上。
26.图3d为经奥氏体化处理和淬火处理后的冷成型钢部件的示意图，其中，钢部件上的污染物导致钢部件表面存在缺陷或起霜；
27.图4为本发明一实施例的紫外线检查箱的示意图；
28.图5为包括uv光类型和区别的图表；
29.图6为实验测试结果图。
具体实施方式
30.本发明的各方面具有的惊人效果，钢部件上的在白光下肉眼不易看到的许多形式的污染物在随后进行的奥氏体化处理和模压淬火处理时会导致钢部件出现起霜和其他污染缺陷，然而，该污染物在紫外光下较容易辨认。
31.这些污染物包括指纹、污垢、灰尘、在冷成型镀锌钢板坯料时产生的片状锌粉、来自人体汗液的盐分、及来自冷成型机械的脏的或被污染的或不相容的油。
32.紫外光可用于在奥氏体化处理和模压淬火处理之前检查钢部件。紫外线可使污染物，例如指纹、污垢、灰尘、片状锌粉、人体汗液中的盐分、及脏的或被污染或不相容的油，发出荧光或发光，使得操作人员更容易在奥氏体化处理之前和模压淬火处理前识别和去除可能的污染物。
33.紫外光也可用于检查冷成型机械的部件，例如冷成型模具和模腔，以检查在冷成型期间可能转移到钢部件表面的污染物。
34.可替代地或另外地，紫外光可用于突出冷成型钢部件的不容易被肉眼看到的裂缝、或裂纹或其他缺陷，且在随后的模压淬火处理的过程中上述缺陷可能会引起制造缺陷。
35.如上所述，钢部件表面上的污染物会干扰或阻碍钢部件表面形成保护性氧化物层。在对镀锌钢件进行奥氏体化处理时，保护性氧化物层尤为重要，在加热到高温时保护性氧化物层可降低钢部件上的锌层蒸发或被烧掉的风险。在奥氏体化处理中和在随后的模压淬火处理中，保护性氧化物层中的局部缺陷可能会对下面的钢部件造成不必要的起霜和其他损坏。
36.在随后的奥氏体化处理和模压淬火处理之前，本发明实施例在钢板板坯被冷成型的工艺中特别有利。这是因为在奥氏体化处理之前冷成型钢部件通常由人工操作而不是机器人处理，这会带来于冷成型钢部件上留下指纹和汗水等污染物的风险。
37.有利地，紫外光由黑光源产生，该黑光源主要发射紫外光，还发射很少的或不发射可见光。在许多应用中，波长在约315～400nm(长波紫外线，uv-a)范围内的紫外光是最合适的，尽管在某些应用中，波长在约280～315nm(中波紫外线，uv-b)范围内的紫外光有用。
38.发明人确定，根据钢基材的金属层的不同，需要不同波长的紫外光来进行可靠的检测和检查。最难检测的沉积物是指纹。于锌基涂层上检测污染物(参图5)，结果证明uv-a光最适合，而uv-c(短波紫外线)光仍然足够适合。例如，这种涂层可为在钢种牌号为22mnb5的钢基材上的牌号为z140的锌层(采用140g/m2的锌进行的热浸镀锌层)。后来证明，对于涂有铝硅涂层(alsi)的钢种牌号为22mnb5的钢基材，uv-a和uv-c均无效，而只有uv-b有效。
39.本发明的某些实施例在突出钢部件上的汗液或指纹中的盐(氯化钠)方面是特别有效的，例如，在冷成型前后，操作人员没有佩戴正确类型的手套来处理钢部件。在奥氏体化处理和模压淬火处理后钢部件上的盐沉积物会导致钢表面出现难看的起霜。在某些情况下，起霜可能会非常严重，以至于导致表面出现结构缺陷。盐在紫外线下会发出明显的荧光，使得质量控制人员能够识别出盐污染物的位置并采取纠正性的清洁措施。清洁作用的功效也可在紫外线下进行验证。
40.在奥氏体化处理和模压淬火处理之前，本发明的某些实施例在突出钢部件上的灰尘或污垢方面特别有效。钢部件上的灰尘或污垢污染物会导致在奥氏体化处理和模压淬火处理后的钢表面出现难看的起霜。在某些情况下，起霜可能非常严重，以至于导致表面出现结构缺陷。灰尘或污垢在紫外线下会发出明显的荧光，从而使质量控制人员能够识别灰尘或污垢污染的位置并采取纠正性的清洁措施。清洁作用的功效也可在紫外线下进行验证。
41.在奥氏体化处理和模压淬火处理之前，本发明的某些实施例在突出钢部件上的片状锌粉方面特别有效。镀锌钢冷成型时会产生片状锌粉，片状锌粉会导致钢表面在奥氏体
化处理和模压淬火处理后出现难看的起霜。在某些情况下，起霜可能非常严重，以至于导致表面出现结构缺陷。片状锌粉在紫外光下会发出明显的荧光，从而使质量控制人员能够识别片状锌粉的位置并采取纠正性的清洁措施。清洁作用的功效也可在紫外线下进行验证。
42.在奥氏体化处理和模压淬火处理之前，本发明的某些实施例在突出钢部件上的油污染物方面特别有效。油污染物，例如来自冷成型机械的脏的或不相容的油，会导致钢表面在奥氏体化处理和模压淬火处理后出现难看的起霜。在某些情况下，起霜可能非常严重，以至于导致表面出现结构缺陷。油污染物在紫外线下会发出明显的荧光，从而使质量控制人员能够识别油污的位置并采取纠正性的清洁措施。清洁作用的功效也可在紫外线下进行验证。
43.某些实施例的令人惊讶的优点为相较于在白光下检查在紫外光下检查可更容易地将不同类型的污染物彼此区分开。这可能有很大的好处，因为需要以不同的方式去除不同类型的污染物。例如，人体汗液中的氯化钠不溶于酒精等有机溶剂，因此需要用水或其他水性溶剂将其从钢部件表面清除。相反，最好使用酒精或其他有机溶剂去除油或油脂污染物。因此，本发明实施例可确定污染物的类型并选择适当的清洁方案。
44.本发明的某些实施例在突出冷成型钢部件的裂缝或裂纹方面特别有效。这些裂缝或裂纹可能是由于钢板坯料中的缺陷而产生的。令人惊讶地发现，与白光下的照射相比，在紫外光下的照射显着提高了对比度并增强了这些裂缝或裂纹的可见度。
45.在某些实施例中，可提供紫外线灯箱形式的检查站。紫外线灯箱可包括设置有顶篷的工作台，该工作台和顶篷限定了检测空间，钢板坯料和/或冷成型钢部件可放置在该检测空间内。该顶篷可与一个或多个紫外线光源结合，该紫外线光源用于将紫外线发射到检测空间中。例如，一个或多个紫外光源可以安装或结合在顶篷的一个或多个内表面。该顶篷用于将检测空间的多个侧面与杂散的环境光屏蔽开，以更容易地观察到污染物的荧光，同时仍提供通过在检查站前面工作进入检测空间的通道。紫外线灯箱可设置在冷成型线的末端，以便在奥氏体化处理和模压淬火处理之前轻松地检查钢部件。
46.在某些实施例中，紫外光用于检查冷成型线的部件，例如冷成型模具的表面。冷成型模具的表面可能会被指纹、汗水、受污染或不相容的油、片状锌粉、污垢、或灰尘污染，这些污染物可能会转移到冷成型钢部件上。在紫外光下检查冷成型生产线的这些部件可更容易地检测到污染物，并验证清洁过程确实已经去除了这些污染物。
47.本发明的实施例可容易地结合到钢加工线中，并提供了一种安全、简单、和成本效益高的污染物检测方式。
48.可在紫外光下对钢部件手动检查，例如在上述的检查站处进行手动检查。
49.可替代地或另外地，可使用图像处理技术在紫外光下对钢部件进行自动检查。例如，可使用一个或多个照相机来收集在紫外线照射下的钢部件的图像，并且可通过计算机以已知的图像处理技术对图像进行处理以识别任何污染区域的位置。在一些实施例中，还可以识别污染物的类型。计算机可向操作人员指示污染物的位置，可选择地指示污染物的类型，以便对钢部件进行清洁。在一些实施例中，计算机可控制机器人清洁机构来执行适当的自动清洁动作。在一些实施例中，钢部件可放置在传送带上并通过检查站，检查站包括限定了检测空间的顶篷、一个或多个紫外光源及一个或多个照相机。顶篷有助于将检测空间与环境光屏蔽，从而允许一个或多个照相机更容易地观察到紫外荧光。一个或多个照相机
连接到运行适当的图像处理软件的计算机。计算机还可控制一个或多个照相机和一个或多个紫外光源，以便获得钢部件所有表面的图像数据。在一些实施例中，一个或多个紫外光源可包括用于产生不同波长的紫外光，以更好地识别和区分不同类型的污染物。通过检查站后，受污染的钢部件可自动地从传送带移除，以进行清洁和后续的重新检查。
50.在一些实施例中，无需手动或自动检查每个镀锌钢部件。仅检查生产线上的镀锌钢部件的代表性样品可能就足够了，以便在避免起霜和其他缺陷方面获得改进。
51.图6的表格为本发明的实验测试结果。准备了10个(s1至s10)冷成型镀锌钢部件样品。一些样品故意被指纹和/或氯化钠污染。在环境白光照明下无法辨别该污染物。根据本发明，三个不同的人类操作员op1、op2和op3根据本发明在紫外光下检查样品。结果表明，存在污染物时，所有操作员都正确识别出污染物的位置和类型。只有两次，不存在污染物时，操作员错误地识别出了一种特定类型的污染物，而实际上它并不存在。然而，可以理解的，假阳性识别比假阴性识别问题更少。
52.参考图1，从左到右示出了本发明实施例的一系列的处理步骤。首先，从镀锌钢卷2上切割出镀锌钢板坯料1。其次，通过冷成型模具4将镀锌钢板坯料1冷成型为所需的镀锌钢部件3。第三，在紫外线或黑光光源5的紫外线照射下检查冷成型镀锌钢部件3上的污染物。如果确定存在污染物，则清洗冷成型镀锌钢部件3以去除污染物，并再次使用黑光源5的紫外线重新检查。第四，将冷成型钢部件3(无污染)置于加热炉6中加热，直至加热炉6内的温度足以使钢转化为奥氏体相。该温度可能超过900℃。优选地，该温度高于特定钢成分的ac3温度，以确保完全或接近完全奥氏体化。第五，将奥氏体化的钢部件3置于适当配置的模具或成型器7中，然后快速淬火以促进钢向马氏体相转化。此步骤也称为模压淬火。将钢部件3放置在模具或成型器7中有助于减少快速冷却时的淬火变形。最后，可选地进行第六步的表面处理，例如通过适当的磨料8进行轮式喷砂。表面处理步骤可用于从钢部件3的表面去除不需要的氧化物层，或平滑地去除粗糙的边缘。
53.图2a显示了在冷成型之后但在奥氏体化处理和模压淬火处理之前的镀锌钢部件3上的污染物痕迹9。图2b更详细地显示了污染物痕迹9。在这种情况下，污染物痕迹9是由于操作人员的指纹造成的。指纹含有来自汗液的氯化钠，它会干扰在钢部件3上形成保护性氧化物层。污染物痕迹9在正常或环境白光条件下很难看到。图2c显示了在紫外线或黑光照射下的污染物痕迹9。如荧光区域10所示，紫外光或黑光照射会使污染物痕迹9产生明显的氯化钠荧光，以使在奥氏体化处理和模压淬火处理之前从钢部件3的表面快速识别和清除污染物痕迹9。
54.图3a为本发明的在正常或环境白光条件下的冷成型机械的模具20上的污染物痕迹9的轮廓图的特写图。在该条件下，污染物痕迹9几乎或完全不可见。
55.图3b为在紫外光下冷成型机械21的模具20上的污染物痕迹9的示意图。可以看出，污染物痕迹9在紫外光下非常明显。
56.图3c为由图3a的冷成型机械的模具20在奥氏体化处理之前和在紫外线下形成的冷成型钢部件3的示意图，显示了在冷成型过程中污染物是如何从冷成型机械的模具20转移到冷成型钢部件3上。污染物可为来自人体汗液的氯化钠、指纹、油、油脂、片状锌粉、或其他形式的污染物。冷成型钢部件3上的污染痕迹9在紫外光下清晰可见。
57.图3d为经奥氏体化处理和淬火处理后的冷成型钢部件3的示意图，其中，钢部件3
上的污染物会导致钢部件3出现表面缺陷或起霜22。表面缺陷或难看的起霜22可代表镀锌钢部件的保护性锌层中的薄弱点或镀锌钢部件缺失保护性锌层时的薄弱点，因此会使钢部件易受腐蚀。
58.图4为本发明实施例的用于在奥氏体化热处理和模压淬火处理之前检测钢部件上的污染物的装置，该装置包括检测空间和紫外光源，紫外光源用于通过紫外线照射检测空间。
59.图4中所示的装置包括呈紫外线灯箱30形式的检查站。紫外线灯箱30可包括设置有顶篷32的工作台31，该顶篷32和工作台31限定了检测空间33，其中钢板坯料可或钢部件3可放置于检测空间33中。顶篷32可结合一个或多个紫外光源34，该紫外光源34用于将紫外光发射到检测空间33中。一个或多个紫外光源34安装在顶篷32的一个或多个内表面上或结合到顶篷32的一个或多个内表面中。顶篷32用于保护检测空间33的若干侧面免受杂散环境光的影响，以便更容易地观察到污染物荧光，同时仍然提供由在检查站前面工作的操作人员进入检测空间33的通道。紫外线灯箱30可设置在冷成型线的末端以便于在奥氏体化处理和模压淬火处理之前检查钢部件3。
60.在本发明的说明书和权利要求书中，词语“包括”和“包含”及其变形均表示“包括但不限于”，且它们不打算用于(也不用于)排除其他组分、添加剂、组件、整体、或步骤。贯穿本发明说明书和权利要求，单数形式包括复数形式，除非上下文另有要求。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则说明书将被理解为考虑复数以及单数。
61.结合本发明的特定方面、实施方案或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学组分或基团应理解为适用于本发明所述的任何其他方面、实施方案或示例，除非与之不相容。本发明说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或本发明公开的任何方法或过程的所有步骤，可以任何组合进行组合，除了其中至少一些这样的特征组合和/或步骤是互斥的。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明延伸到说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中公开的任何一个新颖的特征或任何新颖的特征的组合，或任何方法或过程步骤中公开的任何一个新颖的特征或任何新颖的特征的组合。
62.需注意的是，针对与本发明同时提交或在本发明说明书之前提交的并且与本发明说明书一起公开供公众查阅的所有文件和文档，和所有这些文件和文档的内容都被并入在此以供参考。