專(zhuān)利名稱:圓柱體表面的超聲波探傷方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用表面波檢出輾壓滾筒或輾壓機(jī)等的金屬圓柱體,尤其是承受由輾壓在表面上產(chǎn)生熱的、機(jī)械的損傷的高速工具鋼構(gòu)成的輾壓用高速工具鋼滾筒表面或緊挨表面下存在的裂紋等缺陷時(shí)使用的合適的圓柱體表面超聲波探傷方法及其探傷裝置,以及利用它們對(duì)滾筒的磨削方法。
背景技術(shù):
金屬板在熱軋中使用的輾壓滾筒承受由輾壓在表面上產(chǎn)生的熱的、機(jī)械的損傷。以下用圖20詳細(xì)說(shuō)明在熱加工輾壓用的高速工具鋼滾筒制成的前段工作輥(以下稱為加工前段工作臺(tái)用高速鋼滾筒)表面的熱的、機(jī)械的損傷。熱損傷起因于在加工臺(tái)前段被輾壓材料處于高溫,在與滾筒100表面垂直方向產(chǎn)生稱為熱裂紋的深的1次裂紋K。機(jī)械損傷是由與支承輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生剪應(yīng)力引起的,以前述熱裂紋K作為起點(diǎn),2次裂紋L在與滾筒表面大體平行的方向上生成。同時(shí)這些裂紋許多個(gè)連接在一起,在滾筒表面上形成微小缺陷M。因?yàn)樵撐⑿∪毕軲一旦復(fù)制在被輾壓材料上,形成被輾壓材料的表面缺陷,所以從表面到一定的深度(以下稱為一定量),例如用砂輪磨削除去后,在再輾壓中使用滾筒,磨削后,如特開(kāi)平4-276547所示,進(jìn)行用表面波的超聲波探傷(稱為表面波探傷)。
具體地講,在旋轉(zhuǎn)的滾筒表面通過(guò)水等接觸介質(zhì)膜接觸表面波探頭(檢測(cè)頭),在從該表面波探頭向滾筒旋轉(zhuǎn)方向相反的方向傳播表面波的同時(shí)要除去滾筒表面中傳播表面波部分的接觸介質(zhì)膜,以便檢出在滾筒表面或緊挨表面下存在的缺陷。如果用該表面波探傷法檢出缺陷,則進(jìn)行追加的磨削。
作為應(yīng)用特開(kāi)平4-276547的探傷法的裝置,有特開(kāi)平7-294493中展示的超聲波探傷裝置。該超聲波探傷裝置具有以下部件,即使預(yù)定的檢查表面缺陷等的圓筒狀或圓柱狀被檢材料沿著其圓周方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)手段,用超聲波檢出缺陷等的超聲波探頭,用于使該探頭對(duì)被檢材料上方的被檢材料表面維持一定間隔的定位部,把形成超聲波傳播媒體的水等的介質(zhì)液提供到探頭和被檢材料之間的給水裝置。前述定位部具有從探頭下方突出,而且與被檢材料表面圓滑地接觸的仿形部。該仿形部通過(guò)與旋轉(zhuǎn)中的被檢材料的接觸保持定位部對(duì)被檢材料的間隔一定。此外前述定位部在探頭近旁設(shè)置前述給水裝置。該給水裝置具有可能暫時(shí)貯存向探頭近旁導(dǎo)出的介質(zhì)液的收容部。該收容部位于探頭近旁,在底部具有多個(gè)放水口,同時(shí)在上部具有向外部貫通的排氣孔。這樣安排前述多個(gè)放水口的各個(gè)口,以便通過(guò)被檢材料的旋轉(zhuǎn),在探頭對(duì)被檢材料表面掃描時(shí),在其進(jìn)行方向的前方,與前述周方向交叉配置,從掃描中探頭的前方把收容部?jī)?nèi)的介質(zhì)水向探頭和被檢材料表面之間放水。
然而,如果把前述的特開(kāi)平4-276547的探傷法尤其是用于檢測(cè)加工前段工作臺(tái)用的高速鋼滾筒的表面或緊挨表面下存在的缺陷,則最近查明存在如下所述的大問(wèn)題。
即由于圖20所示的微小缺陷M一定產(chǎn)生2次裂紋L,所以為了防止該微小缺陷M的發(fā)生通過(guò)磨削只除去2次裂紋L便行了。但是采用傳統(tǒng)的超聲波探傷方法,完全除去2次裂紋L后,也觀測(cè)到出現(xiàn)大振幅反射波的現(xiàn)象,如果磨削到完全不出現(xiàn)該反射波,則因?yàn)橐耆サ糁钡讲灰サ?次裂紋K的殘存部分為止,所以滾筒的單耗變差。
這是由于用表面波的超聲波探傷法對(duì)于滾筒表面上的垂直缺陷敏感性高,即使完全除去2次裂紋L也能檢出1次裂紋K的殘存部分。由于該1次裂紋K的殘存部分深度頗小,所以來(lái)自各個(gè)1次裂紋K的殘存部分的反射波振幅變微小,但是1次裂紋K的殘存部分在滾筒表面無(wú)數(shù)地存在,用表面波的超聲波探傷,表面波的傳播路徑也無(wú)數(shù)地存在。在用表面波對(duì)具有這種無(wú)數(shù)微小反射體的被檢材料(在這里指滾筒)探傷時(shí),如果令表面波的波長(zhǎng)為入,則如圖21所示,一定存在離表面波探頭10的距離差為λ/2的微小反射體的組合。圖21舉例示出該微小反射體的組合,而微小反射體K1~K4符合這種組合。
如果如傳統(tǒng)方式用脈寬為表面波波長(zhǎng)5倍以上的狹帶脈沖對(duì)存在這些微小反射體K1~K4的區(qū)域探傷,則因?yàn)槊}寬長(zhǎng),如圖22所示,微小反射波以等相位疊加干涉,振幅增大,產(chǎn)生好像存在大缺陷那樣的反射波。即對(duì)于熱加工輾壓前段工作臺(tái)用高速鋼滾筒利用表面波的超聲波探傷時(shí),因?yàn)橛妹}寬為表面波的波長(zhǎng)5倍以上的狹帶脈沖探傷,所以過(guò)大地檢出從1次裂紋K的反射波振幅。其結(jié)果,進(jìn)行磨削直到來(lái)自1次裂紋K的反射波振幅比預(yù)定值小為止。結(jié)果是因?yàn)閹缀跬耆?次裂紋K,所以磨削量過(guò)大,滾筒的單耗變差。
也考慮把缺陷檢出設(shè)定的閾值提高到不會(huì)對(duì)1次裂紋K過(guò)檢出的程度。然而如果提高該閾值,則由于會(huì)引起缺陷檢出能力下降,所以存在單獨(dú)存在的裂紋(由輾壓事故產(chǎn)生的)等應(yīng)檢出的缺陷漏檢的危險(xiǎn)性。
以上說(shuō)明的超聲波探傷的問(wèn)題不僅在輾壓滾筒等1次裂紋內(nèi)存在,而且在滾筒等一般金屬圓柱體內(nèi),在結(jié)晶組織粗、晶粒邊界產(chǎn)生散射波的情況下,如果用傳統(tǒng)的狹帶脈沖進(jìn)行探傷,則由于與已經(jīng)說(shuō)明的現(xiàn)象相同的機(jī)理,產(chǎn)生高的噪聲,存在同樣的問(wèn)題。
由輾壓產(chǎn)生的熱的、機(jī)械的損傷深度則依輾壓金屬板的長(zhǎng)度及輾壓速度、滾筒的冷卻條件,材質(zhì)(即使是分類(lèi)為同一材質(zhì)的滾筒,也因制造方法的不同而有材質(zhì)細(xì)微差異)等而有很大差異。因此,如果要以一定量磨研除去它,則產(chǎn)生如下的問(wèn)題。
①在熱的、機(jī)械的負(fù)荷小,熱的機(jī)械的損傷深度小的情況下,磨掉(過(guò)磨削)滾筒表面直到無(wú)損傷部分,磨削量大,滾筒的單耗變差。
②在熱的、機(jī)械的負(fù)荷大,熱的、機(jī)械的損傷深度大的情況下,一定量磨削后也殘存損傷,由于在探傷時(shí)檢出缺陷,所以必須追加磨削??墒菬岬?、機(jī)械的損傷究竟殘存到什么程度并不清楚,所以不能做到使追加的磨削量與最初的磨削量相同程度,大體上過(guò)削(過(guò)磨削),磨削量多,滾筒的單耗變差。
③僅僅考慮上述過(guò)磨削所需時(shí)間已使?jié)L筒的磨削時(shí)間變長(zhǎng),滾筒磨削效率下降。
此外,特開(kāi)平7-294493展示的超聲波探傷裝置完全沒(méi)有考慮被檢材料的轉(zhuǎn)速和必需的介質(zhì)液量之間的關(guān)系,而相應(yīng)于被檢材料的轉(zhuǎn)速,在被檢材料上打滑,從探頭和被檢材料表面之間逃逸的介質(zhì)液量變化,例如,如果被檢材料的轉(zhuǎn)速增加,則從探頭和被檢材料之間逃逸的介質(zhì)液量增加,探頭和被檢材料表面之間的介質(zhì)液量不足,超聲波對(duì)被檢材料的傳遞不佳,不能檢出表面缺陷。相反,如果滾筒的轉(zhuǎn)速變小,過(guò)剩的介質(zhì)液在探頭前方流出,因此表面波衰減,也不能檢出表面缺陷。
因?yàn)殛P(guān)于特開(kāi)平4-276547或特開(kāi)平7-294493使用的表面波探頭并未具體地展示,所以其細(xì)節(jié)不了解,我們認(rèn)為至少使用眾所周知的表面波探頭。傳統(tǒng)的表面波探頭由使超聲波振子和超聲波以角度θi入射滾筒表面的楔構(gòu)成,設(shè)定該入射角θi以便用折射法則,滿足下述(1)式。
θi=Sin-1(CW/CRs) (1)這里,CW楔內(nèi)的超聲波速度,CRs普通鋼的表面波速度。其中設(shè)入射角θi為與滾筒表面正交的垂直面所呈角度。
可是,最近了解到;如果用前述的表面波探頭進(jìn)行滾筒表面探傷,則常常不能在檢出信號(hào)中獲得足夠的S/N比。
因此,本發(fā)明者們著眼因高速鋼滾筒的制造方法不同而產(chǎn)生的材質(zhì)的不同,并且探討該材質(zhì)不同如何影響上述的表面探傷。而且發(fā)現(xiàn)如表1所示,材質(zhì)不同的各滾筒的表面波速度因材質(zhì)而有很大差異。
此外也發(fā)現(xiàn)高速鋼滾筒的表面波速度與作為普通鋼的表面波速度的2980M/sec有很大差異。
由表面波探頭產(chǎn)生的表面波向滾筒表面的發(fā)送接收,利用了由上式(1)表示的折射現(xiàn)象,設(shè)定入射角θi,以便折射角成為90°。因此,表1所示因滾筒材質(zhì)使表面波速度不同的情況下有必要使入射角分別按照各自的表面波的速度變更。不這樣則表面波的發(fā)送接收效率一定低下。
可是現(xiàn)狀是基于作為普通鋼的表面波速度的2980m/sec決定入射角θi,來(lái)制作表面波探頭。實(shí)際如表1所示在各高速鋼滾筒的表面波速度與普通鋼的表面波速度有很大差異,此外,在各高速鋼滾筒之間也因高速鋼滾筒的制法不同材質(zhì)不同而對(duì)表面波速產(chǎn)生偏差,而實(shí)際情況是在入射角θi的設(shè)計(jì)中完全沒(méi)有考慮這種差異。因此,入射角θi與用于發(fā)送接收最佳表面波的合適值有很大差異。
此外高速鋼滾筒的探傷通常在滾筒磨削設(shè)備上或在滾筒磨削設(shè)備近處實(shí)施。這樣的機(jī)械設(shè)備常常發(fā)生從馬達(dá)以及變流器來(lái)的大的電氣噪聲,常有使大的電氣噪聲重疊到使用表面波的探傷信號(hào)上的情況。這樣一來(lái),在高速鋼滾筒探傷中由于已經(jīng)產(chǎn)生前述的表面波發(fā)送接收效率低下,所以缺陷的反射波高度變得低下,因此作為缺陷反射波和電氣噪聲的振幅比的S/N比低下,造成缺陷檢出能力低下。
即使使與特定材質(zhì)的高速鋼滾筒的表面波速度一致來(lái)決定入射角θi,制作表面波探頭,如果對(duì)其表面波速度值調(diào)準(zhǔn)在例如表1的3090m/sec或3180m/sec那樣最小或最大值的高速鋼滾筒的表面波速度中的任一種速度,則在表面波速度成為與其倒過(guò)來(lái)的最大或最小值的材質(zhì)的高速鋼滾筒中,表面波的發(fā)送接收效率低下,缺陷檢出能力降低,問(wèn)題并未解決。
此外,針對(duì)每個(gè)材質(zhì)不同的滾筒必須把表面波探頭更換成最佳的,仍存在使?jié)L筒的探傷時(shí)間增加,在操作上的時(shí)間消耗過(guò)多的危險(xiǎn),是不實(shí)用的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題,其第一課題是在用表面波進(jìn)行超聲波探傷時(shí),提供能在防止1次裂紋的過(guò)檢出的同時(shí),降低晶粒邊界來(lái)的噪聲電平和提高缺陷檢出能力的圓柱體超聲波探傷方法及其裝置。
本發(fā)明第2課題是提供超聲波探傷裝置,即使被檢材料的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,該超聲波探傷裝置也能經(jīng)常以適量的介質(zhì)液供給到探頭和被檢材料表面之間,很好地維持超聲波向被檢材料的傳遞而且能夠防止過(guò)剩的介質(zhì)液體向探頭前方流出。
本發(fā)明第3課題是提供滾筒的磨削方法,在承受因輾壓等在表面上產(chǎn)生熱的、機(jī)械的損傷的滾筒磨削時(shí)該滾筒磨削方法能使?jié)L筒的磨削量最佳化,并且提高滾筒的單耗,同時(shí)還可以提高滾筒磨削的效率。
本發(fā)明第4課題是還提供滾筒檢查用表面波探頭及其入射角設(shè)定方法。在用表面波的高速鋼滾筒的超聲波探傷法中,即使由于制造方法不同引起滾筒材質(zhì)的不同,該滾筒檢查用表面波探頭及其入射角設(shè)定方法能夠高效率發(fā)送接收表面波,并且能夠提高缺陷的反射波的S/N比。
本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)的圓柱體表面上通過(guò)介質(zhì)液體接觸表面波探頭,從該表面波探頭對(duì)圓柱體傳遞表面波,同時(shí)通過(guò)接收從圓柱表面或緊挨表面下存在的缺陷的反射波,檢出該缺陷的圓柱體的超聲波探傷方法中,當(dāng)前述表面波探頭發(fā)送接收的表面波中心頻率為fc時(shí),在該表面波的頻譜中,通過(guò)設(shè)與強(qiáng)度對(duì)峰值的比處于-6dB以內(nèi)范圍的寬度相當(dāng)?shù)念l帶寬度為0.50fc以上,來(lái)解決前述第1課題。
本發(fā)明還在前述超聲波探傷方法中,通過(guò)設(shè)表面波探頭發(fā)送接收的表面波脈沖的脈沖寬度為前述圓柱體傳遞的表面波波長(zhǎng)的2.5倍以下,來(lái)解決前述第1課題。
本發(fā)明使在旋轉(zhuǎn)的圓柱體表面通過(guò)介質(zhì)液體接觸表面波探頭,從該表面波探頭對(duì)圓柱體傳遞表面波,同時(shí)通過(guò)接收來(lái)自圓柱體表面或緊挨表面下存在的缺陷的反射波,在檢出該缺陷的圓柱體的超聲波探傷裝置中,通過(guò)發(fā)送接收前述表面波的表面波探頭具有配置在超聲波振子的超聲波發(fā)送接收面上的楔以及在其背面配置的阻尼材料,來(lái)同樣解決第1課題。
本發(fā)明用鈮酸鉛系瓷器、鈦酸鉛系瓷器、1~3型復(fù)合物振子(在環(huán)氧樹(shù)脂板上多個(gè)并列置入小柱狀硅酸鈦酸鉛(以下稱為PZT)的振子)、0-3型復(fù)合物振子(在高分子材料中均勻分散陶瓷振子粒的振子),或3-1型復(fù)合物振子(在硅酸鈦酸鉛(PZT)板開(kāi)多個(gè)貫通孔,并在其中流入環(huán)氧樹(shù)脂等加固的振子)作為上述超聲波振子。
本發(fā)明用聚酰胺樹(shù)脂、聚苯乙烯樹(shù)脂、丙烯樹(shù)脂或氟樹(shù)脂(Teflon)制作前述楔。
如圖1所示,由于本發(fā)明的表面波探頭10主要由超聲波振子10A、阻尼材料10B、樹(shù)脂制楔10C構(gòu)成,設(shè)發(fā)送接收的表面波的中心頻率為fc時(shí),則前述表面波探頭10的頻帶寬為0.50fc以上。
即如果現(xiàn)在表面波探頭10發(fā)送接收的表面波頻譜具有如圖2概念上所示的頻率分布,則規(guī)定頻譜強(qiáng)度(信號(hào)強(qiáng)度)對(duì)峰值的比在-6dB以內(nèi)范圍的頻寬fR-fL為頻帶寬,下列(2)式成立,fR-fL≥0.50fc……(2)這樣一來(lái),在本發(fā)明中設(shè)表面波探頭10的頻帶寬為0.50fc以上寬的帶寬。如果說(shuō)明該表面波探頭10的具體構(gòu)成,則在上述超聲波振子10A中用鈮酸鉛系瓷器或圖23~25所示的復(fù)合物振子等機(jī)械Q值低的振子或者能夠用鈦酸鉛系瓷器等,雖然機(jī)械Q值高,但也易受機(jī)械阻尼的振子。在這里所謂機(jī)械的Q值是表示共振銳度的量,機(jī)械Q值越高,則振動(dòng)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。因?yàn)樯⑸湓肼曇辣惶絺牧系木Я_吔缁虮砻娲植诙榷?,所以發(fā)送接收的表面波中心頻率fc有必要設(shè)定在合適的范圍內(nèi)。例如在輾壓滾筒的情況下,最好在1~4MHZ。
通過(guò)在上述阻尼材料10B中用將鎢(金屬)等比重大的粉體混合在環(huán)氧樹(shù)脂等中加固的物體,并把它貼附在超聲波振子10A的背面,以便對(duì)超聲波振子10A內(nèi)發(fā)生的超聲波振動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)。因?yàn)殒u(金屬)等粉體的體積分率越大,阻尼材料的重量越大,則超聲波振動(dòng)的制動(dòng)效果越大、超聲波脈沖的脈寬變小。
通過(guò)把超聲波振子10A和阻尼材料10B作為上述所示的材料構(gòu)成,可以生成(信號(hào)傳送)頻帶寬0.5fc以上,脈寬為表面波波長(zhǎng)2.5倍以下的超聲波脈沖。
超聲波發(fā)送接收面的法線S2對(duì)在該被檢表面通過(guò)前述介質(zhì)接觸的底面法線S1的入射角為θ1,前述樹(shù)脂制楔10C具有以入射角θi交叉的傾斜面,把超聲波振子10A的前面(超聲波發(fā)送接收面)貼附到該傾斜面上。以便如圖1所示使超聲波振動(dòng)滿足下述(3)式并入射到被檢體。而且該楔10C本身用衰減率盡可能小的、例如聚苯乙烯樹(shù)脂或聚酰胺樹(shù)脂等形成,以便不損傷前述那樣的短脈沖波形。
θi=Sin-1(CW/CR) ……(3)式中CW樹(shù)脂制楔內(nèi)的超聲波速度,CR圓柱體的表面波速度。
圖3是通過(guò)種種變更阻尼材料的材質(zhì),制作頻帶寬不同的中心頻率fc=2MHZ的表面波探頭10,示出脈寬和頻帶寬關(guān)系的調(diào)查結(jié)果。在這里,頻帶寬與中心頻率fc相等時(shí)作為100%表示。
由圖3可以看到,如果頻率帶寬大于50%,則可以生成脈寬小于表面波波長(zhǎng)2.5倍的短脈沖。而且使這樣生成的脈寬短的表面波脈沖適合于無(wú)數(shù)地存在1次裂紋K的殘存部分的滾筒缺陷的檢測(cè)。正如用前述圖21所說(shuō)明的那樣,在這種情況下,如果令表面波波長(zhǎng)為λ,則一定存在離表面波探頭10的距離差為λ/2的微小反射體K1~K4的組合。
圖4是示出用前述頻寬為0.70fc以上,脈寬也為表面波波長(zhǎng)1.5倍的短的超聲波脈沖對(duì)存在上述微小反射體的區(qū)域探傷時(shí)的觀測(cè)波形,這相當(dāng)于前述傳統(tǒng)例的圖22。
如該圖4所示,可以看到由于脈寬短,所以即使來(lái)自一次裂紋K的殘存部分的微小振幅的反射波等相位疊加,振幅的增大作用也小。即如果把可以發(fā)送接收脈寬短的表面波脈沖的本發(fā)明的表面波探頭10用于無(wú)數(shù)地存在1次裂紋K殘存部分的滾筒缺陷的檢出,就能夠有效地防止來(lái)自該1次裂紋K的殘存部分的反射波的振幅增大。
圖5是示出用前述頻帶寬不同的(脈寬不同)中心頻率2MHZ的表面探頭對(duì)來(lái)自熱加工輾壓用前段工作輥的1次裂紋的反射波高度與(脈寬/表面波波長(zhǎng))關(guān)系進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果。其中以反射波的高度作為基準(zhǔn),測(cè)定來(lái)自直徑1mm,深度1mm的縱方向的鉆孔的反射波高度,1次裂紋K的深度約為0.15mm。
圖中作為實(shí)測(cè)點(diǎn)的A1,A2,A3與本發(fā)明相當(dāng),作為構(gòu)成表面波探頭10的超聲波振子10A用鈮酸鉛系瓷器,此外作為阻尼材料10B用在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)混合體積分率分別為80%,60%,40%的鎢粉的阻尼材料。B1,B2相當(dāng)于比較例。作為超聲波振子用PZT,此外作為阻尼材料10B用在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)混合體積分率分別為80%、60%的鎢粉的阻尼材料。C1,C2相當(dāng)于傳統(tǒng)例,作為超聲波振子10A用機(jī)械的Q值相互有若干差異的PZT,不用阻尼材料10B。除上述各點(diǎn)之外,實(shí)質(zhì)上用同一裝置測(cè)定。
由圖5可以看到脈寬越短,1次裂紋K的反射波高度越低。
其次,詳細(xì)討論適合超聲波振子10A、樹(shù)脂制楔10C的材質(zhì)。作為阻尼材料10B,如前述所示,用在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)混入鎢粉加固的,在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)混合鎢粉的體積分率分別取80%,60%,40%,20%。作為超聲波振子10A選擇鈮酸鉛系瓷器、鈦酸鉛系瓷器、硅酸鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇、鈮酸鋰、1-3型復(fù)合物振子(圖23),0-3型復(fù)合物振子(圖25),3-1型復(fù)合物振子(圖24),此外,作為樹(shù)脂制楔10C選擇聚酰胺樹(shù)脂,聚苯乙烯樹(shù)脂,丙烯樹(shù)脂,氟樹(shù)脂(Teflon)制作表面波探頭,測(cè)定發(fā)送接收的表面波頻率帶寬及脈寬,同時(shí)調(diào)查來(lái)自與圖5所示結(jié)果的實(shí)驗(yàn)相同的熱加工輾壓用前段工作輥的1次裂紋的反射波高度。作為反射波高度的基準(zhǔn),測(cè)定直徑1mm、深度1mm的縱向鉆孔的反射波高度,與圖5所示結(jié)果的實(shí)驗(yàn)完全相同。表2,表3,表4分別示出阻尼材料10B中的鎢粉體積分率為80%時(shí)、60%時(shí)、40%時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是來(lái)自1次裂紋K的反射波高度比-11dB高的(來(lái)自1次裂紋K的反射波高度與傳統(tǒng)的探頭相比不低于3dB以上的)磨削掉,而超聲波振子用PZT時(shí)的結(jié)果作為比較例為對(duì)比而完全示出。表5給出阻尼材料10B中鎢粉的體積分率為20%時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,而來(lái)自1次裂紋K的反射波高度比-11dB高。如果看表2到表4,可以看到在所有情況下超聲波振子10A內(nèi)完全可能使用鈮酸鉛系瓷器、鈦酸鉛系瓷器,1-3型復(fù)合物振子,0-3型復(fù)合物振子,3-1型復(fù)合物振子。此外,可以看到在樹(shù)脂制楔10B內(nèi)完全可以使用聚酰胺樹(shù)脂(2MHZ的超聲波衰減常數(shù)1.2×10-2dB/m),聚苯乙烯樹(shù)脂(2MHZ的超聲波衰減常數(shù)1.3×10-2dB/m),丙烯樹(shù)脂(2MHZ的超聲波衰減常數(shù)1.8×10-2dB/m),氟樹(shù)脂(Teflon2MHZ的超聲波衰減常數(shù)1.8×10-2dB/m)。因此,楔材在2MHZ的超聲波衰減常數(shù)小于1.8×10-2dB/m就行了。把表2到表4與表5作比較,可以看到在阻尼材料10B中的鎢粉體積分率必須大于40%。
本發(fā)明者等依靠傳統(tǒng)用的脈寬為表面波波長(zhǎng)5倍的表面波探頭對(duì)實(shí)質(zhì)上同一條件下熱加工輾壓用的前段工作輥進(jìn)行超聲波探傷,不過(guò),因?yàn)橐呀?jīng)確認(rèn)在最終一次的滾筒磨削前的磨削合格(Pass)后進(jìn)行探傷和最終的磨削合格后進(jìn)行探傷之間,來(lái)自1次裂紋的反射波可降低3dB,所以如果來(lái)自該1次裂紋K的反射波高度可降低3dB以上,則滾筒磨削合格次數(shù)至少能夠減少一次。而且最終的滾筒磨削合格與否的判定由在磨削后測(cè)定的實(shí)測(cè)值是否在預(yù)定閾值以下來(lái)定。
因此,正如前述的圖5所示,如果與用傳統(tǒng)的脈寬為表面波波長(zhǎng)5倍的表面波探頭的測(cè)定值C1比較,能降低來(lái)自1次裂紋的反射波高度3dB以上的測(cè)定值的表面波探頭的脈寬為小于表面波波長(zhǎng)的2.5倍,則因?yàn)闇y(cè)定值A(chǔ)3和C1之差為3dB,所以對(duì)滾筒的磨削合格次數(shù)應(yīng)該至少1次以上。
從圖3可以認(rèn)為能夠發(fā)送接收脈寬小于表面波波長(zhǎng)2.5倍的表面波的表面波探頭的帶寬在50%以上是合適的。因此,可以看到通過(guò)設(shè)表面波探頭的頻帶寬大于0.50fc,對(duì)能夠降低1次裂紋過(guò)檢產(chǎn)生的滾筒的過(guò)磨削有效果。這在本發(fā)明是表面波探頭的頻帶寬取0.50fc以上的根據(jù)。
正如以上詳述的那樣,通過(guò)應(yīng)用頻帶寬大于0.50fc,脈寬小于表面波波長(zhǎng)2.5倍的表面波探頭,對(duì)使用傳統(tǒng)用的脈寬為表面波波長(zhǎng)5倍程度的表面波探頭的情況(圖5中,C1點(diǎn))和本發(fā)明的情況(A1~A3點(diǎn))相比較,1次裂紋K的反射波高度可以降低3~6dB以上。
同樣地對(duì)于殘存深度約0.1mm的1次裂紋K的輾壓滾筒或殘存深度約0.25mm的1次裂紋K的高速鋼滾筒上生成的深度0.5mm的裂紋進(jìn)行探傷時(shí),用脈寬為表面波波長(zhǎng)1.5倍的表面波探頭,來(lái)自裂紋的反射波的S/N比為10dB,用脈寬為表面波波長(zhǎng)2.5倍的表面波探頭,來(lái)自裂紋的反射波的S/N比為7dB,與此相對(duì)應(yīng),用傳統(tǒng)的脈寬為表面波波長(zhǎng)5倍程度的表面波探頭,S/N比為4dB。因此,如果采用本發(fā)明方法,與傳統(tǒng)方法相比,使S/N比約提高3~6dB,能夠大幅提高缺陷檢出能力。
其次,應(yīng)用具有如前述圖1所示的超聲波振子10A、阻尼材料10B、樹(shù)脂制楔10C分別由鈮酸鉛系瓷器、環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)混合60%體積分率的鎢粉的阻尼材料、聚酰胺樹(shù)脂所形成的表面波探頭10的超聲波探傷裝置,對(duì)于500只熱加工輾壓用前段工作輥進(jìn)行探傷,調(diào)查來(lái)自一次裂紋(熱裂紋)的反射波降低到預(yù)定的水平以下的磨削量的實(shí)績(jī)時(shí),用直徑換算的磨削量的實(shí)績(jī),在應(yīng)用具有脈寬為表面波波長(zhǎng)5倍程度的表面波探頭的超聲波探傷裝置進(jìn)行相同調(diào)查的傳統(tǒng)例中為0.33mm,而用本發(fā)明可以磨削到0.2mm。
這樣一來(lái),如果采用本發(fā)明,與傳統(tǒng)技術(shù)相比,磨削量可以削減0.1mm以上。即使在這樣削減的情況下,因在輾壓滾筒表面生成的微小缺陷所發(fā)生的被輾壓材料表面缺陷的程度與傳統(tǒng)的幾乎沒(méi)有差別。
在旋轉(zhuǎn)的圓柱體表面通過(guò)介質(zhì)液接觸表面波探頭,從該表面波探頭對(duì)圓柱體傳播表面波的同時(shí),通過(guò)接收來(lái)自在圓柱體表面或緊挨表面下存在缺陷的反射波,在檢出該缺陷的本發(fā)明超聲波探傷裝置中,配備以下裝置以解決前述第3課題,這些裝置包括使前述圓柱體沿其周方向旋轉(zhuǎn)的圓柱體旋轉(zhuǎn)裝置;檢出由該圓柱體旋轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生的圓柱體轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢出裝置;在圓柱體上方對(duì)圓柱體表面以一定間隔保持前述表面波探頭的定位裝置;在該圓柱體軸向掃描的掃描裝置;可把構(gòu)成超聲波傳播介質(zhì)的介質(zhì)液供給到前述表面波探頭和圓柱體表面之間、而且配備了可以根據(jù)前述圓柱體旋轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生的圓柱體轉(zhuǎn)速,控制介質(zhì)液供給量的流量控制閥的給水裝置;在超聲波振子的超聲波發(fā)送接收面上配置的楔以及在超聲振子的背面配置的阻尼材料,以便在設(shè)前述表面波探頭發(fā)送接收的表面波中心頻率為fc時(shí),在該表面波的頻譜內(nèi),相當(dāng)于強(qiáng)度對(duì)峰值處于-6dB以內(nèi)范圍寬度的頻帶寬為0.50fc以上可以應(yīng)用表面波檢出缺陷的表面波探頭;將用以發(fā)送表面波的電脈沖供給該表面波探頭,把該表面波探頭捕捉到的信號(hào)放大到判定缺陷必要的電平為止并輸出的超聲波發(fā)送接收器;從該超聲波發(fā)送接收器輸出的信號(hào)中取出應(yīng)進(jìn)行缺陷判定的信號(hào),并輸出的選通裝置;以及檢出該選通裝置輸出的信號(hào)振幅并輸出,或者把該信號(hào)電平與預(yù)定閥值進(jìn)行比較,當(dāng)該信號(hào)電平大時(shí),輸出有缺陷的信號(hào)的缺陷判定裝置。
尤其是前述楔具有在圓柱體表面通過(guò)接觸介質(zhì)接觸的底面以及傾斜面,該傾斜面的法線對(duì)該底面部分的法線以前述(3)式規(guī)定的入射角θi相交叉,在該傾斜面上貼附前述超聲波振子的超聲波發(fā)送接收面的情況下,可以在圓柱體表面高效率傳播表面波。
發(fā)明者們用有人工缺陷的高速鋼滾筒,使該高速鋼滾筒的轉(zhuǎn)速變化,并且使從探頭向滾筒表面的超聲波傳輸穩(wěn)定,而且過(guò)剩的介質(zhì)液并不向探頭前方流出,圖6給出為了維持來(lái)自人工缺陷的反射波的高度為一定值調(diào)查合適的介質(zhì)液(在本實(shí)驗(yàn)的情況用水)量的結(jié)果。如果處于打斜線的范圍內(nèi)的水量,則從探頭到滾筒表面的超聲波傳遞穩(wěn)定??梢钥闯觯S著高速鋼滾筒的轉(zhuǎn)速變大,媒介質(zhì)液量也必須增大。而且,用轉(zhuǎn)速檢出裝置測(cè)量高速鋼滾筒的轉(zhuǎn)速,根據(jù)高速鋼滾筒的轉(zhuǎn)速,通過(guò)應(yīng)用在給水裝置上設(shè)置的流量控制閥控制介質(zhì)液的供給量,可以把合適量的介質(zhì)液提供給到探頭和高速鋼滾筒表面之間,由此,能夠維持從探頭到滾筒表面的超聲波傳遞穩(wěn)定,并且可以防止過(guò)剩的介質(zhì)液向探頭前方流出。
在表面上受到了熱的、機(jī)械的損傷的滾筒磨削時(shí),在磨削開(kāi)始前或者在磨削過(guò)程中,邊使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)邊通過(guò)接觸介質(zhì)的膜使?jié)L筒表面與表面波探頭接觸,從表面波探頭傳播表面波,同時(shí)要除去滾筒表面中傳播表面波部分的液體,測(cè)定來(lái)自在滾筒表面存在或殘存的熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度,根據(jù)該反射波高度,設(shè)定其后的磨削量進(jìn)行磨削,本發(fā)明是以此解決前述第3課題的。
在本發(fā)明中,通過(guò)媒介質(zhì)與旋轉(zhuǎn)的滾筒表面接觸,至少由超聲波振子和使超聲波以入射角θi入射到滾筒表面的楔構(gòu)成,以便在前述滾筒表面?zhèn)鞑ケ砻娌菢优渲茫⑶覚z出在前述滾筒表面和緊挨表面下存在的缺陷的滾筒檢查用表面波探頭中,通過(guò)設(shè)定其入射角θi以便滿足下述(4)式,θi=Sin-1(CW/CRav)……(4)以此解決上述課題。
式中,CW是楔內(nèi)的超聲波速度,CRav是作為檢查對(duì)象的各滾筒的表面波速度的平均值。但入射角θi設(shè)為與滾筒表面正交的垂直面之間的角度。
通過(guò)介質(zhì)與旋轉(zhuǎn)的滾筒表面接觸,至少由超聲波振子和使超聲波以入射角θi入射到滾筒表面的楔構(gòu)成,以便在前述滾筒表面?zhèn)鞑ケ砻娌菢优渲?,并且作為檢出在前述滾筒表面和緊挨表面下存在的缺陷的滾筒檢查用的表面波探頭的入射角設(shè)定方法,通過(guò)設(shè)定其入射角θi以便滿足上述(4)式,來(lái)解決上述課題。
發(fā)明者們用前述表面波探頭,通過(guò)邊微小量地磨削受到輾壓產(chǎn)生的熱的、機(jī)械的損傷的輾壓滾筒,邊測(cè)定來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部的反射波高度,調(diào)查來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度與熱的、機(jī)械的損傷部殘量(當(dāng)反射波高度低于缺陷檢出用閥值時(shí)看作無(wú)殘量)之間的關(guān)系。圖7給出其結(jié)果。可以很好看出,熱的、機(jī)械的損傷部殘量減少的同時(shí),來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度也減小。如果從圖7求出為了除去熱的、機(jī)械的損傷部必要的磨削量和來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度之間的關(guān)系,則可得圖8所示結(jié)果。因此,在磨削的開(kāi)始前或磨削的過(guò)程中,通過(guò)用表面波的超聲波探傷,測(cè)定來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度,如果用圖8的關(guān)系決定磨削量,則能防止超過(guò)熱的、機(jī)械的損傷部分的過(guò)磨削或者防止熱的、機(jī)械的損傷部分的削殘,可實(shí)現(xiàn)最佳的磨削。
尤其是在來(lái)自前述熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度處于最高處時(shí),移動(dòng)表面波探頭及磨削用砂輪,邊進(jìn)行探傷邊進(jìn)行切入(plunge)磨削,求出來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度變?yōu)轭A(yù)定水平以下的磨削量,通過(guò)按照該磨削量,對(duì)殘存的滾筒面磨削,可以實(shí)現(xiàn)最佳的磨削。
即如果在磨削開(kāi)始前或磨削過(guò)程中,實(shí)施用表面波的超聲波探傷,則如圖7的關(guān)系所闡明的那樣,來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度在最高處可以特定為熱的、機(jī)械的損傷部分的殘留量最多處。因此,如圖9所示,使?jié)L筒磨削裝置的砂輪62和表面波探頭10與輾壓滾筒110接觸的位置(滾筒的軸向位置)一致之后,在來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部的反射波高度處于最高處時(shí),滾筒磨削裝置的砂輪62與表面波探頭10接觸。而且進(jìn)行用表面波的超聲波探傷,如果來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度一直下降到低于預(yù)定閥值,對(duì)輾壓滾筒進(jìn)行切入磨削,則這時(shí)的磨削量成為為了除去整個(gè)輾壓滾筒面的熱的、機(jī)械的損傷部分必要的磨削量。因此,將殘留的滾筒的磨削量設(shè)定為該磨削量而進(jìn)行磨削便行了。
圖1是放大表示本發(fā)明的表面波探頭的大致結(jié)構(gòu)的斷面圖,圖2是用于說(shuō)明前述表面波探頭的頻帶寬的曲線圖,圖3是表示前述表面波探頭的頻帶寬和(脈寬/表面波波長(zhǎng))關(guān)系的曲線圖,圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的觀測(cè)波形和來(lái)自微小反射體的反射波之間的關(guān)系的說(shuō)明圖,圖5是表示來(lái)自1次裂紋的反射波高度和(脈寬/表面波波長(zhǎng))關(guān)系的曲線圖,圖6是表示為了用以說(shuō)明本發(fā)明原理的滾筒轉(zhuǎn)速和合適介質(zhì)液量的關(guān)系的曲線圖,圖7是表示為了說(shuō)明本發(fā)明的來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度和熱的、機(jī)械的損傷部分殘留量關(guān)系的曲線圖,圖8是表示為了說(shuō)明本發(fā)明的必要的磨削量和來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度的關(guān)系的曲線圖,圖9是表示為了說(shuō)明本發(fā)明的切入磨削的砂輪和表面波探頭的位置關(guān)系的斜視圖,圖10是表示本發(fā)明的超聲波探傷裝置的第1實(shí)施例的大致結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖,圖11是放大表示第1實(shí)施例的探頭座部分的正視圖,圖12是剖斷表示第1實(shí)施例的表面波探頭上配備的給水部的主要部分側(cè)視圖,圖13是表示本發(fā)明的超聲波探傷裝置的第2實(shí)施例的大致結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖,圖14是表示在第2實(shí)施例中改變滾筒轉(zhuǎn)速進(jìn)行探傷時(shí)的,來(lái)自缺陷的反射波高度和轉(zhuǎn)速關(guān)系的調(diào)查結(jié)果的曲線圖,
圖15是表示本發(fā)明的超聲波探傷裝置的第3實(shí)施例的大致結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖,圖16是表示本發(fā)明的超聲波探傷裝置的第4實(shí)施例的大致結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖,圖17是表示用本發(fā)明的探頭F和傳統(tǒng)法的探頭G、H,測(cè)定在5種滾筒上加工的人工缺陷的反射波高度的結(jié)果的圖,圖18是表示用本發(fā)明的探頭F和傳統(tǒng)法的探頭G、H,測(cè)定在5種滾筒上加工的人工缺陷的反射波的S/N比的結(jié)果的圖,圖19用S/N比表示使用本發(fā)明的探頭F和傳統(tǒng)法的探頭G、H對(duì)20個(gè)表面缺陷進(jìn)行探傷檢查結(jié)果的圖,圖20是為了說(shuō)用熱加工輾壓用工作輥在周向的表面上產(chǎn)生的裂紋的概念圖,圖21是表示表面波探頭和微小反射體的位置關(guān)系的說(shuō)明圖,圖22是表示用傳統(tǒng)法的觀測(cè)波形和來(lái)自微小反射體的反射波之間關(guān)系的說(shuō)明圖,圖23是本發(fā)明的探頭振子的一例(1-3型復(fù)合物振子),圖24是本發(fā)明的探頭振子的一例(3-1型復(fù)合物振子),圖25是本發(fā)明的探頭振子的一例(0-3型復(fù)合物振子)。
具體實(shí)施例方式
參照以下附圖,詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖10是表示本發(fā)明的超聲波探傷裝置第1實(shí)施例的概略側(cè)視圖。
本實(shí)施例的超聲波探傷裝置是把圖中符號(hào)110所示的輾壓滾筒作為被檢體,作為基本構(gòu)成包括使該滾筒110旋轉(zhuǎn)的滾筒旋轉(zhuǎn)裝置,用于發(fā)送接收該滾筒110的表面波的表面波探頭10,用于支撐該探頭10的探頭座12,附置在該座12上、把接觸介質(zhì)(水)供給到滾筒110的表面和表面波探頭10之間的給水裝置(后述)。
作為前述滾筒旋轉(zhuǎn)裝置為避免附圖的復(fù)雜化而省略了其圖示,如果使檢查對(duì)象的輾壓滾筒110也能夠沿其圓周方向C旋轉(zhuǎn),則可以用公知的合適的裝置。
調(diào)整振子種類(lèi)或阻尼材料的組成,以便使前述表面波探頭10可能發(fā)送接收頻帶寬大于0.50fc,脈寬小于表面波波長(zhǎng)2.5倍的表面波。
在該表面波探頭10上,在該探頭10和作為被檢體的輾壓滾筒110表面之間間隙內(nèi)形成充滿水(介質(zhì)液)的狀態(tài),通過(guò)該水,使超聲波在滾筒110的表面上傳播,在該滾筒110上傳遞表面波,通過(guò)發(fā)送接收該反射波應(yīng)該可以檢出輾壓滾筒110的表面缺陷。
支撐該表面波探頭10的前述探頭座12定位在對(duì)位于輾壓滾筒110上方的固定構(gòu)造部件14,在可以上下方向滑動(dòng)的導(dǎo)桿16的下部安裝的定位機(jī)構(gòu)部18上。在該定位機(jī)構(gòu)部18中配備前后各一對(duì)、計(jì)4個(gè)滾筒20,在這些滾筒20之間配置上述的探頭座12。而且,在進(jìn)行探傷時(shí),通過(guò)這4個(gè)滾筒20與輾壓滾筒110的表面接觸、旋轉(zhuǎn),使探傷掃描穩(wěn)定。
在前述固定構(gòu)造部14上配備有馬達(dá)14A及其安裝底板14B,該馬達(dá)用于通過(guò)公知的傳遞裝置(未圖示)提供使定位機(jī)構(gòu)部18沿導(dǎo)桿16升降的動(dòng)力。
該固定構(gòu)造部14通過(guò)省略圖示的掃描裝置可以沿輾壓滾筒110的軸向掃描,由此可以使表面波探頭10沿輾壓滾筒110的軸向掃描。
前述的探頭座12安裝在對(duì)定位機(jī)構(gòu)部18可以上下移動(dòng)地松轉(zhuǎn)動(dòng)配合的棒狀體12A的下端,通過(guò)夾裝于該棒狀體12A周?chē)念A(yù)定位置上的彈簧(未圖示),常常在圖中下方,即對(duì)輾壓滾筒110的表面用適當(dāng)力在壓緊的狀態(tài)下支撐著。
為了在前述表面波探頭10和輾壓滾筒110之間形成預(yù)定的間隙,在前述探頭座12上設(shè)置一對(duì)仿形滾筒22,它們向比該表面波探頭10還下方的輾壓滾筒110一側(cè)突出。
圖11是放大表示該狀態(tài)正視圖,在沿著水平方向(滾筒軸向)探頭座12對(duì)置的兩側(cè)部上分別設(shè)置軸24,在其兩側(cè)上可以旋轉(zhuǎn)地分別安裝了上述仿形滾筒22,這樣一來(lái),軸支承在探頭座12上的仿形滾筒22通過(guò)承受前述彈簧適當(dāng)?shù)膲毫δ軌蛟跍y(cè)量時(shí)常常與輾壓滾筒110的表面接觸,通過(guò)這種結(jié)構(gòu)用探頭座12能支撐前述表面波探頭10,以便在表面波探頭10和輾壓滾筒110之間常常維持一定的間隙。
在該表面波探頭10,正如分別用兩點(diǎn)劃線表示探頭座12和仿形滾筒22的輪廓,省略的圖12所示,在其內(nèi)部配備有供水部(給水裝置)26,從導(dǎo)管28導(dǎo)出的水暫時(shí)收容在收容部26A內(nèi),由設(shè)置在收容部26A底部上的放出孔26B把它放出,應(yīng)當(dāng)能在表面波探頭10和輾壓滾筒110之間形成無(wú)氣泡的水層。因?yàn)榻o水裝置用傳統(tǒng)的已知的恰當(dāng)裝置構(gòu)成便行了,省略詳細(xì)說(shuō)明。
在圖10中,符號(hào)30是除去該水的刮板,以便如以上所述由給水部供給的水殘留在滾筒表面而不致流到表面波的傳播路上。
因?yàn)楸緦?shí)施例的超聲波探傷裝置作為以上詳述的裝置構(gòu)成,所以把作為超聲波傳播介質(zhì)的水供給到表面波探頭10和作為被檢體的輾壓滾筒110的表面之間,同時(shí)可以容易且可靠執(zhí)行邊在其表面上掃描移動(dòng)該探頭10邊進(jìn)行探傷作業(yè)。
用本實(shí)施例,對(duì)500只熱加工輾壓用前段工作輥(高速鋼滾筒)進(jìn)行探傷,在調(diào)查來(lái)自稱作熱裂紋的1次裂紋的反射波降低到預(yù)定水平以下的磨削量的實(shí)績(jī)時(shí),應(yīng)用傳統(tǒng)的脈寬為表面波波長(zhǎng)5倍程度的表面波探頭的探傷裝置的磨削量實(shí)績(jī)(直徑換算)為0.33mm,而在本實(shí)施例變成0.20mm,與傳統(tǒng)相比,確認(rèn)可以削減磨削量0.1mm以上。即使在這種情況下由高速鋼滾筒表面的微小缺陷產(chǎn)生的被輾壓材料的表面缺陷發(fā)生與傳統(tǒng)的幾乎沒(méi)有差別。
其次,參照?qǐng)D13,詳細(xì)說(shuō)明適合于掃描移動(dòng)表面波探頭10對(duì)高速鋼滾筒的表面探傷的本發(fā)明的第2實(shí)施例。
在本實(shí)施例中,設(shè)輾壓滾筒110為高速鋼滾筒,該高速鋼滾筒的轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速檢出器32檢出,送到在給水裝置上配備的流量控制閥34,控制流量在適合于圖6所示的范圍內(nèi)。表面波探頭10的輸出經(jīng)超聲波發(fā)送接收器40以及門(mén)電路42,輸入到缺陷判定電路44。
前述超聲波發(fā)送接收器40將用以發(fā)送表面波的電脈沖供給前述表面波探頭10,該表面波探頭10把接收的信號(hào)放大到判定缺陷必要的電平,并輸出到門(mén)電路42。門(mén)電路42從前述超聲波發(fā)送接收器40輸出的信號(hào)中抽出應(yīng)進(jìn)行缺陷判定的信號(hào),并輸出到缺陷判定電路44。缺陷判定電路44檢出門(mén)電路42輸出的信號(hào)振幅并輸出或者把該信號(hào)的電平與預(yù)定的閥值比較,當(dāng)該信號(hào)電平大時(shí)動(dòng)作,以便輸出有缺陷的信號(hào),由此檢出表面缺陷。
前述探頭座12與第1實(shí)施例一樣,如圖12所示,在內(nèi)部配備給水部26。該給水部26通過(guò)流量控制閥34確定與輾壓滾筒110的轉(zhuǎn)速(周速)相適應(yīng)的流量,把從導(dǎo)管28導(dǎo)出的水暫時(shí)收容在收容部26A內(nèi),讓它從設(shè)置于收容部26A底部的放出口26B放出,在表面波探頭10和輾壓滾筒110之間形成無(wú)氣泡的水層。
因?yàn)殛P(guān)于其它點(diǎn)與第1實(shí)施例相同,用相同符號(hào),省略詳細(xì)說(shuō)明。
用本實(shí)施例的裝置改變轉(zhuǎn)速?gòu)?5rpm到50rpm對(duì)有表面缺陷的高速鋼滾筒進(jìn)行探傷,在圖14給出調(diào)查來(lái)自缺陷的反射波高度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系的結(jié)果。如果采用本實(shí)施例的裝置,可以與高速鋼轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)、很好地檢出表面缺陷。
其次參照?qǐng)D15,詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第3實(shí)施例。
本實(shí)施例在磨削開(kāi)始前或磨削中途進(jìn)行用表面波的超聲波探傷,測(cè)定來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部的反射波高度,給出了向輾壓滾筒110的磨削裝置60傳送磨削量設(shè)定值的裝置。輾壓滾筒的磨削裝置用傳統(tǒng)已知的恰當(dāng)裝置就行了。為避免附圖復(fù)雜化,省略圖示。
在前述表面波探頭10上連接超聲波探傷器50,把用于從表面波探頭10發(fā)送表面波的電脈沖供給表面波探頭10,把表面波探頭10接收的信號(hào)放大到適于缺陷判定的電平。此外,超聲波探傷器50用與第2實(shí)施例同樣的門(mén)電路(圖示省略),從放大后的信號(hào)抽出來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷的反射波,檢出其高度。由超聲波探傷器50檢出的來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度送到計(jì)算機(jī)52,通過(guò)參照?qǐng)D8的關(guān)系,求出為除去熱的、機(jī)械的損傷部必要的磨削量。如此求出的磨削量的設(shè)定值送到輾壓滾筒的磨削裝置60,例如用砂輪實(shí)施磨削。
因?yàn)殛P(guān)于其它點(diǎn)與第1、第2實(shí)施例相同,用相同符號(hào),省略其詳細(xì)說(shuō)明。
用本實(shí)施例中,對(duì)200只熱加工輾壓用前段工作輥進(jìn)行探傷,調(diào)查磨削量的實(shí)績(jī)時(shí),而采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行的、把一定量的磨削重復(fù)到來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波低于預(yù)定閥值的方法的磨削量推算值(從對(duì)每1只滾筒用本裝置的磨削量的實(shí)際值推算傳統(tǒng)法的磨削量)經(jīng)直徑換算為0.23mm,而采用本實(shí)施例經(jīng)直徑換算為0.18mm,與傳統(tǒng)方式相比,確認(rèn)磨削量可削減0.05mm以上。
其次,參照?qǐng)D16,詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第4實(shí)施例。
在本實(shí)施例,設(shè)置了檢出表面波探頭10的滾筒軸向位置的位置檢出器36,從該位置檢出器36檢出表面波探頭10在滾筒軸向的位置,送到計(jì)算機(jī)52,在磨削開(kāi)始前或磨削中途進(jìn)行的用表面波的超聲波探傷中,求出來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度最高部分在輾壓滾筒上的位置。此外,在進(jìn)行稱為切入磨削的磨削時(shí),如圖9所示,表面波探頭10在機(jī)械上定位設(shè)置,以便使表面波探頭10和砂輪62與輾壓滾筒110接觸的位置(滾筒的軸向位置)一致。
關(guān)于其它構(gòu)成,因?yàn)榕c第3實(shí)施例相同,所以用相同符號(hào),省略詳細(xì)說(shuō)明。
以下詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例的運(yùn)作。首先,在磨削開(kāi)始前或磨削中途,通過(guò)使輾壓滾筒110邊沿其圓周方向C旋轉(zhuǎn),邊使表面波探頭10沿輾壓滾筒110的軸向掃描,對(duì)整個(gè)輾壓滾筒面進(jìn)行用表面波的超聲波探傷,通過(guò)輸入來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度以及表面波探頭10的位置檢出信號(hào)的計(jì)算機(jī)52求出來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度的最高部分在輾壓滾筒110上的位置。
其次,如圖9所示,在該位置移動(dòng)表面波探頭10和砂輪62,直到來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波高度低于預(yù)定閥值為止,邊進(jìn)行用表面波的超聲波探傷、邊進(jìn)行輾壓110滾筒的切入磨削,求出這時(shí)的磨削量。
把這樣求出的磨削量的設(shè)定值輸入到輾壓滾筒的磨削裝置60,進(jìn)行殘留的滾筒面的磨削。
用本實(shí)施例的裝置,對(duì)200只熱加工輾壓用前段工作輥進(jìn)行探傷,調(diào)查磨削量的實(shí)績(jī),而采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行的、把一定量的磨削重復(fù)到來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷部分的反射波低于預(yù)定閥值的方法的磨削量推算值,經(jīng)直徑換算為0.24mm,而采用本實(shí)施例經(jīng)直徑換算為0.19mm,與傳統(tǒng)方式相比,確認(rèn)磨削量可削減0.05mm以上。
其次用圖17和圖18詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的第5實(shí)施例。
圖17和圖18是表示用本發(fā)明的表面波探頭和2種傳統(tǒng)方式的表面波探頭測(cè)定表1所示的5種滾筒上加工的人工缺陷結(jié)果的圖。圖17是測(cè)定人工缺陷的反射波高度的圖,圖18是測(cè)定人工缺陷的反射波的S/N比的圖。人工缺陷采用在各自的滾筒的表面上加工1mmφ、1mm深度的縱向鉆孔。在這里設(shè)表面波探頭的楔為聚苯乙烯樹(shù)脂(CW=2340m/sec)制作。
表面波探頭如前所述預(yù)備如下3種。探頭F是對(duì)作為對(duì)象的5種滾筒的表面波速度取平均,構(gòu)成的表面波探頭,以使其符合由該平均值CRav和聚苯乙烯樹(shù)脂的超聲波速度CW用(2)式算出的θi。即取θi=48.1度。是本發(fā)明的表面波探頭。探頭G構(gòu)成的表面波探頭符合由表1的滾筒4號(hào)的表面波速度和聚苯乙烯樹(shù)脂的超聲波速度算出的θi,即取θi=49.2度。是傳統(tǒng)的表面波探頭。探頭H構(gòu)成的表面波探頭符合由普通鋼的表面波速度(2980m/sec)和聚苯乙烯樹(shù)脂的超聲波速度算出的θi,即取θi=51.7度。是另外的傳統(tǒng)例的表面波探頭。
由圖17和18可以確認(rèn)本發(fā)明的探頭F穩(wěn)定地得到與滾筒的種類(lèi)無(wú)關(guān)的高的反射波高度及S/N比。在這里圖17的縱軸令在表面波探頭F對(duì)滾筒1號(hào)的人工缺陷探傷時(shí)的反射波高度為0dB表示。
其次,從實(shí)際的滾筒中對(duì)表1所示的5種滾筒上各附有4個(gè)、共計(jì)20個(gè)表面缺陷抽樣,測(cè)定來(lái)自這些表面缺陷的反射波的S/N比。圖19是對(duì)20個(gè)表面缺陷全部附上編號(hào)并以該編號(hào)作橫軸,S/N作縱軸的圖表化。在這里,表面波探頭適用前述的3種探頭F、G、H。從圖19也通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明的探頭F,確認(rèn)即使對(duì)實(shí)際的表面缺陷也能穩(wěn)定地以高S/N比進(jìn)行探傷。
以上就本發(fā)明作了具體的說(shuō)明,但本發(fā)明并不限于前述實(shí)施例,在不脫離其要旨的范圍內(nèi)可作種種變更。例如作為構(gòu)成表面波探頭的構(gòu)件的超聲波振子10A、阻尼材料10B、樹(shù)脂制楔10C的具體材料不限于前述實(shí)施例所示的,如果是具有同樣功能的、則可以利用任意的材料。
在前述實(shí)施例,給出用水作為接觸介質(zhì)的情況,但也可以應(yīng)用油等其它的液體。
本發(fā)明應(yīng)用對(duì)象不限于輾壓滾筒、尤其不限于高速鋼滾筒,如果是由金屬等構(gòu)成的輾壓機(jī)等的圓柱體則沒(méi)有特殊限制。
表1
表2鎢粉的體積分率80%
表3鎢粉的體積分率60%
表4鎢粉的體積分率40%
表5鎢粉的體積分率20%
工業(yè)上利用的可能性。
如果采用本發(fā)明,則能夠在用表面波進(jìn)行超聲波探傷時(shí),防止1次裂紋的過(guò)檢出,防止因過(guò)磨削產(chǎn)生的滾筒原耗變差。此外,能夠降低來(lái)自1次裂紋或晶粉邊界的噪聲電平、大幅度提高缺陷檢出能力。
尤其是因輾壓在表面上受到熱的、機(jī)械的損傷的輾壓滾筒的磨削時(shí),想要根據(jù)來(lái)自熱的、機(jī)械的損傷的反射波高度去設(shè)定其后的磨削量時(shí),使?jié)L筒的磨削量最佳化、提高滾筒的原耗,同時(shí)提高滾筒的磨削效率。
此外,在用表面波的滾筒超聲波探傷法的本發(fā)明的應(yīng)用時(shí)盡管因制造法的不同產(chǎn)生的滾筒材質(zhì)的不同,仍然能夠高效率發(fā)送接收表面波,能夠不更換表面波探頭去探傷,能用共同的表面波探頭提高來(lái)自缺陷的反射波的S/N比。
權(quán)利要求
1.一種圓柱體的超聲波探傷方法,它是在旋轉(zhuǎn)的圓柱體表面通過(guò)接觸介質(zhì)接觸表面波探頭,從該表面波探頭對(duì)圓柱體傳播表面波,同時(shí)通過(guò)接收來(lái)自圓柱體表面或緊挨表面下存在的缺陷的反射波,檢出該缺陷的圓柱體超聲波探傷方法,其特征為使前述表面波探頭發(fā)送接收的表面波脈沖的脈寬小于在前述圓柱體傳輸?shù)谋砻娌úㄩL(zhǎng)的2.5倍。
全文摘要
一種圓柱體的超聲波探傷方法,它是在旋轉(zhuǎn)的圓柱體表面通過(guò)接觸介質(zhì)接觸表面波探頭,從該表面波探頭對(duì)圓柱體傳播表面波,同時(shí)通過(guò)接收來(lái)自圓柱體表面或緊挨表面下存在的缺陷的反射波,檢出該缺陷的圓柱體超聲波探傷方法,其特征為使前述表面波探頭發(fā)送接收的表面波脈沖的脈寬小于在前述圓柱體傳輸?shù)谋砻娌úㄩL(zhǎng)的2.5倍。
文檔編號(hào)G01N29/24GK1515900SQ0313688
公開(kāi)日2004年7月28日 申請(qǐng)日期1998年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月31日
發(fā)明者高田一, 鑓田征雄, 杉本良一, 守井隆史, 一, 史, 雄 申請(qǐng)人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社