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鍛鋼軋輥超聲表面波檢測(cè)技術(shù)
2014-07-16 09:13:30 來源：謝文清
【摘 要】目前，降低軋輥消耗已備受各薄板廠的關(guān)注。控制合理的磨削量、加強(qiáng)軋輥檢測(cè)技術(shù)以及降低軋機(jī)事故率，成為各大鋼廠軋輥管理降低輥耗的主要任務(wù)之一。本文就我廠鍛鋼軋輥開展的超聲表面波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行闡述。
冷熱軋?jiān)谲堉瓢寰?/span>在生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)由于粘鋼、打滑、異物壓入等軋制事故引起表面裂紋缺陷。如果這些輥面裂紋在磨削過程中沒有被徹底的去除，那么在下一次軋制生產(chǎn)軋輥的裂紋源就會(huì)引起延伸、發(fā)展，*終造成表面剝落，甚至整支軋輥的報(bào)廢，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。為解決此問題，八鋼冷軋磨輥間使用表面波探傷檢查輥面殘余裂紋。
1.軋輥超聲表面波檢測(cè)的作用
1.1 自動(dòng)表面波檢測(cè)裝置結(jié)合手工表面波復(fù)檢確認(rèn)，大大提高了對(duì)軋輥表面的檢測(cè)效率，將缺陷的漏檢率降為*低；
1.2 保證軋輥表面缺陷的準(zhǔn)確探測(cè)，避免軋輥帶著有害缺陷上機(jī)，減少了軋機(jī)軋輥事故；
1.3 確定帶傷軋輥的缺陷當(dāng)量，科學(xué)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行軋輥修磨，以降低軋輥輥耗，從而減少大量生產(chǎn)成本投入；
1.4 通過檢測(cè)數(shù)據(jù)分析為進(jìn)一步做好軋輥管理，合理選擇軋輥生產(chǎn)廠家和制定軋輥采購周期提供技術(shù)手段分析軋輥失效原因，避免類似事故或協(xié)助索賠。
2.超聲表面波檢測(cè)方法
2.1 表面波檢測(cè)原理
表面波是在固體介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ囊环N超聲波波型，由沿波傳播方向的縱波和垂直于波傳播方向的橫波所合成。其質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)軌跡為橢圓，具有縱波和橫波的綜合特征，如圖1所示[1]。
圖1 表面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)與波的合成示意
表面波的聲速按下式計(jì)算：
式中：ν－泊松比 對(duì)于鋼 ν= 0.29
Ct－橫波聲速 對(duì)于鋼 Ct = 3230 m/s
由該公式得出軋輥材質(zhì)的表面波聲速Cr=2990 m/s。
表面波的能量隨著深度的增加而迅速減弱，一般認(rèn)為表面波擾動(dòng)有效范圍為兩個(gè)波長，這也是表面波可探測(cè)的深度范圍。即當(dāng)采用超聲波頻率f為2MHz時(shí)，超聲波長λ= Cr/f =1.495mm，則表面波探測(cè)的深度范圍為：2λ≈3mm。
當(dāng)表面波在軋輥表面?zhèn)鞑r(shí)，若遇到表面缺陷，一部分聲能將沿原路返回至探頭，從而可探知缺陷的存在。
2.2 儀器和探頭
我廠使用的鍛鋼軋輥材質(zhì)為Cr3、Cr5，表層為淬硬層。該材料對(duì)表面波的衰減較小，所檢輥面光潔度很高，因此適合采用表面波對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)。鑒于所用探頭頻率越高，波長越短，有效探測(cè)深度就越小，材質(zhì)衰減也越大，這將使近表面缺陷檢測(cè)能力下降。針對(duì)我廠鍛鋼冷軋輥選用的表面波晶片為：1-2.5MHz，6×6mm2、13×13mm2探頭，儀器型號(hào)為Sitescan250S數(shù)字式超聲波探傷儀。
2.3 超聲表面波靈敏度的調(diào)節(jié)方法
冷軋輥光潔度很高，粗糙度約為Ra 0.6μm～1.0μm。我們采用靈敏度的調(diào)節(jié)方法如下：
2.3.1 試塊法：
表面波靈敏度調(diào)節(jié)試塊見圖2：靈敏度的調(diào)整每天進(jìn)行一次。此外，波形會(huì)受手的接觸、涂油量的大小等影響。在調(diào)整時(shí)應(yīng)注意排除這些干擾因素。
試塊材質(zhì)為45#或20CrMo等優(yōu)質(zhì)鍛鋼。
調(diào)節(jié)方法：離探頭前端150mm距離處，Ф2×2人工缺陷表面波回波波高基準(zhǔn)法。
檢測(cè)鍛鋼軋輥直徑≤500mm時(shí)，Ф2×2/150mm處回波Fr= 80%f.s＋6dB；
檢測(cè)鍛鋼軋輥直徑＞500mm時(shí)，Ф2×2/150mm處回波Fr= 80%f.s＋12dB。
圖2 鍛鋼冷軋輥表面波探傷靈敏度校驗(yàn)用鋼質(zhì)試塊
2.3.2 底波法
將探頭置于軋輥輥身中間1000mm位置，將輥身端部的菱角反射波調(diào)至20%高，再增益32dB.
3.鍛鋼軋輥上的探傷操作方法
3.1 對(duì)軸向裂紋檢測(cè)：
軸向探測(cè)在輥身中部沿圓周方向涂上5-10mm寬的耦合劑環(huán)帶，將探頭置于其上，波束垂平行輥端面人射。進(jìn)行正反兩個(gè)方向探測(cè)。
軋輥輥面操作側(cè)端部任取一點(diǎn)設(shè)A點(diǎn)為基準(zhǔn),傳動(dòng)側(cè)端部設(shè)B點(diǎn)為終點(diǎn)取一條母線為AB線，涂耦合劑后由A點(diǎn)檢測(cè)至B點(diǎn),檢查無異常，探頭旋轉(zhuǎn)180度由A點(diǎn)檢測(cè)至B點(diǎn)。上述的檢測(cè)無異常，將軋輥表面的耦合劑擦拭干凈。將軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)90度，重復(fù)上述步驟的檢查。在軋輥表面兩條母線4個(gè)方向開展表面波探傷可以100％檢查出輥面缺陷。
3.2 對(duì)圓周方向發(fā)展的裂紋檢測(cè)：
周向探測(cè)在輥身沿軸向涂上兩條互成180度的5-10mm寬的耦合劑軸向帶，將儀器靈敏度在上述基礎(chǔ)上再增益6dB后進(jìn)行正反兩個(gè)方向探測(cè)。
3.2.1 二縱一環(huán)探頭掃描方式：
3.2.2 三縱二環(huán)探頭掃描方式：
3.2.3 四縱二環(huán)探頭掃描方式：
根據(jù)支撐輥的直徑大、小和草狀波的情況必要時(shí)按四縱二環(huán)操作檢測(cè)。
3.3 探傷表面的狀況
軋輥磨削成品檢測(cè)探傷表面的污跡、油、切削液的痕跡等必須擦拭干凈。軋輥表面太粗糙時(shí)會(huì)使表面波發(fā)生衰減，靈敏度降低。同時(shí)較大的劃痕會(huì)引起缺陷波。
3.4 探傷位置與表面波傳遞的方向
表面波從輥身傳動(dòng)側(cè)開始，沿直線方向向輥身操作側(cè)方向傳遞，為檢查出圓周方向的裂紋，探頭在移動(dòng)過程中應(yīng)作輕微的擺動(dòng)探頭角度避免傾斜裂紋的漏檢。為保證靈敏度，勻速移動(dòng)，探頭移動(dòng)速度≤150mm/s。當(dāng)視線離開示波屏?xí)r，探頭不要移動(dòng)。
4.軋輥缺陷判定
4.1 檢測(cè)發(fā)現(xiàn)異常波時(shí)，首先要對(duì)異常波部位進(jìn)行定位：用手指蘸耦合劑，在探頭晶片向前傳遞方向進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)耦合點(diǎn)與異常波重合時(shí)，此處即為異常位置，先目視查看能否發(fā)現(xiàn)缺陷，目視不能發(fā)現(xiàn)的情況下再采用磁粉或著色進(jìn)行探傷，以發(fā)現(xiàn)裂紋。
4.2 缺陷波高不得大于20%，出現(xiàn)此類缺陷，結(jié)合磁粉檢測(cè)后，對(duì)于細(xì)小熱裂發(fā)紋或砂輪顆粒劃傷可放行使用。
4.3 缺陷波高大于20%時(shí)，結(jié)合磁粉檢測(cè)后，軋輥需重新磨削加工，磨削后進(jìn)行表面波復(fù)檢，檢測(cè)無異常后予以放行。
5.結(jié)束語
自09年7開始，我廠各機(jī)組軋輥已做到磨削后支支進(jìn)行渦流檢測(cè)結(jié)合表面波復(fù)檢技術(shù)。使用至今，對(duì)事故輥進(jìn)行表面波探傷可有效控制殘余裂紋，取得較好效果�，F(xiàn)已將檢測(cè)方法推廣至我廠所有類型的鍛鋼軋輥，至今沒有出現(xiàn)因缺陷漏檢造成在線爆輥及剝落事故，對(duì)我廠降低輥耗，提高軋輥磨床的作業(yè)效率，提高經(jīng)濟(jì)效益起到積極作用。
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