專(zhuān)利名稱(chēng)：軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法涉及一種軋輥類(lèi)工件無(wú)損檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
軋輥輥種類(lèi)有冷軋工作輥、高速鋼工作輥(熱軋)、無(wú)限冷硬工作輥(熱軋)、R2工作輥，其材質(zhì)分為鍛鋼、高速鋼、鑄鐵。對(duì)于軋輥類(lèi)工件表面缺陷檢測(cè)，在應(yīng)用表面波技術(shù)以前，我們對(duì)軋輥檢測(cè)采用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)。磁粉、滲透檢測(cè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，而且都采用目視法檢驗(yàn)，效率低，誤判、漏判不可避免；渦流檢測(cè)偽信號(hào)多，不易辨別和確認(rèn)缺陷。
日本已開(kāi)發(fā)應(yīng)用表面波技術(shù)，但在靈敏度調(diào)節(jié)方面僅限于試塊調(diào)節(jié)法，探傷工藝也比較復(fù)雜、檢測(cè)效率較低，不適于在寶鋼應(yīng)用。其他國(guó)家還沒(méi)有相關(guān)的資料公布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法，通過(guò)確立數(shù)學(xué)模型，達(dá)到準(zhǔn)確量化測(cè)量的目的。
本發(fā)明的目的通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)一種軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法，確立影響檢測(cè)靈敏度的各因素間的函數(shù)關(guān)系，其中，將軋輥輥身的直角棱邊看作無(wú)限長(zhǎng)和無(wú)限深的裂紋，對(duì)于軋輥直角棱邊反射波的波高與有限長(zhǎng)、有限深裂紋的反射波波高之比，以及相同長(zhǎng)度，不同深度裂紋的反射波波高與0.17λ深的裂紋反射波波高之比定義公式如下HB/Hf＝[πx/2Ln]0.5·∫02(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d(z/λ)/∫0n[(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d(z/λ)]0.5式中HB-直角棱邊反射波波高；Hf-裂紋反射波波高；L-欲探測(cè)的最小裂紋長(zhǎng)度；n-欲探測(cè)的最小裂紋深度d與波長(zhǎng)λ之比即d/λ；X-反射體至聲源的距離；a，b，c-與介質(zhì)彈性性質(zhì)有關(guān)，決定于泊松比σ的常數(shù)；Z-距表面的深度；對(duì)于高速鋼工作輥、無(wú)限冷硬工作輥、R2工作輥，當(dāng)采用表面波探頭頻率f＝1MHz時(shí)，可得HB/Hf＝37.43，相當(dāng)于31dB，則意味著使用頻率f＝1MHz表面波探頭能準(zhǔn)確檢測(cè)表面缺陷的最小深度范圍為0.17×2.9＝0.49mm以?xún)?nèi)；采用表面波探頭頻率f＝2MHz檢測(cè)高速鋼工作輥，可得HB/Hf＝37.4，亦相當(dāng)于31dB，則所能準(zhǔn)確檢測(cè)表面缺陷的最小深度范圍為0.17×1.45＝0.245mm。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述的軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法直接在軋輥上調(diào)整時(shí)基線(xiàn)，然后進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)移動(dòng)探頭，在距完好無(wú)缺陷軋輥直角端面100～1000毫米處，使表面波傳播方向垂直于軋輥直角端面，使端面棱邊反射波波高達(dá)到基準(zhǔn)高度，即滿(mǎn)屏20％～50％，再增益規(guī)定dB數(shù)，同時(shí)將草狀波控制在不大于10％，對(duì)不能滿(mǎn)足的，降低2～3dB的dB數(shù)。
其中，時(shí)基線(xiàn)調(diào)整系直接在軋輥上調(diào)整。先將探頭垂直地對(duì)準(zhǔn)軋輥直角端面的棱邊，此時(shí)若采用數(shù)字式儀器，開(kāi)啟自動(dòng)校正菜單，使棱邊距離探頭前沿40mm，熒光屏上出現(xiàn)棱邊的反射波(位置I)，儀器設(shè)置值1為40mm。再移動(dòng)閘門(mén)于反射波處，使棱邊距離探頭前沿65mm，熒光屏上出現(xiàn)棱邊的反射波(位置II)，設(shè)置值2為65mm，移動(dòng)閘門(mén)于反射波處，回車(chē)確認(rèn)，此時(shí)示波屏?xí)r基線(xiàn)調(diào)整完畢。
對(duì)于軋輥表面缺陷深度的定量和缺陷深度小于2λ的缺陷，根據(jù)下式Hf/H0.17＝7.487n0.5[∫0n(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)2d(z/λ)]0.5作出波高，即增益dB數(shù)與缺陷深度的關(guān)系曲線(xiàn)，以缺陷長(zhǎng)度L＝6.5mm，深度d＝0.25～3.5mm的人工模擬裂紋缺陷試塊為基準(zhǔn)，用f＝2MHz表面波探頭，經(jīng)試驗(yàn)-數(shù)據(jù)采集計(jì)算而繪制，在設(shè)定的靈敏度條件下，對(duì)高于基準(zhǔn)波高的缺陷波時(shí)，求出其與基準(zhǔn)波高的dB差，估算出缺陷的尺寸大小和嚴(yán)重程度。
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，直接在軋輥上調(diào)整時(shí)基線(xiàn)，然后進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)移動(dòng)探頭，在距完好無(wú)缺陷軋輥直角端面500mm處，使表面波傳播方向垂直于端面，使端面反射波波高到達(dá)基準(zhǔn)高(滿(mǎn)屏20％～50％)，再增益規(guī)定dB數(shù)，同時(shí)將草狀波控制在10％以下，如不能滿(mǎn)足，須降低一定的dB數(shù)(一般2～3dB)。在實(shí)際檢測(cè)中，如熱軋工作輥、無(wú)限冷硬輥，一般降低一定dB數(shù)能滿(mǎn)足草狀波控制在10％以下的要求。
作出波高(增益dB數(shù))與缺陷深度的關(guān)系曲線(xiàn)，如下圖1波高與缺陷深度的關(guān)系曲線(xiàn)所示該圖是以缺陷長(zhǎng)度L＝6.5mm，深度d＝0.25～3.5mm的人工模擬裂紋缺陷試塊為基準(zhǔn)，用f＝2MHz表面波探頭，經(jīng)試驗(yàn)-數(shù)據(jù)采集計(jì)算而繪制曲線(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)根據(jù)具體情況，有時(shí)需要進(jìn)行必要的參數(shù)修正。
軋輥檢測(cè)中，在規(guī)定的靈敏度下進(jìn)行掃查，1mm長(zhǎng)的小缺陷也不會(huì)漏檢。在設(shè)定的靈敏度條件下，發(fā)現(xiàn)高于基準(zhǔn)波高的缺陷波，求出其與基準(zhǔn)波高的dB差，可大致估算出缺陷的尺寸大小、嚴(yán)重程度。結(jié)合裂紋探測(cè)結(jié)果，比對(duì)軋輥磨削去除量，發(fā)現(xiàn)兩者較為相符。
對(duì)于熱軋工作輥，其晶粒度M12左右，平均直徑d＝0.55mm，與波長(zhǎng)λ在同一數(shù)量級(jí)，主要影響因素表現(xiàn)為頻率f和各向異性系數(shù)F。采用鋼包精煉錠作為冷軋輥坯鍛造的冷軋輥，其晶粒度級(jí)別為8級(jí)左右，平均直徑d＝0.022mm。相對(duì)于f＝1MHz，λ＝c/f＝2.9mm(c表面波速2900m/s)，f＝2MHz，λ＝c/f＝1.45mm，軋輥晶粒直徑d＜＜λ。根據(jù)惠更斯和波的衍射原理可知，波的繞射強(qiáng)，反射弱。表面波檢測(cè)冷軋輥時(shí)，波形顯示如圖2采用MHz表面波檢測(cè)某冷軋輥波形所示，無(wú)任何草狀波。熱軋工作輥，其晶粒度M12左右，平均直徑d＝0.55mm，與波長(zhǎng)λ在同一數(shù)量級(jí)，主要影響因素表現(xiàn)為頻率和各向異性系數(shù)F。
粗大晶粒對(duì)檢測(cè)也有影響如圖3采用1MHz表面波檢測(cè)某熱軋輥時(shí)草狀波形所示，圖4采用4MHz雙晶直探頭檢測(cè)軋輥工作層時(shí)，出現(xiàn)晶粒反射波形，此時(shí)λ＝1.5mm。
實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)中影響靈敏度調(diào)節(jié)的因素主要有1.油污的影響2.表面粗糙度和材料組織的影響3.曲面形狀的影響4.缺陷位置和形狀的影響5.缺陷與探頭之間距離的影響。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于可根據(jù)軋輥種類(lèi)、材質(zhì)、晶粒度、表面狀況、正確選擇不同頻率的表面波探頭、相適應(yīng)的檢測(cè)靈敏度，準(zhǔn)確檢出導(dǎo)致剝落斷輥的微小裂紋及其它表面缺陷?？赏ㄟ^(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)建立量化的靈敏度影響因素關(guān)系圖表。


圖1波高(增益dB數(shù))與缺陷深度的關(guān)系曲線(xiàn)圖2采用2MHz表面波檢測(cè)某冷軋輥波形圖3采用1MHz表面波檢測(cè)某熱軋輥時(shí)草狀波形圖4采用4MHz雙晶直探頭檢測(cè)軋輥工作層時(shí)出現(xiàn)晶粒反射波形圖5高速鋼熱軋輥表面波探頭1MHz之裂紋波形和磁痕圖6鍛鋼支撐輥表面波探頭2MHz之裂紋波形和磁痕圖7高速鋼工作輥表面波探頭1MHz之網(wǎng)狀裂紋波形和磁痕圖8無(wú)限冷硬輥表面波探頭1MHz之裂紋波形和磁痕圖9鍛鋼冷軋輥表面波探頭2MHz之裂紋波形和磁痕具體實(shí)施方式
一種軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法，確立影響檢測(cè)靈敏度的各因素間的函數(shù)關(guān)系，其中，將軋輥輥身的直角棱邊看作無(wú)限長(zhǎng)和無(wú)限深的裂紋，對(duì)于軋輥直角棱邊反射波的波高與有限長(zhǎng)、有限深裂紋的反射波波高之比，以及相同長(zhǎng)度，不同深度裂紋的反射波波高與0.17λ深的裂紋反射波波高之比定義公式如下HB/Hf＝[πx/2Ln]0.5·02∫(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d(z/λ)/0n∫[(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d(z/λ)]0.5式中HB-直角棱邊反射波波高；Hf-裂紋反射波波高；L-欲探測(cè)的最小裂紋長(zhǎng)度；n-欲探測(cè)的最小裂紋深度d與波長(zhǎng)λ之比即d/λ；X-反射體至聲源的距離；a，b，c-與介質(zhì)彈性性質(zhì)有關(guān)，決定于泊松比σ的常數(shù)；
Z-距表面的深度；對(duì)于高速鋼工作輥、無(wú)限冷硬工作輥、R2工作輥，當(dāng)采用表面波探頭頻率f＝1MHz時(shí)，可得HB/Hf＝37.43，相當(dāng)于31dB，則意味著使用頻率f＝1MHz表面波探頭能準(zhǔn)確檢測(cè)表面缺陷的最小深度范圍為0.17×2.9＝0.49mm以?xún)?nèi)；采用表面波探頭頻率f＝2MHz檢測(cè)高速鋼工作輥，可得HB/Hf＝37.4，亦相當(dāng)于31dB，則所能準(zhǔn)確檢測(cè)表面缺陷的最小深度范圍為0.17×1.45＝0.245mm。
直接在軋輥上調(diào)整時(shí)基線(xiàn)，然后進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)移動(dòng)探頭，在距完好無(wú)缺陷軋輥直角端面100～1000毫米處，使表面波傳播方向垂直于軋輥直角端面，使端面棱邊反射波波高達(dá)到基準(zhǔn)高度，即滿(mǎn)屏20％～50％，再增益規(guī)定dB數(shù)，同時(shí)將草狀波控制在不大于10％，對(duì)不能滿(mǎn)足的，降低2～3dB的dB數(shù)。
對(duì)于軋輥表面缺陷深度的定量和缺陷深度小于2λ的缺陷，根據(jù)下式Hf/H0.17＝7.487n0.5[∫0n(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)2d(z/λ)]0.5作出波高，即增益dB數(shù)與缺陷深度的關(guān)系曲線(xiàn)，以缺陷長(zhǎng)度L＝6.5mm，深度d＝0.25～3.5mm的人工模擬裂紋缺陷試塊為基準(zhǔn)，用f＝2MHz表面波探頭，經(jīng)試驗(yàn)-數(shù)據(jù)采集計(jì)算而繪制，在設(shè)定的靈敏度條件下，對(duì)高于基準(zhǔn)波高的缺陷波時(shí)，求出其與基準(zhǔn)波高的dB差，估算出缺陷的尺寸大小和嚴(yán)重程度。
2004年1月21日～6月30日，在寶鋼熱軋應(yīng)用表面波技術(shù)共檢測(cè)1580、2050高速鋼工作輥2412輥次，其中正常下機(jī)工作輥1700輥次，正常下機(jī)加磨數(shù)97輥次。至今未出現(xiàn)一例軋輥剝落事故，保證了熱軋廠(chǎng)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并為公司創(chuàng)造了上百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)我們的靈敏度調(diào)節(jié)方法確定的檢測(cè)靈敏度，可以發(fā)現(xiàn)0.125mm深度的表面裂紋，根據(jù)反射波幅度又可以大致估算裂紋的深度。檢測(cè)人員根據(jù)軋輥種類(lèi)、材質(zhì)，晶粒度、表面狀況，正確選擇不同頻率的表面波探頭、相適應(yīng)的檢測(cè)靈敏度，準(zhǔn)確檢出導(dǎo)致剝落斷輥的微小裂紋及其它表面缺陷。
應(yīng)用本發(fā)明靈敏度調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)際檢測(cè)缺陷圖及波形如圖5高速鋼熱軋輥表面波探頭1MHz之裂紋波形和磁痕、圖6鍛鋼支撐輥表面波探頭2MHz之裂紋波形和磁痕、圖7高速鋼工作輥表面波探頭1MHz之網(wǎng)狀裂紋波形和磁痕、圖8無(wú)限冷硬輥表面波探頭1MHz之裂紋波形和磁痕和圖9鍛鋼冷軋輥表面波探頭2MHz之裂紋波形和磁痕。
權(quán)利要求
1.一種軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法，確立影響檢測(cè)靈敏度的各因素間的函數(shù)關(guān)系，其中，將軋輥輥身的直角棱邊看作無(wú)限長(zhǎng)和無(wú)限深的裂紋，對(duì)于軋輥直角棱邊反射波的波高與有限長(zhǎng)、有限深裂紋的反射波波高之比，以及相同長(zhǎng)度，不同深度裂紋的反射波波高與0.17λ深的裂紋反射波波高之比定義公式如下HB/Hf＝[πx/2Ln]0.5·02∫(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d (z/λ)/0n∫[(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d(z/λ)]0.5式中HB-直角棱邊反射波波高；Hf-裂紋反射波波高；L-欲探測(cè)的最小裂紋長(zhǎng)度；n-欲探測(cè)的最小裂紋深度d與波長(zhǎng)λ之比即d/λ；X-反射體至聲源的距離；a，b，c-與介質(zhì)彈性性質(zhì)有關(guān)，決定于泊松比σ的常數(shù)；Z-距表面的深度；對(duì)于高速鋼工作輥、無(wú)限冷硬工作輥、R2工作輥，當(dāng)采用表面波探頭頻率f＝1MHz時(shí)，可得HB/Hf＝37.43，相當(dāng)于31dB，則意味著使用頻率f＝1MHz表面波探頭能準(zhǔn)確檢測(cè)表面缺陷的最小深度范圍為0.17×2.9＝0.49mm以?xún)?nèi)；采用表面波探頭頻率f＝2MHz檢測(cè)高速鋼工作輥，可得HB/Hf＝37.4，亦相當(dāng)于31dB，則所能準(zhǔn)確檢測(cè)表面缺陷的最小深度范圍為0.17×1.45＝0.245mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法，其特征在于直接在軋輥上調(diào)整時(shí)基線(xiàn)，然后進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)移動(dòng)探頭，在距完好無(wú)缺陷軋輥直角端面100～1000毫米處，使表面波傳播方向垂直于軋輥直角端面，使端面棱邊反射波波高達(dá)到基準(zhǔn)高度，即滿(mǎn)屏20％～50％，再增益規(guī)定dB數(shù)，同時(shí)將草狀波控制在不大于10％，對(duì)不能滿(mǎn)足的，降低2～3dB的dB數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法，其特征在于對(duì)于軋輥表面缺陷深度的定量和缺陷深度小于2λ的缺陷，根據(jù)下式Hf/H0.17＝7.487n0.5[∫0n(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)2d(z/λ)]0.5作出波高，即增益dB數(shù)與缺陷深度的關(guān)系曲線(xiàn)，以缺陷長(zhǎng)度L＝6.5mm，深度d＝0.25～3.5mm的人工模擬裂紋缺陷試塊為基準(zhǔn)，用f＝2MHz表面波探頭，經(jīng)試驗(yàn)-數(shù)據(jù)采集計(jì)算而繪制，在設(shè)定的靈敏度條件下，對(duì)高于基準(zhǔn)波高的缺陷波時(shí)，求出其與基準(zhǔn)波高的dB差，估算出缺陷的尺寸大小和嚴(yán)重程度。
全文摘要
本發(fā)明軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法涉及一種軋輥類(lèi)工件無(wú)損檢測(cè)方法。一種軋輥表面波檢測(cè)靈敏度調(diào)節(jié)方法，確立影響檢測(cè)靈敏度的各因素間的函數(shù)關(guān)系，其中，將軋輥輥身的直角棱邊看作無(wú)限長(zhǎng)和無(wú)限深的裂紋，對(duì)于軋輥直角棱邊反射波的波高與有限長(zhǎng)、有限深裂紋的反射波波高之比，以及相同長(zhǎng)度，不同深度裂紋的反射波波高與0.17λ深的裂紋反射波波高之比定義一數(shù)學(xué)模型，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)算比較，達(dá)到準(zhǔn)確量化測(cè)量的目的?？筛鶕?jù)軋輥種類(lèi)、材質(zhì)、晶粒度、表面狀況、正確選擇不同頻率的表面波探頭、相適應(yīng)的檢測(cè)靈敏度，準(zhǔn)確檢出導(dǎo)致剝落斷輥的微小裂紋及其它表面缺陷?？赏ㄟ^(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)建立量化的靈敏度影響因素關(guān)系圖表。
文檔編號(hào)G01N29/44GK1793899SQ20051011186
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者蔣盛, 羅云東, 周鼎祥 申請(qǐng)人:上海寶鋼工業(yè)檢測(cè)公司