超聲表面波與爬波在軋輥?zhàn)詣?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

張義鳳

(上海寶鋼工業(yè)檢測(cè)公司，上海 201900)

軋輥是冶金企業(yè)中不可缺少的軋鋼工具。在使用過(guò)程中，由于受到各種軋制負(fù)荷作用，軋輥表面易出現(xiàn)各種冷熱疲勞裂紋、接觸疲勞裂紋，以及各種熱沖擊損傷、過(guò)載損傷等缺陷。如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并去除缺陷，則會(huì)影響鋼板的軋制尺寸、板形質(zhì)量和產(chǎn)品外觀，降低產(chǎn)品的抗腐蝕性、抗磨性和疲勞極限等使用性能。如果在軋制過(guò)程中，缺陷擴(kuò)展導(dǎo)致軋輥產(chǎn)生剝落或者斷輥，就會(huì)造成生產(chǎn)線停產(chǎn)，并對(duì)人身安全造成危害。所以，軋輥表面及近表面的裂紋檢測(cè)是軋輥在役管理中的重要環(huán)節(jié)。與此同時(shí)，隨著生產(chǎn)效率的不斷提高，傳統(tǒng)手工檢測(cè)在役軋輥已很難滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求，為了盡量降低檢測(cè)過(guò)程中人為因素的干擾，提高軋輥缺陷檢測(cè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)軋輥缺陷的自動(dòng)化檢測(cè)已迫在眉睫。

目前在軋輥?zhàn)詣?dòng)檢測(cè)領(lǐng)域中應(yīng)用較為成功的是渦流結(jié)合表面波的檢測(cè)方式［1］。渦流主要用于檢測(cè)軋輥軟點(diǎn)缺陷，而表面波則用于檢測(cè)表面缺陷。但這種方式只局部解決了表面缺陷及軟點(diǎn)缺陷能否被檢出的問(wèn)題，并不能對(duì)檢測(cè)缺陷進(jìn)行精確定量。并且由于表面波檢測(cè)技術(shù)對(duì)被檢工件表面狀況及耦合條件要求苛刻，在實(shí)際使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象，降低了自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確率。

本文針對(duì)軋輥?zhàn)詣?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中表面波檢測(cè)易誤報(bào)、常規(guī)超聲縱波對(duì)近表面有約4 mm 檢測(cè)盲區(qū)的問(wèn)題，提出了一種利用表面波和爬波綜合檢測(cè)法對(duì)表面和近表面缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)及精確定量的方法。

1 超聲表面波與爬波檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 表面波檢測(cè)

當(dāng)超聲波束以第二臨界角入射時(shí)，表面波探頭可以產(chǎn)生沿被檢表面?zhèn)鞑サ某暀M波，即表面波。表面波檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在［2］：

(1)對(duì)表面缺陷具有很好的檢出能力。

(2)表面波檢測(cè)技術(shù)對(duì)被檢表面狀況及耦合條件要求很高，常因表面有異物或雜質(zhì)等發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象。

1.2 爬波檢測(cè)

超聲爬波是近年興起的一種新的超聲波檢測(cè)技術(shù)［3］。當(dāng)超聲波束以第一臨界角入射時(shí)，通過(guò)異質(zhì)界面的波型轉(zhuǎn)換，會(huì)產(chǎn)生沿被檢物體近表面?zhèn)鞑サ某暱v波，即爬波。超聲爬波檢測(cè)技術(shù)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)于［4］：

(1)超聲爬波沿被檢工件近表面?zhèn)鞑ィ瑢?duì)工件表面粗糙度不敏感，對(duì)近表面缺陷尤其是垂直型裂紋缺陷有很好的檢測(cè)靈敏度。

(2)超聲爬波的有效檢測(cè)范圍約為(0.5～9)mm，可以有效彌補(bǔ)常規(guī)超聲雙晶縱波的檢測(cè)盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢工件近表面缺陷的有效檢測(cè)。

2 表面波與爬波綜合檢測(cè)法的應(yīng)用

2.1 缺陷定量方法

在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)超聲表面波檢測(cè)表面缺陷的基礎(chǔ)上，鑒于超聲爬波的技術(shù)特點(diǎn)，在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中引入超聲爬波，加強(qiáng)對(duì)近表面缺陷的檢測(cè)，并根據(jù)二者對(duì)同一位置的反射回波情況準(zhǔn)確判定該回波是否為缺陷回波。

在自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)表面波通道發(fā)現(xiàn)有反射回波時(shí)，存在兩種可能情況：一種是由表面缺陷引起的缺陷回波，此時(shí)確實(shí)存在表面缺陷;另一種則可能是由于被檢表面存在雜質(zhì)或耦合不均勻引起的反射回波，此時(shí)不一定存在缺陷。針對(duì)這一問(wèn)題，根據(jù)爬波只在工件近表面?zhèn)鞑ザ皇芄ぜ砻鏍顩r影響的特點(diǎn)，如果檢測(cè)超聲爬波通道在被檢工件的同一位置也有超標(biāo)回波顯示的話，則可以判定得到的回波顯示一定是缺陷回波。基于上述分析，超聲表面波和爬波綜合判定缺陷的方法即是：當(dāng)在同一檢測(cè)位置，超聲表面波和爬波通道同時(shí)得到超標(biāo)回波顯示，則可以判定此處一定存在缺陷;如果只有表面波通道有超標(biāo)回波顯示，而爬波通道沒(méi)有，則應(yīng)將其列為疑似表面缺陷，需經(jīng)人工復(fù)驗(yàn)確認(rèn);如果只有爬波通道有超標(biāo)回波顯示，而表面波通道沒(méi)有，則應(yīng)將其列為疑似近表面缺陷，也需經(jīng)人工復(fù)驗(yàn)確認(rèn)。

2.2 缺陷定位方法

當(dāng)?shù)玫奖砻娌ㄍǖ篮团啦ㄍǖ赖某瑯?biāo)回波顯示后，可根據(jù)檢測(cè)大綱及相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位和精確定量。

(1)根據(jù)表面波和爬波通道可以確定缺陷相對(duì)于被檢工件的位置，實(shí)現(xiàn)缺陷定位。

(2)利用表面波通道的回波顯示，可以確定缺陷的長(zhǎng)度。通常采用6dB 測(cè)長(zhǎng)法準(zhǔn)確測(cè)量缺陷長(zhǎng)度。

(3)利用爬波通道的回波顯示，根據(jù)爬波探頭的折射角，可以精確獲得缺陷的深度參數(shù)。

(4)得到缺陷的長(zhǎng)度和深度等定量參數(shù)后，可以為軋輥磨削量的精確控制提供依據(jù)。

3 檢測(cè)實(shí)例與分析

根據(jù)上述分析，結(jié)合在役軋輥檢測(cè)大綱及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在某型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)上進(jìn)行了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。其中，表面波通道與爬波通道分別采用2.5 MHz 和5 MHz 定制探頭。超聲波數(shù)據(jù)的采集、處理和分析由獨(dú)立的超聲板卡完成。對(duì)某型冷軋工作輥樣輥的檢測(cè)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 表面波與爬波綜合檢測(cè)結(jié)果Figure 1 Comprehensive test results of surface wave and creeping wave

由上述樣輥檢測(cè)結(jié)果可以清晰看出，樣輥上三處不同大小的、具有一定深度的缺陷均被表面波通道和爬波通道準(zhǔn)確檢出。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理還可以得到各個(gè)缺陷的定量參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)軋輥表面及近表面缺陷的準(zhǔn)確檢測(cè)和精確定量，從而也說(shuō)明表面波和爬波綜合判定方法對(duì)反射回波進(jìn)行缺陷判定是正確可行的。

4 結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有軋輥?zhàn)詣?dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)中表面波誤報(bào)率高的問(wèn)題，提出了利用表面波與爬波對(duì)反射回波進(jìn)行準(zhǔn)確判定的綜合評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)檢測(cè)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的正確性和可行性。該方法不但可以有效應(yīng)用于軋輥的自動(dòng)無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，還具有向其他自動(dòng)無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)推廣的應(yīng)用前景。

［1］胡學(xué)雄，鄒曉東，陶軍，李振剛.熱軋精軋工作輥缺陷的渦流探傷檢測(cè)［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2006，11：34－35.

［2］蔣盛.軋輥表面波超聲檢測(cè)技術(shù)［J］.無(wú)損檢測(cè)，2004，26(5)：266－269.

［3］樊立國(guó)，荊洪陽(yáng).爬波檢測(cè)及其應(yīng)用［J］.無(wú)損檢測(cè)，2005，27(4)：212－216.

［4］廉德良，魏天陽(yáng).超聲爬波探頭聲場(chǎng)指向特性的試驗(yàn)研究［J］.無(wú)損檢測(cè)，2005，27(9)：479－481.