渦流表面波復(fù)合探傷技術(shù)在軋輥檢測中的應(yīng)用

上海寶鋼工業(yè)檢測公司 陶 軍

介紹了渦流表面波復(fù)合探傷技術(shù)的應(yīng)用，并通過實(shí)例闡述了這一新技術(shù)在提高探傷性能上所起到的作用。

1.引言

寶鋼熱軋廠為了提高軋輥表面裂紋檢測的準(zhǔn)確性，降低誤探率，對多臺安裝在軋輥磨床上的自動(dòng)渦流探傷儀進(jìn)行了改造。在改造中使用了渦流與表面波相結(jié)合的復(fù)合探傷技術(shù)，這一技術(shù)在國內(nèi)還是首次使用。復(fù)合探傷技術(shù)的運(yùn)用使對軋輥表面裂紋探傷的準(zhǔn)確性有了全面提升。

2.復(fù)合探傷技術(shù)

渦流探傷和表面波探傷是最常用的無損檢測技術(shù)。渦流探傷較早地運(yùn)用于自動(dòng)探傷設(shè)備中，而表面波探傷則常用于手動(dòng)檢測。近幾年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，表面波探傷也開始實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。本次探傷儀改造不僅使用了表面波探傷技術(shù)，而且將其與渦流探傷相結(jié)合，使探傷儀的檢測性能得到了很大提高。

（1）渦流探傷原理

渦流探傷利用的是電磁感應(yīng)原理。當(dāng)探頭經(jīng)過缺陷時(shí)，探頭所產(chǎn)生的渦流磁場的磁環(huán)路徑會(huì)發(fā)生變化，從而引起磁場強(qiáng)度發(fā)生變化，以此來發(fā)現(xiàn)軋輥表面的缺陷。渦流探傷由于受磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率的影響比較大，所以軋輥的材質(zhì)、殘磁等因素都會(huì)對探傷結(jié)果產(chǎn)生影響。

（2）表面波探傷原理

表面波是超聲波在介質(zhì)中傳播的一種形式，表面波只在軋輥表面很淺的表層內(nèi)傳播。當(dāng)其沿表面?zhèn)鞑サ倪^程中遇到裂紋時(shí)，一部分聲波在裂紋開口處以表面波形式被反射，并沿物體表面返回，一部分聲波在表面轉(zhuǎn)折處轉(zhuǎn)變?yōu)榭v波和橫波在物體內(nèi)部傳播，還有一部分聲波仍以表面波形式沿裂紋表面向前傳播。表面波探傷就是利用表面波的上述特性來探測軋輥表面的裂紋。

（3）表面波探傷與渦流探傷特點(diǎn)比較

渦流探傷和表面波探傷都適用于對軋輥表面開口裂紋進(jìn)行檢測。但表面波探傷比渦流探傷更加敏感，更容易發(fā)現(xiàn)細(xì)小的裂紋。而且在軋輥表面較為清潔的情況下，表面波探傷受到的干擾因素較少，而渦流探傷受到的干擾因素較多，如軋輥材質(zhì)、輥面磁性等。但是渦流探傷能夠發(fā)現(xiàn)輥面的軟點(diǎn)缺陷，而表面波探傷是無法檢測軟點(diǎn)的。另外，渦流探傷無需耦合介質(zhì)，而表面波探傷需要耦合介質(zhì)。由于自動(dòng)表面波探傷通常使用水作為耦合介質(zhì)，因此水流的穩(wěn)定性也會(huì)對表面波探傷的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

（4）渦流表面波復(fù)合探頭

為了充分發(fā)揮渦流探傷和表面波探傷的特點(diǎn)，將渦流探頭和表面波探頭結(jié)合起來。圖1是使用的渦流及表面波復(fù)合探頭，它由一個(gè)二通道表面波探頭和一個(gè)渦流探頭組成。距離傳感器用于在探傷時(shí)檢測探頭和輥面之間的間隙，使之保持0.5mm的距離。橡膠墊圈的作用是在表面波探頭和輥面之間形成穩(wěn)定的水膜。這種復(fù)合型探頭在工作時(shí)同時(shí)進(jìn)行渦流探傷和表面波探傷，以此來彌補(bǔ)彼此的不足，從而極大地提高探傷的準(zhǔn)確性。

3.復(fù)合探傷圖譜顯示

復(fù)合探傷儀將探傷結(jié)果以不同的圖譜形式表現(xiàn)出來，從而給操作人員或軋輥管理人員更全面地對軋輥表面的狀況進(jìn)行分析創(chuàng)造條件。

（1）Z軸脈沖波形圖

圖2為Z軸脈沖波顯示圖譜。該圖譜能夠較為清楚地顯示出探傷信號的變化趨勢。軋輥表面是否有異常能夠立即在該圖譜上顯示出來。但是這種類型的圖譜只能顯示缺陷在Z軸方向的位置，而無法對缺陷進(jìn)行圓周方向的定位。

（2）輥面展開圖

圖1 渦流及表面波復(fù)合探頭結(jié)構(gòu)圖

圖3為輥面展開圖。該圖譜能夠?qū)Τ^預(yù)設(shè)定門檻值的異常信號在Z軸和圓周方向進(jìn)行準(zhǔn)確定位。這對于判定輥面是否存在缺陷尤為重要，因?yàn)橹挥性谶@張圖譜上才能夠顯示出裂紋通道、軟點(diǎn)通道、表面波通道、磁性通道檢測到的異常信號是否出自于同一個(gè)位置，從而進(jìn)一步判斷這一異常信號是磁性干擾所致還是真實(shí)缺陷的反映。但是，由于在輥面展開圖上只顯示那些超過門檻值的信號，而無法顯示信號的高低，因此該圖譜無法將整個(gè)輥面上探傷信號的變化趨勢顯示出來。

（3）輥面彩色展開圖

輥面彩色展開圖與上述輥面展開圖不同的是，它不僅能夠?qū)Ξ惓Ｐ盘栠M(jìn)行定位，而且能夠顯示出輥面上探傷信號的變化趨勢。因?yàn)樵搱D譜通過不同的顏色來表示探傷信號的高低強(qiáng)弱，例如紫色代表的信號最弱，紅色代表的信號最強(qiáng)。由于具備這樣的功能，通過輥面彩色展開圖就可以更加直觀地了解輥面的情況。但是由于一張彩色展開圖只能對應(yīng)一個(gè)通道，所以該類型圖譜無法顯示出幾個(gè)通道異常信號之間的位置關(guān)系。

綜上所述，這三種圖譜的顯示功能是相輔相成的。只有在探傷結(jié)果的分析過程中綜合地運(yùn)用這三種圖譜，才能夠客觀地對軋輥表面狀況做出判斷。

4.復(fù)合探頭探傷性能分析

（1）提高探傷準(zhǔn)確性

圖4～圖6展示的是一個(gè)非常典型的局部裂紋圖譜。圖4為渦流探傷圖譜，圖5為表面波探傷圖譜。圖6為輥面展開圖譜。從這三張圖譜上可以看到渦流的裂紋通道和軟點(diǎn)通道以及兩個(gè)方向的表面波通道都在同一位置出現(xiàn)明顯的異常信號。從輥面展開圖上看這些異常信號的位置重疊，由于渦流和表面波在輥面的同一位置都檢測出異常信號，那么在該區(qū)域存在裂紋可能性非常大。后經(jīng)過人工確認(rèn)也證明了這一點(diǎn)。由此可見采用兩種截然不同的探傷技術(shù)同時(shí)對軋輥表面進(jìn)行檢測，可以相互進(jìn)行驗(yàn)證，從而極大地提高了探傷的準(zhǔn)確性。

（2）降低誤探率

渦流探傷由于受到其探傷機(jī)理的限制，各種干擾因素較多，例如軋輥表面的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、殘磁、材質(zhì)等因素都會(huì)對探傷結(jié)果產(chǎn)生影響，從而出現(xiàn)許多假缺陷信號。而表面波雖然其工作原理比較復(fù)雜，但對它產(chǎn)生干擾的因素卻比較單一，只要軋輥表面清潔，耦合介質(zhì)穩(wěn)定且探傷間隙準(zhǔn)確，那么它的探傷準(zhǔn)確性就相當(dāng)高。

例如圖7所示的渦流探傷圖譜，其裂紋和軟點(diǎn)通道都有異常信號出現(xiàn)，而且異常信號所處的位置重疊，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，軋輥表面在該處一定有缺陷存在。但是從圖8所示的表面波探傷圖譜上卻看不到任何異常信號。通過對兩個(gè)探傷圖譜的綜合分析，認(rèn)為渦流探傷圖譜上顯示出的異常信號為干擾信號，并非真正的缺陷。后經(jīng)過人工磁粉檢測，確實(shí)在該區(qū)域未發(fā)現(xiàn)任何裂紋。因此在渦流探傷的同時(shí)進(jìn)行表面波探傷，可以對一些假缺陷信號進(jìn)行過濾，從而降低誤探率。

（3）降低漏探率

渦流探傷雖然是一種比較成熟的無損檢測技術(shù)，但對于一些特殊的表面缺陷，渦流探傷卻是無能為力。例如圖9所示的直徑為2mm的沙眼，用復(fù)合探頭對該軋輥進(jìn)行多次探傷。從圖10所示的渦流探傷結(jié)果上，在該位置未發(fā)現(xiàn)異常信號，而在圖11所示的表面波圖譜上，在兩個(gè)通道的該位置都出現(xiàn)了異常信號，而且在圖12所示的軋輥展開圖上準(zhǔn)確地顯示出了該沙眼所處的位置。由此可見，復(fù)合探傷可以很好地彌補(bǔ)單純渦流探傷的不足，從而降低軋輥表面缺陷的漏探率。

5.結(jié)束語

在這次探傷儀改造中將渦流探傷和表面波探傷的特點(diǎn)相結(jié)合，使軋輥?zhàn)詣?dòng)探傷儀的探傷準(zhǔn)確性有了顯著提高。

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