轧辊表面波检测灵敏度调节方法技术

本发明专利技术轧辊表面波检测灵敏度调节方法涉及一种轧辊类工件无损检测方法。一种轧辊表面波检测灵敏度调节方法，确立影响检测灵敏度的各因素间的函数关系，其中，将轧辊辊身的直角棱边看作无限长和无限深的裂纹，对于轧辊直角棱边反射波的波高与有限长、有限深裂纹的反射波波高之比，以及相同长度，不同深度裂纹的反射波波高与０．１７λ深的裂纹反射波波高之比定义一数学模型，对实测数据通过运算比较，达到准确量化测量的目的。可根据轧辊种类、材质、晶粒度、表面状况、正确选择不同频率的表面波探头、相适应的检测灵敏度，准确检出导致剥落断辊的微小裂纹及其它表面缺陷。可通过对比实验建立量化的灵敏度影响因素关系图表。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轧辊类工件无损检测方法。
技术介绍
轧辊辊种类有冷轧工作辊、高速钢工作辊(热轧)、无限冷硬工作辊(热轧)、R2工作辊，其材质分为锻钢、高速钢、铸铁。对于轧辊类工件表面缺陷检测，在应用表面波技术以前，我们对轧辊检测采用传统的检测方法磁粉检测、渗透检测和涡流检测。磁粉、渗透检测无法实现工业自动化，而且都采用目视法检验，效率低，误判、漏判不可避免；涡流检测伪信号多，不易辨别和确认缺陷。日本已开发应用表面波技术，但在灵敏度调节方面仅限于试块调节法，探伤工艺也比较复杂、检测效率较低，不适于在宝钢应用。其他国家还没有相关的资料公布。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，通过确立数学模型，达到准确量化测量的目的。本专利技术的目的通过下述方案实现一种，确立影响检测灵敏度的各因素间的函数关系，其中，将轧辊辊身的直角棱边看作无限长和无限深的裂纹，对于轧辊直角棱边反射波的波高与有限长、有限深裂纹的反射波波高之比，以及相同长度，不同深度裂纹的反射波波高与0.17λ深的裂纹反射波波高之比定义公式如下HB/Hf＝0.5·∫02(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d(z/λ)/∫0n0.5式中HB-直角棱边反射波波高；Hf-裂纹反射波波高；L-欲探测的最小裂纹长度；n-欲探测的最小裂纹深度d与波长λ之比即d/λ；X-反射体至声源的距离；a，b，c-与介质弹性性质有关，决定于泊松比σ的常数；Z-距表面的深度；对于高速钢工作辊、无限冷硬工作辊、R2工作辊，当采用表面波探头频率f＝1MHz时，可得HB/Hf＝37.43，相当于31dB，则意味着使用频率f＝1MHz表面波探头能准确检测表面缺陷的最小深度范围为0.17×2.9＝0.49mm以内；采用表面波探头频率f＝2MHz检测高速钢工作辊，可得HB/Hf＝37.4，亦相当于31dB，则所能准确检测表面缺陷的最小深度范围为0.17×1.45＝0.245mm。在上述方案基础上，所述的直接在轧辊上调整时基线，然后进行灵敏度的调节移动探头，在距完好无缺陷轧辊直角端面100～1000毫米处，使表面波传播方向垂直于轧辊直角端面，使端面棱边反射波波高达到基准高度，即满屏20％～50％，再增益规定dB数，同时将草状波控制在不大于10％，对不能满足的，降低2～3dB的dB数。其中，时基线调整系直接在轧辊上调整。先将探头垂直地对准轧辊直角端面的棱边，此时若采用数字式仪器，开启自动校正菜单，使棱边距离探头前沿40mm，荧光屏上出现棱边的反射波(位置I)，仪器设置值1为40mm。再移动闸门于反射波处，使棱边距离探头前沿65mm，荧光屏上出现棱边的反射波(位置II)，设置值2为65mm，移动闸门于反射波处，回车确认，此时示波屏时基线调整完毕。对于轧辊表面缺陷深度的定量和缺陷深度小于2λ的缺陷，根据下式Hf/H0.17＝7.487n0.50.5作出波高，即增益dB数与缺陷深度的关系曲线，以缺陷长度L＝6.5mm，深度d＝0.25～3.5mm的人工模拟裂纹缺陷试块为基准，用f＝2MHz表面波探头，经试验-数据采集计算而绘制，在设定的灵敏度条件下，对高于基准波高的缺陷波时，求出其与基准波高的dB差，估算出缺陷的尺寸大小和严重程度。现场检测时，直接在轧辊上调整时基线，然后进行灵敏度的调节移动探头，在距完好无缺陷轧辊直角端面500mm处，使表面波传播方向垂直于端面，使端面反射波波高到达基准高(满屏20％～50％)，再增益规定dB数，同时将草状波控制在10％以下，如不能满足，须降低一定的dB数(一般2～3dB)。在实际检测中，如热轧工作辊、无限冷硬辊，一般降低一定dB数能满足草状波控制在10％以下的要求。作出波高(增益dB数)与缺陷深度的关系曲线，如下图1波高与缺陷深度的关系曲线所示该图是以缺陷长度L＝6.5mm，深度d＝0.25～3.5mm的人工模拟裂纹缺陷试块为基准，用f＝2MHz表面波探头，经试验-数据采集计算而绘制曲线。现场检测时根据具体情况，有时需要进行必要的参数修正。轧辊检测中，在规定的灵敏度下进行扫查，1mm长的小缺陷也不会漏检。在设定的灵敏度条件下，发现高于基准波高的缺陷波，求出其与基准波高的dB差，可大致估算出缺陷的尺寸大小、严重程度。结合裂纹探测结果，比对轧辊磨削去除量，发现两者较为相符。对于热轧工作辊，其晶粒度M12左右，平均直径d＝0.55mm，与波长λ在同一数量级，主要影响因素表现为频率f和各向异性系数F。采用钢包精炼锭作为冷轧辊坯锻造的冷轧辊，其晶粒度级别为8级左右，平均直径d＝0.022mm。相对于f＝1MHz，λ＝c/f＝2.9mm(c表面波速2900m/s)，f＝2MHz，λ＝c/f＝1.45mm，轧辊晶粒直径d＜＜λ。根据惠更斯和波的衍射原理可知，波的绕射强，反射弱。表面波检测冷轧辊时，波形显示如图2采用MHz表面波检测某冷轧辊波形所示，无任何草状波。热轧工作辊，其晶粒度M12左右，平均直径d＝0.55mm，与波长λ在同一数量级，主要影响因素表现为频率和各向异性系数F。粗大晶粒对检测也有影响如图3采用1MHz表面波检测某热轧辊时草状波形所示，图4采用4MHz双晶直探头检测轧辊工作层时，出现晶粒反射波形，此时λ＝1.5mm。实践发现，检测中影响灵敏度调节的因素主要有1.油污的影响2.表面粗糙度和材料组织的影响3.曲面形状的影响4.缺陷位置和形状的影响5.缺陷与探头之间距离的影响。本专利技术的优越性在于可根据轧辊种类、材质、晶粒度、表面状况、正确选择不同频率的表面波探头、相适应的检测灵敏度，准确检出导致剥落断辊的微小裂纹及其它表面缺陷。可通过对比实验建立量化的灵敏度影响因素关系图表。附图说明图1波高(增益dB数)与缺陷深度的关系曲线图2采用2MHz表面波检测某冷轧辊波形图3采用1MHz表面波检测某热轧辊时草状波形图4采用4MHz双晶直探头检测轧辊工作层时出现晶粒反射波形图5高速钢热轧辊表面波探头1MHz之裂纹波形和磁痕图6锻钢支撑辊表面波探头2MHz之裂纹波形和磁痕图7高速钢工作辊表面波探头1MHz之网状裂纹波形和磁痕图8无限冷硬辊表面波探头1MHz之裂纹波形和磁痕图9锻钢冷轧辊表面波探头2MHz之裂纹波形和磁痕具体实施方式一种，确立影响检测灵敏度的各因素间的函数关系，其中，将轧辊辊身的直角棱边看作无限长和无限深的裂纹，对于轧辊直角棱边反射波的波高与有限长、有限深裂纹的反射波波高之比，以及相同长度，不同深度裂纹的反射波波高与0.17λ深的裂纹反射波波高之比定义公式如下HB/Hf＝0.5·02∫(e-a·z/λ-b’e-c·z/λ)d(z/λ)/0n∫0.5式中HB-直角棱边反射波波高；Hf-裂纹反射波波高；L-欲探测的最小裂纹长度；n-欲探测的最小裂纹深度d与波长λ之比即d/λ；X-反射体至声源的距离；a，b，c-与介质弹性性质有关，决定于泊松比σ的常数； Z-距表面的深度；对于高速钢工作辊、无限冷硬工作辊、R2工作辊，当采用表面波探头频率f＝1MHz时，可得HB/Hf＝37.43，相当于31dB，则意味着使用频率f＝1MHz表面波探头能准确检测表面缺陷的最小深度范围为0.17×2.9＝0.49mm以内；采用表面波探头频率f＝2MHz检测高速钢工作辊，可得HB/Hf本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轧辊表面波检测灵敏度调节方法，确立影响检测灵敏度的各因素间的函数关系，其中，将轧辊辊身的直角棱边看作无限长和无限深的裂纹，对于轧辊直角棱边反射波的波高与有限长、有限深裂纹的反射波波高之比，以及相同长度，不同深度裂纹的反射波波高与０．１７λ深的裂纹反射波波高之比定义公式如下：ＨＢ／Ｈｆ＝［πｘ／２Ｌｎ］↑［０．５］.↓［０］↑［２］∫（ｅ↑［－ａ.ｚ／λ］－ｂ’ｅ↑［－ｃ.ｚ／λ］）ｄ（ｚ／λ）／↓［０］↑［ｎ］∫［（ｅ↑［－ａ.ｚ／λ］－ｂ’ｅ↑［－ｃ.ｚ／λ］）ｄ（ｚ／λ）］↑［０．５］式中：ＨＢ－直角棱边反射波波高；Ｈｆ－裂纹反射波波高；Ｌ－欲探测的最小裂纹长度；ｎ－欲探测的最小裂纹深度ｄ与波长λ之比：即ｄ／λ；Ｘ－反射体至声源的距离；ａ，ｂ，ｃ－与介质弹性性质有关，决定于泊松比σ的常数；Ｚ－距表面的深度；对于高速钢工作辊、无限冷硬工作辊、Ｒ↓［２］工作辊，当采用表面波探头频率ｆ＝１ＭＨｚ时，可得ＨＢ／Ｈｆ＝３７．４３，相当于３１ｄＢ，则意味着使用频率ｆ＝１ＭＨｚ表面波探头能准确检测表面缺陷的最小深度范围为０．１７×２．９＝０．４９ｍｍ以内；采用表面波探头频率ｆ＝２ＭＨｚ检测高速钢工作辊，可得ＨＢ／Ｈｆ＝３７．４，亦相当于３１ｄＢ，则所能准确检测表面缺陷的最小深度范围为０．１７×１．４５＝０．２４５ｍｍ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋盛，罗云东，周鼎祥，
申请(专利权)人：上海宝钢工业检测公司，
类型：发明
国别省市：31[]