渦流檢測技術(shù)在1780生產(chǎn)線的應(yīng)用

苗雨

摘要：結(jié)合本鋼集團(tuán)北營公司軋鋼廠1780生產(chǎn)線采用的H2003-II渦流檢測設(shè)備在磨輥間的使用，簡要介紹了軋輥渦流檢測技術(shù)的基本原理、系統(tǒng)組成以及實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；渦流檢測； 渦流探傷儀；軋輥缺陷

Application of Eddy Current Testing Technique in 1780 production line

MIAO Yu

（Beiying rolling mill of BX Steel，Benxi，Liaoning，117017）

Abstract：Combining with 1780 production line by using H2003-II eddy current testing equipment in the grinding room， this paper briefly introduces the basic principles of roll eddy current detecting technology， system composition and application.

Key Words： electromagnetic induction； eddy current testing； eddy current detector； roll defects

在北營1780熱軋生產(chǎn)線，軋輥是軋鋼設(shè)備的重要部件，其質(zhì)量對軋制產(chǎn)品的表面質(zhì)量及軋鋼機(jī)的軋制效率有著重大的影響。為了確保軋輥質(zhì)量，生產(chǎn)線對軋輥的質(zhì)量提出了日益增多的要求，對在役軋輥的檢測也愈加重視。對軋輥開展有效的定期檢查，可以及時發(fā)現(xiàn)隱患，避免因軋輥在承載工作條件下產(chǎn)生的應(yīng)力裂紋，擴(kuò)展至內(nèi)部的工作層形成體積性剝落，導(dǎo)致軋輥損壞而影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)損失。渦流探傷檢測技術(shù)以電磁感應(yīng)為原理，能在軋輥的表面和近表面區(qū)域，檢測出因軋制過程中承載復(fù)雜的應(yīng)力與應(yīng)變而生成的裂紋及材質(zhì)軟點(diǎn)或表面擦傷等影響軋輥使用壽命的種種動態(tài)參數(shù)，經(jīng)過修復(fù)直至消除軋輥的表面缺陷，我廠采用的全部都是渦流探傷檢測設(shè)備，很好地滿足在軋鋼過程中對軋輥檢測的要求。

一、渦流檢測原理

在渦流探傷檢測中，通常用探頭線圈產(chǎn)生激勵磁場，計算通過探頭線圈的正弦電流ip 為：

ip=Imsin（ωt）（1）

式中，Im為正弦電流幅值。

該正弦電流所產(chǎn)生的磁通量Φp也按正弦規(guī)律變化，令相對于Im的磁通量為Φm。正弦電流產(chǎn)生的磁通量Φp按下式計算：

Φp=Φmsin（ωt）（2）

將探頭線圈靠近導(dǎo)體材料（如軋輥）時，在磁場作用范圍內(nèi)的導(dǎo)體表層就產(chǎn)生與此交變磁場相交的電渦流，渦流磁場總是阻礙激勵磁場的變化。有導(dǎo)體存在時，探頭線圈中的總磁通量ΦE為：

ΦE=Φp-Φs（3）

式中，ΦE為探頭線圈中的總磁通量；Φs為渦流的磁通量。

如果檢測時保持Φp不變，則由于材料性質(zhì)引起的渦流變化，會導(dǎo)致線圈總磁通量ΦE的變化。所以，渦流檢測實(shí)質(zhì)上就是對探頭線圈阻抗的變化量的測量。通過檢測探頭線圈阻抗的變化，就可以檢驗(yàn)導(dǎo)體材料的材質(zhì)和完整性。

當(dāng)渦流線圈導(dǎo)線的電阻不能忽略時，其等效電路是一個由線圈電感和電阻串聯(lián)的電路，其中電阻由線圈中導(dǎo)線電阻和電纜電阻組成?？傋杩篂椋?/p>

Z=R0+ωL0（4）

式中，Z為渦流線圈總阻抗；R0為線圈電阻；ωL0為線圈電抗。

圖1用直角坐標(biāo)平面顯示探頭線圈的阻抗

Fig.1 Impedance of the probe coil shown

by rectangular coordinate plane

圖1所示為用直角坐標(biāo)平面顯示的探頭線圈的阻抗，橫坐標(biāo)表示阻抗的實(shí)數(shù)分量，即電阻分量；縱坐標(biāo)表示阻抗的虛數(shù)分量，即電抗分量。此矢量圖被稱為阻抗平面圖，它是渦流檢測中常用的重要工具。圖中阻抗矢量的端點(diǎn)P0稱為“工作點(diǎn)”。

如果將探頭線圈接近導(dǎo)體材料，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象和渦流磁場的作用，使探頭線圈的阻抗發(fā)生變化，阻抗矢量的端點(diǎn)產(chǎn)生移動，例如從P0移到P1。若導(dǎo)體材料有缺陷或材質(zhì)差異改變了渦流狀況，阻抗矢量的端點(diǎn)又會在P1點(diǎn)的基點(diǎn)上產(chǎn)生變化。

通過對接近導(dǎo)體材料后的探頭線圈等效電路的分析，可以得到上述阻抗變化的基本規(guī)律，再通過一系列的電路來實(shí)現(xiàn)利用渦流檢測軋輥表面缺陷的目標(biāo)。

二、渦流探傷檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

渦流探傷檢測系統(tǒng)比較復(fù)雜，圖2所示為軋輥渦流檢測系統(tǒng)框圖，具體可以分為以下幾個部分：

圖2軋輥渦流檢測系統(tǒng)框圖

Fig.2 Block diagram of roll eddy current detecting system

1.探頭總成

由三個部分組成，分別是渦流檢測線圈，剩磁檢測線圈和定位傳感器。其中渦流檢測線圈用于檢測軋輥表面的裂紋和軟點(diǎn)損傷狀況，剩磁檢測線圈用于檢測軋輥材質(zhì)中剩磁的影響程度，定位傳感器用于保證探頭與軋輥探測面之間距離的合理位移值。

2.渦流檢測控制儀

專用軋輥渦流檢測控制儀是整套探傷設(shè)備的核心組成部件，它由用于監(jiān)測和評估軋輥損傷程度的電子元器件構(gòu)成，其中內(nèi)置主板和輔板等控制和檢測單元，作用是用來接收、處理并轉(zhuǎn)換探頭總成發(fā)來的缺陷檢測信息和對探頭位置控制與保護(hù)，并保持與計算機(jī)系統(tǒng)的通訊。

3.計算機(jī)系統(tǒng)

將檢測的結(jié)果通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總與分析，并在管理軟件上進(jìn)行顯示、存儲，通過在計算機(jī)系統(tǒng)中的參數(shù)設(shè)定可以及時彌補(bǔ)檢測元件使用上的誤差，保證探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.坐標(biāo)系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)是缺陷定位的工具。通過對缺陷的定位，可以局部掃查復(fù)核或手工探傷復(fù)核；缺陷分布記錄也為探傷工提供了質(zhì)量評估的參考。

5.模擬輥校正裝置

由于環(huán)境和溫度等因素的影響會造成元器件參數(shù)的改變，可以定期用模擬輥對系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行校正。模擬輥上有人工已經(jīng)制作好的裂紋和軟點(diǎn)，通過測試，及時對探傷儀的增益進(jìn)行調(diào)整。

三、渦流探傷檢測技術(shù)的應(yīng)用

目前，在1780生產(chǎn)線的磨輥間內(nèi)，共有3臺國產(chǎn)險峰磨床配備了H2003-II渦流檢測設(shè)備，下面簡要介紹一下這些設(shè)備的使用情況。

1.校正系統(tǒng)

由于我廠1780生產(chǎn)線處于氣候多變的東北地區(qū)，季節(jié)性的溫差變化對設(shè)備及軋輥的影響較大，所以需要定期對渦流檢測系統(tǒng)的靈敏度進(jìn)行校正。通過以規(guī)定深度的人工裂紋的模擬輥對整個系統(tǒng)功能進(jìn)行校正，主要參數(shù)中增益值設(shè)定為18db，多次校正后輸出的結(jié)果差異不能超出±0.2，一般情況下，每個月進(jìn)行一次校正操作。

2.坐標(biāo)系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)采用Z軸光電傳感器作為檢測元件，以軋輥的頭到尾長度為定長，實(shí)現(xiàn)軋輥工作面的區(qū)域劃分，可以有效地對整個軋輥表面損傷的分布情況作出定位。這種方式比較簡單，有時可能會有微小的誤差的影響，在今后的改造中可以引入獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)增強(qiáng)檢測的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。

3.通訊系統(tǒng)

現(xiàn)有探傷儀系統(tǒng)使用的是串行通訊系統(tǒng)，這種通信方式比較方便但數(shù)據(jù)傳輸速率較差，今后還可以升級為以太網(wǎng)通訊方式提高探傷儀與其他設(shè)備間的通信速率。

4.探傷系統(tǒng)

探傷儀的執(zhí)行系統(tǒng)的有幾個重要參數(shù)，其中工藝門限這個參數(shù)與軋輥的材質(zhì)，軋輥的工位和工況，生產(chǎn)線的軋制工藝，產(chǎn)品的規(guī)格與要求等多方面因素有關(guān)；軋輥轉(zhuǎn)速會影響檢測的結(jié)果，一般講線速度控制在0.5米/秒以上；磨床托板速度也會影響探頭檢測的準(zhǔn)確性，所以我們這里一般把托板的速度都設(shè)定的比較低，這樣可以得到非常準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。另外， 軋輥在生產(chǎn)過程中可能會產(chǎn)生剩磁，這會影響探傷后的真實(shí)顯示結(jié)果，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時要進(jìn)行徹底的消磁確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

四、應(yīng)用效果

從我廠渦流檢測設(shè)備在磨輥間的使用情況來看，此項(xiàng)技術(shù)發(fā)揮了不可替代的作用。依據(jù)檢測結(jié)果，提前分析并判斷出工作輥裂紋及軟點(diǎn)的產(chǎn)生原因，為生產(chǎn)線對軋輥的使用情況提供了重要的數(shù)據(jù)；通過渦流檢測，可以降低超聲波探傷的使用頻率，只有軋輥的裂紋深度較深時才使用超聲波探傷設(shè)備檢測，避免了不必要的使用情況；另外，渦流檢測的邊磨邊探功能可以有效控制磨削量，減少輥耗。

五、結(jié)束語

渦流檢測技術(shù)既不需要接觸工件也不需要耦合劑，可以在高溫下進(jìn)行檢測，同時探頭可以延伸至遠(yuǎn)處檢測，不僅可以對軋輥進(jìn)行檢測，對管、棒、線材的檢測也易于實(shí)現(xiàn)自動化檢測。但渦流檢測也有其局限，如只適用于檢測軋輥表面及近表面缺陷，不能檢測工件深層的內(nèi)部缺陷；渦流效應(yīng)的影響因數(shù)多，目前對缺陷的定性和定量還比較困難。作為技術(shù)人員只有充分掌握渦流檢測的多方面技術(shù)知識，才能更好地發(fā)揮設(shè)備的使用特性，創(chuàng)造更多的價值。

參考文獻(xiàn)：

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