國內(nèi)外連鑄坯高溫超聲波探傷的狀況

對高溫狀態(tài)下連鑄坯表面缺陷的探傷，是各工業(yè)國家自連鑄工藝誕生以來就已引起高度重視并在競相發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。自70年代初不少人就開始了光學(xué)、超聲和渦流等多種探傷方法的實(shí)驗(yàn)研究。近年來取得了較為突出進(jìn)展的是德國蒂森公司、法國洛林公司和意大利達(dá)涅利公司，他們研究開發(fā)的在線探傷技術(shù)已相繼進(jìn)入工業(yè)試驗(yàn)或工業(yè)實(shí)用階段。通過使用多通道和多組探頭技術(shù)，同時對坯材表面進(jìn)行掃描檢查，可有效檢出鑄坯表面3mm深的裂紋和各種有害缺陷。

連鑄坯缺陷的類型

連鑄坯表面缺陷是影響連軋機(jī)產(chǎn)量和鑄坯質(zhì)量的重要缺陷。據(jù)統(tǒng)計，鑄坯的各類缺陷中裂紋占50%，而鑄坯出現(xiàn)裂紋，重者會導(dǎo)致拉漏或廢品，輕者要進(jìn)行精整。這樣既影響鑄機(jī)生產(chǎn)率，又影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加了成本。鑄坯缺陷可分為以下三類：表面缺陷：包括表面縱裂紋、橫裂紋、網(wǎng)狀裂紋、皮下夾雜、皮下氣孔、表面凹陷等，如圖1所示。

1-角部橫裂紋;2-角部縱裂紋;3-表面橫裂紋;4-寬面縱裂紋;5-星狀裂紋;6-振動痕跡;7-氣孔;8-大型夾雜物

圖1連鑄坯表面缺陷示意圖

內(nèi)部缺陷：包括中間裂紋、皮下裂紋、壓下裂紋、夾雜、中心裂紋和偏析等。形狀缺陷：方坯菱變(脫方)和板坯鼓肚。

連鑄坯表面缺陷常用檢測方法、原理

鑄坯表面質(zhì)量是鑄坯質(zhì)量的重要指示之一，鑄坯表面缺陷性質(zhì)及程度是判斷鑄坯是否合格的重要依據(jù)之一，需要對鑄坯表面進(jìn)行定量檢測。近年來，隨著連鑄坯熱裝熱送技術(shù)的發(fā)展，對連鑄坯表面缺陷進(jìn)行在線檢測的要求也愈顯迫切。當(dāng)前，實(shí)用的連鑄坯表面缺陷檢測方法有：光學(xué)檢測法、超聲波檢測法、渦流檢測法等，本文將重點(diǎn)介紹光學(xué)法和渦流檢測法。

1光學(xué)檢測法原理和設(shè)備報價

光學(xué)檢測法檢驗(yàn)鑄坯表面缺陷裝置由光源、工業(yè)攝像機(jī)、信號處理、輸出裝置等組成，如圖2所示。

圖2鑄坯表面缺陷光學(xué)檢測法示意圖

光源：因鑄坯溫度較高，并有熱輻射，需要對表面用強(qiáng)光照射，故采用三個水銀燈照射鑄坯表面。

工業(yè)攝像機(jī)：用三臺攝像機(jī)從不同的角度攝取鑄坯寬度方向圖像(包括裂紋、振痕及凹凸不平等)。

信號處理裝置：將攝像機(jī)獲取的視頻信號進(jìn)行處理，去掉振痕及凹凸不平信號，只留下裂紋信號在熒光屏上顯示，經(jīng)縮小比例后在打印機(jī)上打出圖形，打印紙移動速度與鑄坯同步，操作人員觀察打印結(jié)果對鑄坯表面質(zhì)量做出判斷，決定切割尺寸并決定是否可直接熱送。

此套設(shè)備目前市場報價約1000～2000萬元，價格昂貴，且設(shè)備磨損、更換率較高。

2渦流檢測法原理、結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)指標(biāo)、探傷工藝及設(shè)備報價

1)渦流檢測法

檢測鑄坯表面缺陷裝置由檢測臺、前后垂直壓送輥裝置、中央檢測鑄機(jī)、除鱗裝置、電控操作臺等組成。

①檢測臺：檢測臺用于支撐中央檢測鑄機(jī)。檢測臺高度可通過手柄調(diào)整，使中央檢測主機(jī)對正被檢鑄坯。

②前后垂直壓送輥裝置：前后垂直壓送輥用來使被檢鑄坯通過中央檢測頭時勻速穩(wěn)定。壓輪由氣缸和彈簧雙重頂推。

③中央檢測主機(jī)：中央檢測主機(jī)置于檢測臺之上。其上有四個旋轉(zhuǎn)盤，完成對每塊鑄坯表面的掃差。

④除鱗裝置：用于去除鑄坯表面的氧化皮，消除對渦流探傷形成噪聲的影響。

⑤電控操作臺：用來控制整個檢測過程和各單元部分的機(jī)械動作及調(diào)整儀器參數(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)“全自動探傷”和“半自動探傷”兩種模式的檢測。

2) 連鑄坯表面渦流探傷的主要技術(shù)指標(biāo)。

①探傷對象：各種尺寸的圓坯、方坯和板坯。

②鑄坯鋼種：普碳鋼或合金鋼。

③檢測溫度：400～1000℃。

④檢測速度：≤3～40m/min。

⑤允許速度波動范圍：0～40m/min。

⑥檢測缺陷類型和大小：深度或高度大于3mm的痕、壓痕、擦傷、皺皮紋、冷濺、耳子、凸塊、凹坑和深度大于3mm的裂紋。

⑦剪切后鑄坯的端部探傷盲區(qū)：50mm。

⑧檢出缺陷后的處理：即時給出聲光報警信號;自動或手動分送缺陷鑄坯至下料槽中。

⑨中央檢測臺占地：≤1m(傳輸線方向)

3)高溫連鑄坯表面渦流探傷工藝介紹。

①連鑄圓坯探傷

對于連鑄圓坯，可采用穿過式渦流探傷的方法進(jìn)行檢測。如圖3所示：

圖3連鑄圓坯探傷示意圖

這種方法是讓連鑄圓坯穿過渦流檢測探頭，在圓坯直線傳輸?shù)倪^程中，完成對整個圓坯表面的檢查。在圓坯直徑較小的情況下，可采用單通道的渦流探測方式;如果圓坯直徑較大，為了提高檢測靈敏度，可采用多道的方式進(jìn)行檢查。

②連鑄方坯探傷

對于連鑄方坯，可采用旋轉(zhuǎn)點(diǎn)探頭式渦流探傷的方法進(jìn)行檢查。如圖4所示：

圖4連鑄方坯探傷示意圖

這種方法是將點(diǎn)式渦流探頭安裝與旋轉(zhuǎn)盤(又稱旋轉(zhuǎn)頭)中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和方坯直線前進(jìn)時，探頭完成對鑄坯一個平面的掃查。兩相對放置的四個旋轉(zhuǎn)渦流探頭，完成對連鑄方坯四個面的探傷檢測。

③連鑄板坯探傷

對于連鑄板坯，可采用放置式探頭的渦流探傷方法進(jìn)行檢查。如圖5所示：

圖5連鑄板坯探傷示意圖

這種方法是將若干個放置式渦流探頭一字型排列，當(dāng)板坯直線傳輸經(jīng)過組合探頭時，即可完成對鑄坯一個平面的探測檢查。以同樣方法，在板坯的其他表面設(shè)置擺放陣列探頭，即可完成對整個連鑄板坯表面的檢查。

4)此套設(shè)備目前市場報價約200～300萬元，是光學(xué)檢測法設(shè)備價格的十分之一，且設(shè)備使用率高，維修方便。

高溫連鑄坯在線自動化探傷是近些年發(fā)展起來的新的無損檢測技術(shù)，它的技術(shù)內(nèi)涵高，我國目前對連鑄高溫狀態(tài)探傷技術(shù)的應(yīng)用尚屬空白，由于它是在連鑄生產(chǎn)線惡劣的工程環(huán)境下實(shí)施，所以需要精益的設(shè)計和高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的建造。它的投入是較大的，但隨著連鑄軋機(jī)及熱送直軋技術(shù)的發(fā)展，它的應(yīng)用能產(chǎn)生直接或間接經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的，如瑞典斯堪地納維亞鋼廠宣稱，他們年產(chǎn)240萬噸鋼的鋼廠由于采用高溫連鑄坯表面探傷技術(shù)，避免了缺陷鑄坯的繼續(xù)深加工，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量坯的“熱送熱軋”，每年僅節(jié)能就達(dá)600GWh(按每度電0.1元人民幣計算，約合6000萬元)。

相對光學(xué)檢測設(shè)備的高投入、高消耗，筆者認(rèn)為，渦流檢測法具有投資少，運(yùn)行成本低，維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，值得國內(nèi)鋼廠推廣應(yīng)用。