冷軋棍的超聲表面波檢測

樊佳能，徐利軍，李生初，楊航飛，胡水江，徐 君，張 燕

（紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，紹興 312071）

軋輥的表面質(zhì)量檢測通常采用超聲表面波法。表面波是超聲波在介質(zhì)中傳播的一種型式，其振動可分解為與表面垂直和平行的兩個(gè)方向的振動，形成縱波與橫波組成的橢圓形振動，其只在物體表面很淺的表層傳播，一般在物體表面下2個(gè)波長深度范圍內(nèi)集中了表面波總能量的99%，所以通?？梢詸z測的深度為兩倍波長［1］。以往當(dāng)軋輥表面檢測到裂紋以后，只是由用戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)組織精磨，磨削量的確定沒有依據(jù)。若磨削量定得過小，磨削后軋輥仍然不能投入使用，須再次精磨，這樣既浪費(fèi)了時(shí)間、精力，又造成磨床的無謂使用；若磨削量定得過高，又會造成對軋輥材料的浪費(fèi)。所以，有必要對軋輥表面裂紋的深度進(jìn)行測量。

1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1 探頭的選擇

軋輥表層一般為淬硬層，且材質(zhì)多為鍛鋼件，因此表面波的衰減較小。由于所用探頭頻率越高，波長越短，有效探測深度越小，材質(zhì)衰減越大，使得表面缺陷檢測能力下降。因此一般選用探頭頻率為1～2.5MHz，晶片尺寸為6mm×6mm至13mm×13mm之間比較合適。試驗(yàn)設(shè)備采用CTS－3000數(shù)字式超聲波探傷儀。

1.2 人工反射體選擇［1］

各種形狀的人工缺陷對表面波的反射能力有明顯的不同。表面波對于暴露在表面上有棱角的缺陷有較大的反射能力；相反，對圓滑過渡的人工缺陷的反射能力較小。并且，隨缺陷距表面下埋藏深度增加，反射能力迅速下降。

2 檢測效果與缺陷定位方法

在生產(chǎn)實(shí)踐中，筆者采用超聲表面波發(fā)現(xiàn)了各式各樣的軋輥表面裂紋缺陷，缺陷形式及波形如圖1所示。

對于發(fā)現(xiàn)的缺陷波，可按照在軸向或周向上的聲程大致確定缺陷水平位置，然后對可疑點(diǎn)進(jìn)行磁粉檢測驗(yàn)證。

對缺陷深度的定量，目前還沒有很成熟的典型方法，通常各軋輥制造廠和使用廠家都是根據(jù)多年的軋輥探傷經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。筆者試驗(yàn)選用頻率為1和2MHz的兩種表面波探頭。根據(jù)對不同軋輥多次探傷試驗(yàn)總結(jié)，筆者認(rèn)為這兩種表面波探頭在軋輥表層內(nèi)能探測到缺陷的最大深度為：在同一靈敏度下，當(dāng)缺陷波高只有10%時(shí)，1MHz探頭為5mm，2MHz探頭為2mm；當(dāng)提高靈敏度，把缺陷波高調(diào)至20%時(shí)，1MHz探頭為10mm，2MHz探頭為3.5～4mm。

試驗(yàn)時(shí)軋輥表層缺陷深度的確定方法如下：

（1）當(dāng)用1MHz表面波探頭探測軋輥表面，在示波屏中出現(xiàn)的缺陷回波高度大于用2MHz表面波探頭探測的缺陷回波高度時(shí)，缺陷不在表面，但其具體深度不知。

（2）當(dāng)用1MHz表面波探頭探測軋輥表面，在示波屏中出現(xiàn)的回波高度等于用2MHz表面波探頭探測的缺陷回波高度時(shí)，缺陷深度在0.1～0.3mm處。

（3）當(dāng)用1MHz表面波探頭探測軋輥表面，在示波屏中出現(xiàn)的缺陷回波高度小于用2MHz表面波探頭探測的缺陷回波高度時(shí)，缺陷深度在0.5mm以內(nèi)或在表面，肉眼或磁粉顯示可見。

圖2 軋輥表面波探傷時(shí)表層缺陷確定示意圖

如圖2所示，在軋輥表層內(nèi)有不同深度的三個(gè)夾雜物缺陷（缺陷1最小，缺陷3最大）。用1MHz的表面波探頭探測上述三種缺陷時(shí)，在超聲波儀器的示波屏上出現(xiàn)高度近似相同的三個(gè)缺陷回波，如圖3（a）。而用2MHz表面波探頭在相同位置探測上述三種缺陷時(shí)，小夾雜物1的回波高度不變，夾雜物2的回波高度減小，而夾雜物3的回波不可見，如圖3（b）。根據(jù)前述判斷準(zhǔn)則可得：夾雜物1在輥面下0.1～0.3mm，夾雜物2在輥面下2～4mm，夾雜物3在輥面下4mm以外。

利用上述方法對表面波所檢裂紋深度進(jìn)行評定時(shí)，取得了較好的效果。

［1］蔣盛，羅云東，于寶虹.軋棍表面波檢測影響因素分析［J］.無損檢測，2005，27（8）：435－437.