軋機機架超聲檢測標準解讀與鑄造工藝設計

賈冠飛　黃書軍　章曉輝　郭志丹　黃以紅

(1.中信重工機械股份有限公司，河南471039；

2.普銳特冶金技術(中國)有限公司，上海201108)

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軋機機架超聲檢測標準解讀與鑄造工藝設計

賈冠飛1黃書軍1章曉輝2郭志丹1黃以紅2

(1.中信重工機械股份有限公司，河南471039；

2.普銳特冶金技術(中國)有限公司，上海201108)

摘要：通過對軋機機架超聲檢測標準的解讀，為鑄造工藝設計和生產(chǎn)過程控制提供依據(jù)，最終生產(chǎn)出滿足標準要求的鑄鋼件。

關鍵詞：軋機；機架；超聲檢測；鑄造工藝

我公司與普銳特冶金技術(中國)有限公司聯(lián)合制造的1 450 mm軋機成套設備共包括16件機架，要求超聲檢測完全按照客戶提供的WN-M2100技術文件執(zhí)行。該批機架材質(zhì)為G20Mn5+N，單件毛重115 t，精加工狀態(tài)下主體壁厚670 mm，最大壁厚860 mm。鑄件截面厚大，冷卻速度較慢，且為低碳低合金鋼，流動性差，偏向糊狀凝固，易產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷導致檢測不合格[1]。眾所周知，大型鑄鋼件的生產(chǎn)特點為單件或小批量，鑄件質(zhì)量受手工操作的影響易產(chǎn)生波動。為保證鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，需對超聲檢測標準進行詳細解讀以明確質(zhì)量控制重點，為鑄造工藝設計和生產(chǎn)操作提供依據(jù)。

1普銳特軋機機架超聲檢測標準解讀

1.1技術要求

普銳特軋機機架技術文件WN-M2100要求：(1)鑄件粗加工后的超聲檢測按照EN 12680-1標準執(zhí)行，檢測部位如圖1所示。驗收要求見表1。(2)對于所有表1未列出的驗收要求，按照EN 12680-1 4級(100 mm壁厚范圍≤600 mm)驗收。而這些指標也適用于壁厚600 mm的鑄件。

1.2超聲檢測驗收標準解讀

圖1　機架的超聲檢測部位

(1)有別于通用標準的區(qū)域劃分，WN-M2100對機架從窗口內(nèi)側到外側壁厚方向的截面區(qū)域進行了明確劃分，即1/3壁厚內(nèi)邊緣區(qū)、1/3壁厚中心區(qū)和1/3壁厚外邊緣區(qū)。“100 mm特殊邊緣區(qū)域”包含在1/3壁厚內(nèi)邊緣區(qū)內(nèi)。

(2)因機架主體壁厚670 mm，超出了EN 12680-1標準所限定的厚度范圍，WN-M2100結合鑄件的特性和機架使用過程的受力情況，給出表1所示特定的驗收標準。

表1　軋機機架超聲檢測驗收要求

(3)對底波衰減進行了明確要求。

(4)根據(jù)技術文件WN-M2100要求，表中未列出缺陷面積的參考指標適用EN 12680-1 4級，而這些指標也適用于壁厚600 mm的鑄件，如表2 所示。

表2　EN 12680-1中體積

1.3檢測細則

普銳特公司專家要求我公司結合驗收標準，對機架各加工面進行100%超聲波檢測并出具檢測報告。超聲檢測探頭技術參數(shù)見表3。超聲檢測時機架各部位的探頭要求見圖2。

表3　超聲檢測的探頭技術參數(shù)

圖2　超聲檢測時機架各部位的探頭要求

(1)機架大平面和窗口外側面采用起始靈敏度為?6 mm當量的直探頭進行掃查。

(2)窗口內(nèi)側面分別采用起始靈敏度為?6 mm當量的直探頭和?3 mm當量的雙晶探頭進行掃查，不僅檢測鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，還要檢測近表面缺陷，以減少對精加工后出現(xiàn)的表面缺陷的返修。

(3)窗口內(nèi)側R區(qū)部位，既要采用起始靈敏度為?6 mm當量的直探頭和?3 mm當量的雙晶探頭進行掃查，又要采用起始靈敏度為?3 mm當量、角度為45°的斜探頭進行掃查，以確保能夠發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的線性顯示并在粗加工階段去除。

在檢測過程中若發(fā)現(xiàn)缺陷波，檢測者要注意觀察缺陷波和底波的變化，適時變化檢測方向、更改探頭，對缺陷的性質(zhì)進行判定，同時對缺陷當量、底波衰減量及尺寸進行確認，以判斷缺陷是否超標[3]。

2普銳特軋機機架的鑄造質(zhì)量保證措施

2.1機架鑄造工藝性分析

機架輪廓尺寸8 730 mm×3 920 mm×1 300 mm，精加工狀態(tài)下主體壁厚670 mm，地腳端最大壁厚850 mm，壓下孔端最大壁厚860 mm，立柱部位截面尺寸700 mm×670 mm，長約6 000 mm，立柱截面厚大且斷面近似正方形，整體為桿狀，冒口的補縮距離相對較短，補縮難度較大，易產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。機架窗口內(nèi)側，尤其是R區(qū)要求最高，在鑄造工藝上需重點考慮，以保證該區(qū)域的質(zhì)量。

2.2鑄造工藝方案

2.2.1冒口設計

根據(jù)機架的結構特點，在鑄造工藝上采用4個冒口的工藝方案，見圖3。壓下孔和地腳部位采用圓形冒口，對鑄件最厚大的部位進行集中補縮。立柱部位采用腰圓冒口，增加冒口的延續(xù)度，減小冒口補縮距離。冒口尺寸依據(jù)熱節(jié)圓法計算，并用模數(shù)法進行驗證。

2.2.2冷鐵設計

冒口之間設置專用隔砂冷鐵形成人為末端區(qū)，隔砂冷鐵采用分塊階梯形式以創(chuàng)造出溫度梯度的過渡從而延長冒口補縮距離、減小冒口負擔。針對“100 mm特殊區(qū)域”采取的措施：(1)窗口內(nèi)側R區(qū)鑄實，設置專用的“圓角冷鐵”以保證該部位的質(zhì)量，避免裂紋產(chǎn)生；(2)窗口內(nèi)側與底部專用冷鐵對應的位置設置壁厚相對較薄的隔砂冷鐵，強化末端區(qū)，保證內(nèi)壁質(zhì)量。圖4為MAGMA軟件對窗口內(nèi)側R角部位凝固過程溫度場的模擬，同時也顯示了窗口內(nèi)側與底部專用冷鐵對應部位是否設置隔砂冷鐵以及隔砂冷鐵不同數(shù)量情況下的溫度場情況。

圖3　軋機機架鑄造工藝方案

圖4　機架窗口內(nèi)側部位的溫度場模擬

2.2.3澆注方案

機架單件毛重115 t，鋼液重180 t，采用三包合澆的澆注方案，以保證充型速度，澆注系統(tǒng)完全開放。

2.3生產(chǎn)檢驗

粗加工后經(jīng)超聲檢測，16件機架質(zhì)量都合格，完全滿足客戶提供的檢驗要求，有效保證了鑄件質(zhì)量和進度。

3結論

(1)WN-M2100針對EN 12680-1標準中不適用壁厚600 mm的鑄件的超聲檢測驗收標準給予了明確，同時對機架的超聲檢測區(qū)域進行了詳細劃分，不同區(qū)域驗收標準也不同：機架邊緣區(qū)的驗收標準比中心區(qū)要求嚴格，內(nèi)邊緣“100 mm特殊邊緣區(qū)域”要求最為嚴格，這既符合機架的使用要求，也符合鑄鋼件的凝固規(guī)律，因此該標準比較科學合理，值得國內(nèi)設計者學習借鑒。

(2)通過對超聲檢測標準的解讀，明確了普銳特軋機機架的整體驗收情況和關鍵檢測部位。通過對鑄造工藝和生產(chǎn)操作過程的重點控制，有效避免了鑄件的質(zhì)量波動，保證了16件軋機機架的質(zhì)量，為批量生產(chǎn)大型鑄鋼件積累了經(jīng)驗。

參考文獻

[1]王澤忠，楊小兵. 特大型軋機牌坊鑄鋼件的質(zhì)量分析與實踐[J]. 熱加工工藝，2010，39(15):56-58.

[2]謝新宏，易卓丹，曹軍，等. 西馬克鑄鋼軋機機架的檢驗說明淺議[J]. 一重技術，2001(2～3)：140-141.

[3]王英峰，楊紹輝. 大型鑄鋼齒輪的超聲波無損檢測技術[J]. 金屬加工熱加工，2013(9)：45-46.

Interpretation of Ultrasonic Test Standard and

Casting Process Design for Rolling Mill Housing

Jia Guanfei, Huang Shujun, Zhang Xiaohui, Guo Zhidan, Huang Yihong

Abstract：By interpreting the ultrasonic test standard of rolling mill housing, a basis has been provided for casting process design and production process controlling. Eventually, the steel casting which meets the standard has been manufactured.

Key words：rolling mill; housing; ultrasonic test; casting process

作者簡介：賈冠飛(1983—)，男，碩士，工程師，主要研究方向是大型鑄鋼件鑄造工藝和技術。電話：18638369056，E-mail: jgf214@163.com

收稿日期：2015—09—07

中圖分類號：TG269

文獻標志碼：B