冷轧棍的超声表面波检测

2012-10-23樊佳能徐利军李生初杨航飞胡水江

无损检测 2012年2期

樊佳能，徐利军，李生初，杨航飞，胡水江，徐君，张燕

（绍兴市质量技术监督检测院，绍兴 312071）

轧辊的表面质量检测通常采用超声表面波法。表面波是超声波在介质中传播的一种型式，其振动可分解为与表面垂直和平行的两个方向的振动，形成纵波与横波组成的椭圆形振动，其只在物体表面很浅的表层传播，一般在物体表面下2个波长深度范围内集中了表面波总能量的99%，所以通常可以检测的深度为两倍波长［1］。以往当轧辊表面检测到裂纹以后，只是由用户根据经验组织精磨，磨削量的确定没有依据。若磨削量定得过小，磨削后轧辊仍然不能投入使用，须再次精磨，这样既浪费了时间、精力，又造成磨床的无谓使用；若磨削量定得过高，又会造成对轧辊材料的浪费。所以，有必要对轧辊表面裂纹的深度进行测量。

1 试验设备

1.1 探头的选择

轧辊表层一般为淬硬层，且材质多为锻钢件，因此表面波的衰减较小。由于所用探头频率越高，波长越短，有效探测深度越小，材质衰减越大，使得表面缺陷检测能力下降。因此一般选用探头频率为1～2.5MHz，晶片尺寸为6mm×6mm至13mm×13mm之间比较合适。试验设备采用CTS－3000数字式超声波探伤仪。

1.2 人工反射体选择［1］

各种形状的人工缺陷对表面波的反射能力有明显的不同。表面波对于暴露在表面上有棱角的缺陷有较大的反射能力；相反，对圆滑过渡的人工缺陷的反射能力较小。并且，随缺陷距表面下埋藏深度增加，反射能力迅速下降。

2 检测效果与缺陷定位方法

在生产实践中，笔者采用超声表面波发现了各式各样的轧辊表面裂纹缺陷，缺陷形式及波形如图1所示。

对于发现的缺陷波，可按照在轴向或周向上的声程大致确定缺陷水平位置，然后对可疑点进行磁粉检测验证。

对缺陷深度的定量，目前还没有很成熟的典型方法，通常各轧辊制造厂和使用厂家都是根据多年的轧辊探伤经验进行判断。笔者试验选用频率为1和2MHz的两种表面波探头。根据对不同轧辊多次探伤试验总结，笔者认为这两种表面波探头在轧辊表层内能探测到缺陷的最大深度为：在同一灵敏度下，当缺陷波高只有10%时，1MHz探头为5mm，2MHz探头为2mm；当提高灵敏度，把缺陷波高调至20%时，1MHz探头为10mm，2MHz探头为3.5～4mm。

试验时轧辊表层缺陷深度的确定方法如下：

（1）当用1MHz表面波探头探测轧辊表面，在示波屏中出现的缺陷回波高度大于用2MHz表面波探头探测的缺陷回波高度时，缺陷不在表面，但其具体深度不知。

（2）当用1MHz表面波探头探测轧辊表面，在示波屏中出现的回波高度等于用2MHz表面波探头探测的缺陷回波高度时，缺陷深度在0.1～0.3mm处。

（3）当用1MHz表面波探头探测轧辊表面，在示波屏中出现的缺陷回波高度小于用2MHz表面波探头探测的缺陷回波高度时，缺陷深度在0.5mm以内或在表面，肉眼或磁粉显示可见。

图2 轧辊表面波探伤时表层缺陷确定示意图

如图2所示，在轧辊表层内有不同深度的三个夹杂物缺陷（缺陷1最小，缺陷3最大）。用1MHz的表面波探头探测上述三种缺陷时，在超声波仪器的示波屏上出现高度近似相同的三个缺陷回波，如图3（a）。而用2MHz表面波探头在相同位置探测上述三种缺陷时，小夹杂物1的回波高度不变，夹杂物2的回波高度减小，而夹杂物3的回波不可见，如图3（b）。根据前述判断准则可得：夹杂物1在辊面下0.1～0.3mm，夹杂物2在辊面下2～4mm，夹杂物3在辊面下4mm以外。