上海鼎徵儀器儀表設備有限公司

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軋輥檢測

無損探傷發展至今，已被軋輥制造者和軋鋼廠用來評判軋輥材料的質量。作為軋輥維護的一個常規項目，無損檢測的目的是發現最早期的軋輥問題，并防止未采取改進措施的軋輥再次上機使用。軋鋼廠常用的方法是渦流、表面波、滲透、酸侵、磁粉、和硬度檢測。最快速、準確、可靠的檢測技術是渦流和超聲波檢測。它們同時使用時，所有對軋輥及軋制產品不利的表面情況都能100%的準確檢出（表1）。滲透、酸侵具有花費不多的優點，然而它們耗時長，不是100%的可靠。因此它們應與渦流和超聲波配合使用。 

 表1      檢測方法

（1）設備參數的功能（頻率、晶體類型、探頭形狀）

（2）圓周方向（要求掃描3次）

     軸向（要求掃描2次）

一、渦流探傷

渦流探傷是軋輥磨削之后，確定缺陷位置如軟化區（熱損傷）、宏觀裂紋和磁化的一種方法。磨床上，一個雙線差分探頭放置在輥身一端，靠近輥面處，隨著軋輥以設定的速度轉動，探頭慢慢移動跨過整個輥身長度。探頭移動速度和軋輥轉速的同步性是設定好的，以確保輥面的每一點都通過探頭。隨著探頭在輥身移動，在交流電流的作用下線圈間的輥面上產生渦流。線圈間電流的導電性和路徑長度的瞬間變化都能被檢測出來，并顯示在兩個獨立的頻道。一個稱為壓傷/熱損傷頻道，一個稱為裂紋/剝落頻道。渦流探傷的特殊步驟取決于使用的渦流設備，由設備生產者提供。導電率的變化可在壓傷/熱損傷頻道上檢出。它是輥面相鄰點間的硬度和顯微組織變化的結果。磁化區內所有相鄰點間也會引起導電率的連續變化。高斯通量可用來證實剩余磁性的存在。（大于30Gauss）。能引起輥面上導電性反復變化的一般條件包括（但不限于此）局部超溫、局部工作硬化、表面粗化和外來夾雜物嵌入輥面。這些情況在壓傷/熱損傷頻道表現為超過噪音水平的單獨的波峰或超過噪音水平的大面積的草狀波峰（圖2）。

在裂紋/剝落頻道可檢出路徑長度的變化，這個變化是表面裂紋引起的。當探頭通過一個裂紋上方，感應電流必定沿裂紋壁向下流動并到達裂紋的另一側形成環路。路徑長度的不同以一個獨特的脈沖峰顯示在裂紋/剝落頻道（圖2）渦流探傷不能檢出小于0.006”寬的裂紋。寬度大于0.006”的裂紋只有一半的準確率。為了所有表面裂紋能準確檢出，應使用超聲波探傷。

圖1

磨削操作完成后，進行渦流探傷。

圖2

渦流探傷記錄表

大箭頭指頭指示輥面上的典型的熱損傷。

小箭頭指頭指示壓傷/熱損傷頻道的多余噪音。

中箭頭指頭指示裂紋/剝落頻道上顯示的裂紋。

二、表面波探傷

表面波超生波探傷使用一個固定在直角楔形塊上傳感器，十分準確地檢出表面裂紋。表面波發射圓周方向的高頻聲波，檢查反射或吸收的聲波情況。軋輥內部所有界面都會一定程度的反射或散射聲波，包括裂紋、夾雜、晶界和其它不連續因素。金屬—空氣界面（裂紋）反射大部分聲波，而金屬—固體界面（夾雜）反射小部分聲波。被反射的聲波隨后返回到傳感器的測試屏幕上，顯示一個波峰。以下是進行表面波超聲波檢測的一個基本過程：

1.     0應用以底面回波為基礎的接觸法超聲波技術（參看ASTMA388）

1.     1超聲波設備

1.1.      1用脈沖型超聲波儀器產生和顯示超聲波信號。

1.1.      2使用壓電晶片材料的探頭，用來發射和接收超聲波信號。

1.1.      3一根帶有配套接頭的同軸電纜連接超聲波設備和探頭。

1.1.          4使用偶合劑以便在鍛鋼輥上有效地發射、接收超聲波信號。一般為油、甘油或水。

1.2.          超聲波檢測

1.2.1周向表面檢測

該檢測的目的是檢查軸向表面和淺次表層缺陷。

1.2.2軸向表面檢測

該檢測的目的是檢查橫截面表面和淺次表層缺陷。

1.3周向表面檢測

1.3.1探頭

使用2.25MHz，0.5″×1.0″的有機玻璃的直角楔形探頭發射超聲波。

1.3.          2準備軋輥

把軋輥放在支架上，避免支架與輥身接觸。如果必要用溶劑請洗并用布擦干。

1.3.3施加偶合劑

在輥身上部，沿輥身全長涂刷一條薄而透明的偶合劑帶。

1.3.4設置、顯示和靈敏度

在一個沒有相關缺陷的區域進行設置。設置市時基線表示一個大于輥身周長1/2的距離，時基線上的始波在屏幕的最左邊。把探頭放在偶合劑上并獲得一個圓周方向的底波反射。調整增益（dB）使底波波高達100%fs，調整時基線把底波置于屏幕的最左邊。（圖1）。

1.3.5接觸檢測—輥身圓周方向第一個180°。

將探頭放在輥身一端并把表面波對準圓周方向 ，沿偶合劑以小于8″/s移動探頭，同時保持顯示器屏幕100%的底波反射。確定和標記缺陷位置做好記錄。

1.3.6接觸檢測—輥身圓周方向第二個180°。

反轉探頭圓周方向位置重復1.3.5操作（圖2）。

1.4.          7接觸檢測—端頭區

擦去輥身的偶合劑，重新在輥身端面涂刷偶合劑，重復1.3.5和1.3.6的操作。

1.4 軸向表面檢測——輥身

1.5.          1探頭

   同1.3.1。

1.4.2準備軋輥

   同1.3.2。

1.4.3施用偶合劑

 在輥身驅動端環繞圓周（360°）涂刷一個薄的偶合劑帶。注意如果軋輥的旋轉機械不能使用應涂刷圓周的1/2（180°），改變軋輥位置并重復。

1.4.4設置、顯示和靈敏度

除設置的時基線表示一個大于輥身長度的距離外，其余同1.3.4。把探頭放在偶合劑上獲得一個長軸方向的底波（圖1 ）。

1.4.5接觸檢測—驅動端

將探頭放在輥身驅動端并把表面波對準長軸方向 ，沿偶合劑以小于8″/s移動探頭，同時保持顯示器屏幕100%的底波反射。屏幕顯示任何大于10%波高的缺陷。確定和標記缺陷位置，做好記錄。

1.4.6接觸檢測—操作端

擦去輥身的偶合劑，重復步驟1.4.3、1.4.4和1.4.5。

                           時基線

                         圖1

                超聲波探傷的顯示屏幕

圖2

周向表面檢測

三、滲透探傷

滲透探傷可以隨時進行（磨削后最常用）。它被用來顯示軋輥表面裂紋，紅色染料的滲透劑被用在軋輥表面。染料在表面張力的作用下，進入裂紋內表面，一段時間后，用清潔的干布擦干軋輥。在表面張力的反向作用下，染料從裂紋中反滲出來。顯影劑噴灑到輥面裂紋就顯現為白背景下的紅線。深透探傷也可用熒光染料來做。這時熒光紫外線代替顯影劑顯示裂紋。滲透探傷對顯示大而寬的裂紋是準確的。然而，如果裂紋太窄，滲透劑不能進入裂紋，顯影劑就不能顯示裂紋。一般地，最好在渦流探傷和超聲波探傷確定表面缺陷方位后，只在有缺陷的區域內進行而不是整個輥身，進行此試驗。

下面是使用紅色深透劑方法，進行滲透探傷的簡要過程：

·用超聲波和渦流技術識別缺陷區域，近似的1/4圓周范圍內。標注這個區域以便后續工作。

·用抹布擦去這1/4圓周上的過多油脂、灰塵等。

·拿一塊抹布，向上面噴灑清潔劑（多噴一些）用這塊濕布再擦一次，不要直接向軋輥噴清潔劑，這樣會降低結果等級。

·手執容器距輥面大約8”遠，向檢測區域噴滲透劑（圖1 ）。反復大量噴灑是有益的，但太多則會浪費。

·讓滲透劑滲進軋輥至少10分鐘（長一些更好）。

·用清潔的干布擦凈軋輥下面多余的著色劑，定期更換清潔的抹布。以免弄臟染料。

·看到檢測面見干后，向另一塊抹布噴清潔劑。用濕布擦去剩余的紅色染料。向上述一樣定期更換抹布。

·手執容器距輥面大約8—10”遠，向檢測面噴顯影劑，從一側向另一側均勻移動，使顯影劑均勻。

·隨著顯影劑開始干燥，紅線將顯現，顯示任何存在的宏觀裂紋（圖4）。如果沒有線出現，那么檢測區域就沒有宏觀裂紋存在。

·估算裂紋尺寸大小，確定恰當的補救方法（磨削、、車削、手工打磨，等）。

圖1

在輥身可疑區使用深透劑

圖2

幾分鐘后擦去深透劑

圖3

在輥身可疑區使用顯影劑

圖4

滲透探傷發現宏觀裂紋。紅線指示裂紋位置。

四、酸侵檢測

酸侵檢測可以隨時進行（最常見的是在磨削加工后）。被用來顯示軋輥表面裂紋和硬度變化等情況。當酸作用在輥面較軟的區域將“燒傷”或“變黑”。相對較硬的區域侵蝕速度較快并留下不同的酸侵外觀。酸侵也能檢測裂紋。酸侵蝕時，侵蝕劑在表面張力的作用下進入裂紋，當表面酸液被擦凈后，裂紋中的剩余酸液滲出，燒傷周圍區域，裂紋便被顯現出來。酸侵檢測在先是熱損傷、寬而大裂紋方面是準確的。然而，如果裂紋太窄，酸液不能進入裂紋，裂紋也就不能顯現出來。一般地，最好在渦流探傷和超聲波探傷確定表面缺陷方位后，只在有缺陷的區域內進行而不是整個輥身，進行此試驗。

下面是酸侵檢測的簡要過程：

·打磨、清洗、吹干要做酸侵的輥面，確保輥面無任何鍍層（鉻）和任何軋制表面的氧化層。

·用棉球蘸20%Nital侵蝕劑擦拭酸侵面至少1.5分鐘（圖1）。不要讓酸侵面變干。

·用甲酸充分沖洗侵蝕劑，與此同時用另一塊棉球擦凈酸侵面上的沉淀物。

·用壓縮空氣吹干酸侵面。

·軟或硬的區域顯示不同的明暗程度。在酸侵面上和周圍金屬間軟區顯得較黑，硬區顯得較亮。

圖1 用20%Nital侵蝕輥身的一個區域。

            圖2 用脫脂棉、甲醇擦拭酸侵面。

圖3

用不含水分的壓縮空氣吹干酸侵面。

圖4 

經酸侵發現一個軟點（熱損傷）在酸侵表面熱損傷表現為較黑的區。

五、磁粉探傷

磁粉探傷可以在任何時間進行。主要用來檢測輥頸上的裂紋。輥頸部分的裂紋一般是圓周方向、位于圓弧處。這里所討論的磁粉探傷不能用在輥身表面。因為所使用的磁場強度能使表面磁化，影響軋制產品的質量。這個檢測通過在備檢面的中部激發軸向的兩磁極間的磁場來進行。細微的磁粉輕輕的吹過兩磁極間的輥面，兩磁極間的任何界面都起作用，改變磁場形狀吸引細的磁粉顯示裂紋。磁粉探傷在顯示大而寬的裂紋方面是準確的。然而，如果裂紋太窄，只有很少的磁粉被吸進界面，裂紋則顯示不出來。

下面是磁粉探傷檢測的簡要過程：

·用溶劑擦去油、灰塵等，清潔輥頸要做檢測的部位。

·把電磁軛的兩個極沿長軸方向放置在輥頸要檢測的部位上。

·啟動電磁軛產生覆蓋被檢部位的磁場。

·當磁軛帶電時，一手拿容器罐小心均勻地擠壓球形罐，向軛下施加磁粉。

·繞被檢面圓周方向移動磁軛并繼續施加磁粉。

·當磁粉吸附于界面時，裂紋就顯示成磁粉細線。

圖1

軋輥肩部圓弧處進行磁粉探傷

六、硬度檢測

硬度檢測應在磨削前后進行。它用來決定軋輥的整體硬度。也驗證局部硬度的差異（熱損傷、加工硬化等）。硬度檢測的一般方法包括壓痕（洛氏、維氏）和彈跳（里氏、肖氏）—參看圖1-8。軋鋼廠一般不使用洛氏硬度，原因是為了保證檢測精確，需要特殊的表面并且準備時間長。里氏和肖氏是最常用的硬度檢測方法。彈跳檢測通過墜落一個小沖擊裝置或沖頭到輥面，測量彈跳的高度（肖氏）或速度（里氏）檢測可以在任何潔凈的表面上進行。并可反復多次以獲得被檢面上的平均硬度。

圖1

在輥身上進行洛氏硬度檢測

圖2

在輥身上進行維氏硬度檢測

圖3

里氏硬度計（HLD和HLE兩種沖頭）

圖4

肖氏HSD硬度計

圖6

在輥身上進行肖氏HSD硬度檢測

圖7

肖氏HSC硬度計

圖8

在輥身上進行肖氏HSC硬度檢測