熱軋板帶工作輥修磨維護(hù)及無損檢測

奚國仙 馮喜鋒 邵黎軍

（江蘇共昌軋輥股份有限公司 江蘇 宜興 214253）

1 前言

在熱軋板帶軋輥的維護(hù)過程中，因軋輥的原生缺陷及次生缺陷擴(kuò)展，導(dǎo)致軋輥非正常失效，是阻礙軋輥準(zhǔn)備車間降本增效的主要因素之一。合理利用無損檢測，及時消除表面疲勞和微裂紋源，以及篩查內(nèi)部缺陷，減少上機(jī)隱患，是軋輥下機(jī)維護(hù)的主要內(nèi)容。軋輥的無損檢測包括超聲波檢測（Ultrasonic Testing，UT）、磁 粉 檢 測（Magnetic particle Testing，MT）、滲透檢測（Penetrant Testing，PT）、渦流檢測（Eddy Current Testing，ET）等，實(shí)際應(yīng)用通常需要聯(lián)合使用，才能有效檢出缺陷。

2 缺陷類型

2.1 原生缺陷

軋輥原生缺陷指的是在制造過程中產(chǎn)生的缺陷，主要有以下幾種。

（1）非金屬夾雜物。一般是夾砂、灰質(zhì)、夾渣的合稱，成分以硅酸鹽、鋁酸鹽為主，硬度較低、質(zhì)地較輕，也有部分因石墨漂浮產(chǎn)生的黑斑。非金屬夾雜物與基體親和力小，其聲阻抗與基體差異較大，超聲檢測時易檢出。同時，在外加磁場時，對磁力線的阻礙也較明顯，因此對磁粉檢測、渦流檢測的反應(yīng)也較為靈敏。

（2）金屬夾雜物。金屬夾雜物一般是鑄造生產(chǎn)中的合金顆粒夾渣。金屬夾雜物與基體的親和力較大，超聲檢測時回波較弱或無回波。

（3）中空類缺陷。一般指縮孔、氣孔、裂紋、疏松類缺陷。該類缺陷聲阻抗與基體的聲阻抗差值較大，對聲波的反射較強(qiáng)，檢出率相對較高。

2.2 次生缺陷

次生缺陷主要指的是在使用過程產(chǎn)生的缺陷，主要為機(jī)械裂紋、熱裂紋、疲勞裂紋等表面裂紋。尤其在工作輥打滑、纏繞以及突然停止時造成的輥面局部應(yīng)力瞬間增大等原因?qū)е碌谋韺恿鸭y［1］。

3 修磨維護(hù)

3.1 熱軋板帶工作輥修磨量選擇依據(jù)

（1）輥面疲勞層、氧化層、硬化層及網(wǎng)狀熱裂紋的深度。

（2）輥面不均勻磨損需要的修正量。

（3）輥面是否存在卡鋼、纏鋼、粘鋼、甩尾、異物硌傷等原因?qū)е碌木植科茐摹?/p>

（4）輥面是否存在顯微夾渣、顯微氣孔、嚴(yán)重的合金偏析等原生缺陷。

（5）軋輥的受力條件，一般粗軋機(jī)架大于精軋前段，精軋前段大于精軋后段。

（6）渦流檢測、超聲表面波的檢測結(jié)果。

3.2 熱軋板帶工作輥的一般修磨量及渦流檢測門檻值設(shè)定

熱軋板帶工作輥的正常修磨量，應(yīng)根據(jù)自身軋線工況特點(diǎn)合理制定。?；跍u流檢測值制定，渦流檢測的軟點(diǎn)及裂紋門檻值設(shè)置是根據(jù)軋輥的材質(zhì)、受力狀況及渦流檢測設(shè)備自身靈敏度等決定的，不能一概而論，參考值如表1。

表1 熱軋板帶工作輥的一般修磨量及渦流檢測門檻值設(shè)定（普通碳鋼半連軋）

3.3 熱軋板帶工作輥修磨維護(hù)注意事項(xiàng)

（1）當(dāng)渦流檢測有獨(dú)立高點(diǎn)存在的軟點(diǎn)或裂紋值時，建議采用磁粉檢測、表面波等檢測手段手工復(fù)檢，排除風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在相同位置軟點(diǎn)和裂紋均有高點(diǎn)值時，即使在放行閥值以內(nèi)，也必須完全磨掉。

（2）當(dāng)發(fā)生軋制事故如卡鋼、甩尾、粘鋼、疊軋等軋制事故時，在磨削完畢后應(yīng)使用超聲波檢測輥身的表面、近表面及芯部。

（3）當(dāng)軋輥發(fā)生燙傷或局部粘鋼時，在完全去除裂紋及軟點(diǎn)報(bào)警外，再加磨0.5～1.0mm，以消除燙傷引起的回火組織轉(zhuǎn)變區(qū)。

（4）粗軋及精軋前段工作輥，磨削完畢后可允許存在微小的閉合網(wǎng)狀裂紋，但網(wǎng)狀裂紋深度控制在0.05mm～0.1mm，裂紋寬度小于10mm，表面熱裂紋節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)狀針孔必須磨掉。

（5）對于高速鋼、工具鋼等有較大殘余應(yīng)力的材質(zhì)，磨削時應(yīng)注意控制磨削砂輪線速度、軋輥線速度及徑向進(jìn)給量，避免磨削燒傷及磨削裂紋，一般徑向進(jìn)給量不超過10μm。

4 無損檢測

4.1 下機(jī)維護(hù)與制造過程區(qū)別

熱軋板帶復(fù)合軋輥使用維護(hù)過程中，與制造過程中的無損檢測有所區(qū)別，具體見表2。

表2 熱軋板帶復(fù)合軋輥下機(jī)維護(hù)與制造過程中無損檢測手段的區(qū)別

4.2 超聲波檢測

離心復(fù)合軋輥存在內(nèi)外復(fù)合層，過渡部位因兩種材質(zhì)聲阻抗差異，產(chǎn)生界面回波，聲阻抗差越大，反射回波越強(qiáng)［2］，從而能利用反射回波測量外層的厚度，同時根據(jù)回波強(qiáng)度的變化檢出缺陷。熱軋板帶軋輥不同部位的缺陷種類、探頭選擇和聲波路徑如圖1所示。

圖1 離心復(fù)合熱軋板帶軋輥不同部位超聲檢測探頭選擇及聲波路徑

4.3 滲透檢測

（1）滲透檢測的基本原理

滲透檢測（PT）是將工件表面噴施含有染料的滲透劑（通常是紅色），在毛細(xì)的作用下，滲透劑滲入表面開口的缺陷中，然后去除工件表面的滲透劑并干燥后，在工件表面施加顯像劑（白色），再次利用毛細(xì)吸附作用，將工件開口缺陷中滲入的部分滲透劑吸附出來，在白色的顯像劑的背景下，反襯顯示，從而檢出缺陷位置及形貌。其檢測原理如圖2所示。

圖2 滲透檢測原理示意圖

（2）熱軋板帶軋輥使用過程中的滲透檢測應(yīng)用案例

軋輥使用過程中產(chǎn)生輥面開口熱裂紋可以通過滲透顯示，檢測效果如圖3所示。

圖3 輥面熱應(yīng)力裂紋

4.4 磁粉檢測

（1）磁粉檢測的原理

磁粉檢測（MT）是利用工件表面的漏磁場，漏磁場對噴灑在工件表面的磁粉有吸附作用，形成磁痕顯示，被檢工件必須是鐵磁性材料。

（2）磁粉檢測的特點(diǎn)

當(dāng)然，我覺得也可能是我的審美不太行吧。也許是因?yàn)槲业男睦碜饔?，也許是因?yàn)槠囋O(shè)計(jì)創(chuàng)新的內(nèi)涵和表象越來越難以理解，反正我對很多汽車的設(shè)計(jì)是越來越包容了，也比過去更愿意傾聽來自汽車設(shè)計(jì)師的聲音了。

對于軋輥表面缺陷，磁粉的靈敏度較高，成本低，檢測速度快，缺陷顯示的直觀性和還原性也較好，可以探測燒傷裂紋、磨削裂紋、疲勞裂紋及夾雜物等表面缺陷和近表面缺陷［3］，當(dāng)滲透檢測和超聲波檢測受限時，通常利用磁粉檢測進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。

4.5 渦流檢測

（1）渦流檢測的原理

渦流檢測（ET）是利用電磁感應(yīng)原理，當(dāng)探頭經(jīng)過缺陷時，探頭所產(chǎn)生的渦流磁場的磁環(huán)路徑會發(fā)生變化，從而引起磁場強(qiáng)度與磁通量發(fā)生變化，以此來發(fā)現(xiàn)軋輥表面的缺陷［4］。渦流檢測可以精確顯示缺陷的位置，自動化程度高，檢測速度快，實(shí)現(xiàn)檢測區(qū)域100%全覆蓋。除裂紋類缺陷外也可以檢測顯微夾渣、孔洞、組織偏析或組織破壞等。但渦流檢測也具有無法測量缺陷的深度、形狀、類型等缺點(diǎn)，且只能檢測近表面缺陷，弧形圓形缺陷容易漏檢等。

（2）渦流檢測在軋輥無損檢測中的應(yīng)用

因渦流檢測的精度高、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軋輥磨削后的缺陷篩查，檢測系統(tǒng)通常與磨床磨削系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)邊磨削邊檢測。渦流檢測可作為判斷軋輥合格以后的臨界值標(biāo)尺，在后續(xù)的工作中作為軋輥能否使用的一個依據(jù)［5］。

5 檢測手段聯(lián)合應(yīng)用

軋輥在維護(hù)檢測過程中，主要檢測的缺陷是次生缺陷，以及部分內(nèi)生缺陷或內(nèi)生缺陷的擴(kuò)展延伸，檢測時通常需要多種手段聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。

5.1 軋輥不同缺陷類型的檢測特點(diǎn)

（1）輥面異質(zhì)（夾渣、夾砂、氣孔、開口裂紋）缺陷，除了可目視檢測外，也可通過渦流檢測自動檢測篩查檢出，表面波輔助檢測，缺陷深度可通過超聲波檢測斜探頭檢出。

（2）滲透檢測無法檢出輥面閉合裂紋，弧形裂紋容易被渦流檢測漏檢，但通常能被磁粉檢測和表面波檢測檢出。

（3）內(nèi)部缺陷可以被超聲波檢測檢出（斜探頭、雙晶直探頭），不能被滲透檢測、磁粉檢測及表面波檢出。

（4）表面硌傷、凹坑等，會引起局部組織的變化，通常會引起渦流磁場的輕微變化而被檢出，但滲透檢測、磁粉檢測手段容易漏檢。

5.2 不同無損檢測手段的聯(lián)合應(yīng)用

（1）軋輥下機(jī)后首先應(yīng)采用目視方法檢查輥面有無異常，如硌傷、燙傷、有無局部色差、有無表面裂紋、纏鋼、甩尾等。

（2）軋輥磨削時應(yīng)采用渦流檢測篩查輥身的表面或近表面缺陷，如存在，應(yīng)采用超聲表面波、滲透檢測、磁粉檢測等方法進(jìn)行復(fù)檢。

（3）軋輥的無損聯(lián)合檢測，也可以采用機(jī)載組合探頭的方式進(jìn)行。精軋前段軋輥采用“渦流檢測+表面波+超聲波檢測”組合，精軋后段軋輥采用“渦流檢測+超聲檢測波”組合，因?yàn)楸砻娌ú贿m合探測傳統(tǒng)無限冷硬軋輥（含有石墨，雜波干擾大）［6］。當(dāng)不具備機(jī)載超聲時，建議直徑每使用5mm超聲檢測一次，跟蹤內(nèi)部疲勞情況。

5.3 軋輥中缺陷的風(fēng)險(xiǎn)評估

（1）表面線性類缺陷（微裂紋、線性夾雜物），在使用過程中擴(kuò)展速度快，須完全去除。

（2）軋輥使用后的疲勞層必須磨削去除，疲勞層殘留容易導(dǎo)致脆性剝落。

（3）由于卡鋼導(dǎo)致的輥身表面的燙傷熱裂紋，風(fēng)險(xiǎn)較大，通常需要完全去除后再加磨0.5mm～1.0mm，以消除熱影響層（再回火區(qū)）。

（4）輥身表面局部硌傷，在完全去除的情況下，需要再加磨0.5mm～1.0mm，以消除組織影響區(qū)（晶粒擠壓破碎區(qū)）。

（5）局部組織偏析，在渦流檢測只有軟區(qū)高點(diǎn)、無裂紋高點(diǎn)的情況下，并經(jīng)超聲表面波和磁粉檢測復(fù)核無缺陷后，可以跟蹤使用。

6 結(jié)論

（1）在軋輥的維護(hù)過程中，原生缺陷和次生缺陷，均可采用無損檢測方法檢出，并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。

（2）內(nèi)部缺陷的定量、定位以超聲波檢測為主，疲勞裂紋篩查可采用人工超聲波檢測定期觀測回波幅度變化，或者是在線超聲波檢測實(shí)時觀測。

（3）不同的無損檢測方法應(yīng)用時，應(yīng)根據(jù)次生缺陷的產(chǎn)生原因、規(guī)律，合理選用，發(fā)揮每種方法的優(yōu)點(diǎn)，避開缺點(diǎn)。

（4）軋輥維護(hù)期間，每次下機(jī)磨削主要依靠渦流檢測自動檢測，篩查表面開口及閉合裂紋、局部組織偏析等，對缺陷進(jìn)行定位，采用滲透檢測、磁粉檢測等顯示缺陷形貌，利用橫波斜探頭或雙晶直探頭檢測缺陷深度等，盡可能還原缺陷的形貌特征以便風(fēng)險(xiǎn)評估，為軋輥安全上機(jī)提供保障。