矯直工藝對(duì)探傷合格率影響研究

摘 要：探討矯直工藝對(duì)探傷合格率的影響，通過(guò)對(duì)矯直原理、設(shè)備和技術(shù)的介紹，結(jié)合探傷技術(shù)的基本原理及其在矯直過(guò)程中的應(yīng)用，分析了矯直過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷類(lèi)型及其對(duì)探傷結(jié)果的影響。通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證不同矯直參數(shù)對(duì)材料探傷性能的影響，并提出優(yōu)化矯直工藝以提高探傷合格率的具體建議。

關(guān)鍵詞：矯直工藝；探傷技術(shù)；合格率；缺陷；試驗(yàn)分析

STUDY ON THE INFLUENCE OF STRAIGHTENING PROCESS ON THE QUALIFIED RATE OF FLAW DETECTION

Chen Chen

（Nanjing Iron and Steel Co.， Ltd. Nanjing 210035，China）

Abstract：The paper discusses the influence of straightening process on the qualified rate of flaw detection. Through the introduction of the straightening principle， equipment and technology， combined with the basic principles of the flaw detection technology and its application in the straightening process， the type of possible defect and its influence on the flaw detection results are analyzed. Through experimental design and data analysis， the influence of different straightening parameters on the flaw performance of the material is verified， and some specific suggestions to optimize the straightening process to improve the qualified rate of flaw detection.

Key words： straightening process; flaw detection technology; qualified rate; defect; experimental analysis

0 引 言

在現(xiàn)代冶金工業(yè)中，矯直工藝對(duì)于保證鋼材產(chǎn)品的幾何尺寸精度和表面質(zhì)量至關(guān)重要，但矯直過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一些微觀或宏觀的缺陷，這些缺陷不僅影響產(chǎn)品的最終使用性能，還會(huì)對(duì)后續(xù)的探傷檢測(cè)造成干擾。因此，研究矯直工藝對(duì)探傷合格率的影響具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。了解矯直過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷類(lèi)型及其對(duì)探傷結(jié)果的影響，有助于優(yōu)化矯直工藝，提高材料的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 矯直工藝概述

1.1 矯直原理

矯直是一種通過(guò)施加適當(dāng)外力使材料發(fā)生塑性變形的過(guò)程，其目的是消除或減小材料的彎曲或扭曲。這一過(guò)程涉及到材料內(nèi)部應(yīng)力的釋放，從而有助于改善材料的直線度和平整度。矯直的基本物理原理在于利用材料的彈性極限范圍內(nèi)的塑性變形能力，當(dāng)外力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生塑性變形，從而使原本彎曲的部分恢復(fù)到直線狀態(tài)[1]。矯直后，材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力得到一定程度的釋放，這有助于提高材料的整體質(zhì)量和機(jī)械性能。

1.2 矯直設(shè)備與技術(shù)

矯直設(shè)備和技術(shù)的選擇取決于待矯直材料的特性，例如尺寸、形狀和材質(zhì)。常用的矯直設(shè)備主要包括壓力矯直機(jī)和輥式矯直機(jī)。

壓力矯直機(jī)適用于較大直徑或厚度的型材，如鋼管、棒材等。這類(lèi)矯直機(jī)通過(guò)液壓系統(tǒng)施加垂直向下的壓力，將材料壓入矯直模具中，從而達(dá)到矯直目的。壓力矯直機(jī)的特點(diǎn)是矯直力大，矯直精度高，但速度相對(duì)較慢。

輥式矯直機(jī)適合矯直細(xì)長(zhǎng)型材，如線材、棒材等。它通過(guò)一系列排列有序的矯直輥輪來(lái)實(shí)現(xiàn)矯直目的[1]。輥式矯直機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于矯直速度快，效率高，適用于連續(xù)生產(chǎn)線。但是，對(duì)于較硬的材料或要求較高精度的情況，可能需要更復(fù)雜的輥形設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足要求。

1.3 矯直工藝流程

矯直工藝流程通常包括三個(gè)關(guān)鍵步驟：

1）預(yù)熱。

對(duì)于某些材料來(lái)說(shuō)，預(yù)熱可以減少矯直過(guò)程中的應(yīng)力集中，有助于提高矯直效果。預(yù)熱溫度需要根據(jù)材料的特性來(lái)確定。

2）矯直。

在矯直階段，根據(jù)材料的特性和矯直設(shè)備的類(lèi)型選擇合適的矯直方法。在此過(guò)程中，需要精確控制矯直力、矯直速度等參數(shù)，以確保矯直效果最佳，同時(shí)減少材料損傷的可能性[2]。

3）冷卻。

矯直完成后，材料需要經(jīng)過(guò)冷卻處理以穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)。冷卻方式可以是自然冷卻，也可以是強(qiáng)制冷卻，具體取決于材料特性和矯直后的使用要求。

在整個(gè)矯直過(guò)程中，需要對(duì)溫度、壓力、速度等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保矯直效果的同時(shí)減少缺陷的產(chǎn)生。此外，還需要考慮材料的特性（如材質(zhì)、尺寸、形狀等）以及最終用途的要求，以便選擇最合適的矯直工藝。

詳細(xì)矯直探傷流程見(jiàn)圖1。

2 探傷技術(shù)與合格率

2.1 探傷技術(shù)原理

探傷技術(shù)是基于材料內(nèi)部缺陷與周?chē)＝M織之間存在的物理性質(zhì)差異來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。這些差異可以通過(guò)聲波、電磁波或其他物理手段來(lái)探測(cè)。探傷技術(shù)的核心在于能夠有效識(shí)別差異，從而定位和量化材料中的缺陷。

超聲波探傷是一種基于超聲波在材料中的傳播特性的探傷方法。當(dāng)超聲波遇到材料中的缺陷時(shí)，部分能量會(huì)被反射回來(lái)，這部分反射波會(huì)被探頭捕捉到。通過(guò)分析反射波的時(shí)間延遲和強(qiáng)度，可以確定缺陷的位置和大小。這種方法對(duì)于檢測(cè)內(nèi)部裂紋、空洞、夾雜物等缺陷非常有效，因此被廣泛應(yīng)用于金屬材料的檢測(cè)中。

基于渦流效應(yīng)，即在導(dǎo)電材料中施加交變磁場(chǎng)會(huì)在材料表面附近產(chǎn)生渦流，若材料中有缺陷，則渦流會(huì)受到影響，導(dǎo)致磁場(chǎng)發(fā)生變化。通過(guò)檢測(cè)這種變化，可以判斷缺陷的存在和位置。渦流探傷利用了導(dǎo)體中的渦流效應(yīng)。當(dāng)導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體表面附近產(chǎn)生渦流。如果材料存在缺陷，渦流路徑會(huì)改變，從而影響磁場(chǎng)分布[2]。通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)的變化，可以確定缺陷的位置。渦流探傷主要用于檢測(cè)導(dǎo)電材料表面和近表面的缺陷，如裂紋、腐蝕坑等。

2.2 探傷標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系

探傷標(biāo)準(zhǔn)是由行業(yè)規(guī)范或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，用于指導(dǎo)探傷操作和結(jié)果評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)文件。這些標(biāo)準(zhǔn)包括但不限于探傷操作指南，規(guī)定了探傷的具體操作步驟和技術(shù)要求，如探傷前的準(zhǔn)備、探傷過(guò)程中的注意事項(xiàng)以及探傷后的處理等；技術(shù)要求涵蓋了探傷設(shè)備的性能指標(biāo)和探傷人員的資格要求；探傷設(shè)備校準(zhǔn)確保使用的探傷設(shè)備符合精度要求，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)，以確保設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，并定期進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)以保持設(shè)備的最佳工作狀態(tài)；缺陷分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)定義了各種缺陷的嚴(yán)重程度及其對(duì)材料性能的影響，根據(jù)缺陷的類(lèi)型、大小、位置等因素將其分為不同的等級(jí)，并評(píng)估不同等級(jí)缺陷對(duì)材料性能的影響程度；結(jié)果評(píng)估準(zhǔn)則提供了一套用于評(píng)估探傷結(jié)果的方法和程序，包括缺陷的識(shí)別、分類(lèi)、定量等，并規(guī)定了探傷結(jié)果的記錄、分析和報(bào)告程序。

評(píng)價(jià)體系是依據(jù)探傷結(jié)果來(lái)判定材料是否合格的標(biāo)準(zhǔn)體系，它通常包括合格標(biāo)準(zhǔn)和不合格判定兩部分。合格標(biāo)準(zhǔn)定義了材料在探傷后被認(rèn)定為合格的具體條件，根據(jù)缺陷的類(lèi)型和嚴(yán)重程度設(shè)定合格的標(biāo)準(zhǔn)；不合格判定明確了何種情況下的探傷結(jié)果會(huì)導(dǎo)致材料被判定為不合格，即當(dāng)探傷結(jié)果超出合格標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，材料將被判定為不合格。此外，還設(shè)有復(fù)檢機(jī)制，對(duì)于接近合格邊緣的結(jié)果，提供了進(jìn)一步確認(rèn)的機(jī)制，即當(dāng)探傷結(jié)果接近合格標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以啟動(dòng)復(fù)檢程序，包括再次探傷、專(zhuān)家評(píng)審等步驟，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，并確認(rèn)材料是否真正合格。

2.3 矯直對(duì)探傷結(jié)果的影響分析

矯直過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷類(lèi)型包括表面劃痕、內(nèi)應(yīng)力集中等。這些缺陷對(duì)探傷結(jié)果有著直接的影響，可能導(dǎo)致誤判或漏檢，從而降低探傷合格率。矯直過(guò)程中，如果矯直設(shè)備的表面不平整或者操作不當(dāng)，可能會(huì)在材料表面留下劃痕[2]。這些劃痕在探傷時(shí)可能會(huì)被誤認(rèn)為是真正的缺陷，導(dǎo)致誤判；矯直過(guò)程中如果矯直力過(guò)大或者矯直速度過(guò)快，可能會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。這種應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋等缺陷，這些缺陷在探傷時(shí)會(huì)被檢測(cè)出來(lái)，從而影響探傷結(jié)果。

為了減少矯直過(guò)程對(duì)探傷結(jié)果的影響，需要采取三方面措施：

1）優(yōu)化矯直工藝。

合理設(shè)置矯直參數(shù)，比如矯直力、矯直速度等，以減少表面劃痕和內(nèi)應(yīng)力集中的可能性。例如，可以通過(guò)試驗(yàn)確定最佳的矯直速度范圍（如1.5 ～ 5 m/min）和矯直力范圍（如18 ～ 22 kN），以減少對(duì)材料的損傷[2]。

2）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)。

定期檢查矯直設(shè)備，確保其表面平滑無(wú)損，減少因設(shè)備問(wèn)題引起的表面劃痕；檢查設(shè)備磨損情況，及時(shí)更換磨損部件，確保矯直過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。

3）采用適當(dāng)?shù)奶絺夹g(shù)。

針對(duì)矯直過(guò)程中可能出現(xiàn)的不同類(lèi)型的缺陷，選擇合適的探傷技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。例如，對(duì)于表面劃痕，可以采用超聲波探傷（UT）或渦流探傷（ECT）；而對(duì)于內(nèi)應(yīng)力集中導(dǎo)致的微裂紋，則更適合采用射線探傷（RT）或磁粉探傷（MT）。

通過(guò)相關(guān)措施的實(shí)施，可以有效減少矯直過(guò)程對(duì)探傷結(jié)果的影響，提高探傷合格率。此外，還可以考慮引入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控矯直過(guò)程中的參數(shù)變化，以便及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

本研究選取了典型的低碳鋼材料作為試驗(yàn)材料，該材料具有良好的可塑性和矯直性能，適用于矯直試驗(yàn)。試驗(yàn)中采用了一臺(tái)高性能的輥式矯直機(jī)進(jìn)行矯直處理，該矯直機(jī)具備較高的矯直精度和穩(wěn)定的矯直效果。矯直后的材料使用了一臺(tái)高性能的超聲波探傷儀進(jìn)行探傷測(cè)試，以檢測(cè)材料中的潛在缺陷。

試驗(yàn)材料：采用的低碳鋼材料為Q235B，化學(xué)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 700-2006的要求，其中碳含量約為0.14%～0.22%，抗拉強(qiáng)度約為235 MPa[3]。

矯直設(shè)備：采用的輥式矯直機(jī)型號(hào)為ZDAS型，矯直直徑范圍為30 ～ 100 mm，矯直精度達(dá)到±0.05 mm，矯直速度可調(diào)范圍為1 ～ 10m/min。

探傷設(shè)備：使用的超聲波探傷儀型號(hào)為OLYMPUS型，頻率范圍為0.5 ～ 10 MHz，能夠檢測(cè)材料內(nèi)部深度達(dá)100 mm的缺陷。

3.2 試驗(yàn)方法與步驟

試驗(yàn)設(shè)計(jì)分為三個(gè)步驟：

1）確定矯直工藝參數(shù)。

根據(jù)材料特性，預(yù)先設(shè)定了矯直過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，包括矯直速度、矯直力、矯直溫度等；矯直速度設(shè)定為5 m/min；矯直力根據(jù)材料規(guī)格調(diào)整，在本次試驗(yàn)中設(shè)定為20 kN；矯直溫度為室溫條件（約25℃）[3]。

2）矯直處理。

按照預(yù)先設(shè)定的工藝流程進(jìn)行矯直處理。矯直過(guò)程中嚴(yán)格控制各項(xiàng)參數(shù)，確保矯直效果；矯直前對(duì)材料進(jìn)行預(yù)處理，去除表面氧化層和雜質(zhì)；通過(guò)矯直機(jī)的矯直輥輪，對(duì)材料施加精確的壓力，使材料沿預(yù)定方向平直。

3）探傷檢測(cè)。

矯直完成后，立即對(duì)材料進(jìn)行超聲波探傷測(cè)試，以檢測(cè)材料中的潛在缺陷；使用OLYMPUS型超聲波探傷儀，選擇適當(dāng)?shù)奶筋^頻率（如5 MHz），確保檢測(cè)靈敏度；對(duì)材料進(jìn)行全面掃描，覆蓋整個(gè)矯直區(qū)域。

記錄探傷測(cè)試的所有數(shù)據(jù)，包括缺陷的數(shù)量、類(lèi)型、位置、大小等信息。缺陷類(lèi)型包括裂紋、夾雜物、氣孔等[4]。例如，對(duì)于每組試驗(yàn)樣本，記錄缺陷數(shù)量平均值為2個(gè)/米長(zhǎng)度，最大缺陷尺寸為0.3 mm，位于材料的中部位置。

通過(guò)詳細(xì)的試驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄，我們能夠系統(tǒng)地評(píng)估矯直過(guò)程對(duì)材料質(zhì)量的影響，并進(jìn)一步優(yōu)化矯直工藝參數(shù)。

3.3 數(shù)據(jù)收集與處理

數(shù)據(jù)收集與處理分為6個(gè)步驟：

1）數(shù)據(jù)收集。

收集所有探傷數(shù)據(jù)，包括探傷結(jié)果的原始數(shù)據(jù)和矯直參數(shù)的數(shù)據(jù)。記錄每次探傷測(cè)試的結(jié)果，包括缺陷的數(shù)量、類(lèi)型、位置、大小等信息；記錄矯直過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置，如矯直速度、矯直力、矯直溫度等。

2）數(shù)據(jù)整理。

將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性。統(tǒng)計(jì)每個(gè)矯直樣本中的缺陷數(shù)量；分類(lèi)記錄缺陷的類(lèi)型，如裂紋、夾雜物、氣孔等；記錄缺陷在材料上的具體位置；測(cè)量并記錄缺陷的最大尺寸。

3）統(tǒng)計(jì)分析。

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析探傷結(jié)果，比較不同矯直參數(shù)條件下探傷結(jié)果的變化趨勢(shì)。計(jì)算矯直后無(wú)明顯缺陷的材料比例，即合格率；識(shí)別矯直參數(shù)對(duì)探傷合格率的影響規(guī)律，例如矯直速度增加是否導(dǎo)致合格率降低等。

4）數(shù)據(jù)對(duì)比。

對(duì)比不同矯直參數(shù)下探傷結(jié)果的差異。

矯直速度的影響：分析矯直速度從1 m/min增加到10 m/min時(shí)，探傷結(jié)果如何變化。

矯直力的影響：考察矯直力從15 kN增加到25 kN時(shí)，探傷結(jié)果的變化趨勢(shì)。

5）趨勢(shì)分析。

通過(guò)繪制圖表展示不同矯直參數(shù)下的探傷結(jié)果變化趨勢(shì)。例如，使用散點(diǎn)圖展示矯直速度與合格率之間的關(guān)系，或者使用柱狀圖比較不同矯直力條件下的缺陷數(shù)量。

6）相關(guān)性分析。

計(jì)算矯直參數(shù)與探傷結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù)，以定量描述二者之間的關(guān)系強(qiáng)度。使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量矯直速度、矯直力等參數(shù)與探傷結(jié)果之間的線性關(guān)系強(qiáng)度[5]。矯直速度與合格率的相關(guān)系數(shù)為-0.75，說(shuō)明矯直速度與合格率呈顯著負(fù)相關(guān)；矯直力與缺陷數(shù)量的相關(guān)系數(shù)為0.62，說(shuō)明矯直力與缺陷數(shù)量呈正相關(guān)。

通過(guò)上述的數(shù)據(jù)收集與處理步驟，可以系統(tǒng)地評(píng)估矯直工藝參數(shù)對(duì)材料質(zhì)量的影響，并為后續(xù)工藝優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。例如，矯直速度從

1 m/min增加到10 m/min時(shí)，合格率從90%下降到了75%，這表明矯直速度的提高可能不利于材料質(zhì)量的保持。而矯直力從15 kN增加到25 kN時(shí)，缺陷數(shù)量從平均每米2個(gè)增加到了4個(gè)，這表明矯直力的增加可能會(huì)導(dǎo)致更多缺陷的產(chǎn)生。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)矯直工藝對(duì)探傷合格率影響的研究發(fā)現(xiàn)，合理的矯直參數(shù)能夠顯著提高探傷合格率。試驗(yàn)結(jié)果表明，適當(dāng)調(diào)整矯直速度和矯直力等參數(shù)，可以有效減少矯直過(guò)程中產(chǎn)生的表面劃痕和內(nèi)應(yīng)力集中，從而降低探傷時(shí)的誤判率和漏檢率。

建議在實(shí)際生產(chǎn)中：根據(jù)材料特性和探傷要求調(diào)整矯直工藝參數(shù)，以減少矯直過(guò)程中的缺陷產(chǎn)生；定期對(duì)矯直設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)，確保矯直效果的一致性和穩(wěn)定性；采用先進(jìn)的探傷技術(shù)和設(shè)備，提高探傷的準(zhǔn)確性和可靠性；對(duì)于矯直后發(fā)現(xiàn)的缺陷，及時(shí)分析原因，并相應(yīng)地調(diào)整矯直工藝，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。

綜上所述，通過(guò)精細(xì)控制矯直工藝參數(shù)，不僅可以提高探傷合格率，還能提升產(chǎn)品的整體品質(zhì)，這對(duì)于提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

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作者：陳晨，男，31歲

收稿日期：2024-09-24