[發(fā)明專利]軋輥疲勞硬化層的超聲表面波非線性檢測方法

無效

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• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103926312A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 孫大樂;鄧明晰;張國星
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司;中國人民解放軍后勤工程學院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責任公司 31117
• 代理人: 伍賢喆;朱麗琴

技術領域

本發(fā)明涉及軋輥質量檢測領域，尤其涉及一種軋輥疲勞硬化層無損檢測方法。

背景技術

軋機是現(xiàn)代化冶金企業(yè)的關鍵工藝設備，而軋輥又是軋機的關鍵核心部件，其使用性能直接決定著軋機穩(wěn)定、產(chǎn)線順行、生產(chǎn)消耗及產(chǎn)品質量。軋輥最經(jīng)濟安全的使用對生產(chǎn)意義很大，軋輥工作時較大的接觸疲勞應力會造成軋輥表層產(chǎn)生疲勞層，其引起的接觸疲勞損壞是國內許多鋼鐵企業(yè)普遍發(fā)生的現(xiàn)象。為了預防軋輥開裂、剝落事故，必須開發(fā)能夠確保軋輥安全穩(wěn)定運行的針對軋輥疲勞損傷的無損檢測技術，尤其是能夠在可見開裂的起始階段就能實現(xiàn)有效的檢測。

目前，與軋輥有關的檢測技術主要包括渦流檢測、輥身硬度檢測、超聲波探傷檢測、以及X-ray檢測，各種方法側重不同，檢測能力存在差異，而針對軋輥疲勞硬化層的檢測評價，資料檢索顯示在此技術領域國內外尚無有效的檢測技術信息，因此，目前鋼鐵生產(chǎn)尚缺乏有效的方便鋼鐵生產(chǎn)現(xiàn)場的軋輥疲勞硬化層檢測方法和設備。各種檢測軋輥的無損檢測方法有：

1)?渦流檢測：目前軋輥檢測很大程度上依賴自動渦流檢測技術，因為其滲透率低，所以主要用于檢測輥面缺陷，渦流檢測可用于檢測肉眼不可見的缺陷，如剝落裂紋、熱裂紋等。渦流檢測可以用于不同材質、不同直徑的工作輥和軋輥。渦流檢測速度高、成本低，可實現(xiàn)自動化，探頭不用接觸輥面。但是由于疲勞硬化層分布深度最大也不過幾百微米，采用渦流方法難以滿足對如此薄層材質電磁性質的改變進行探測的要求，并且渦流檢測信號容易被外界干擾，更會增加檢測難度。

2）硬度檢測：常規(guī)硬度檢測跟蹤可以了解軋輥的工作硬化程度。通過硬度檢測，將軋輥修磨后硬度與供貨硬度的差別控制在一定范圍內，可以有效避免加工硬化裂紋的產(chǎn)生。硬度檢測是一種動態(tài)力檢測，常用的肖氏硬度計是一種輕便的手提式儀器，便于現(xiàn)場測試，其結構簡單，便于操作，測試效率高，但與布、洛、維等靜態(tài)力試驗法相比，準確度稍差，受測試時的垂直性、試樣表面光潔度等因素的影響，數(shù)據(jù)分散性較大，其測試結果的比較只限于彈性模量相同的材料，對試樣的厚度和重量都有一定要求，不適于較薄的疲勞硬化層，而且軋輥輥身各處硬度存在差異，硬度檢測難以精確量化分析評價微觀的疲勞層。

3）x-ray檢測：早在上世紀80年代，國外鋼鐵業(yè)界就對軋輥疲勞硬化層采用X-ray方法進行了深入研究，對疲勞應變期間材料晶格結構數(shù)據(jù)的變化和疲勞極限進行了X－ray檢測分析，但基于上述檢測手段能夠實現(xiàn)對疲勞損傷進行定量判定的辦法卻很少。有技術人員采用對X-ray衍射線的半高寬進行測量的方法，對疲勞破壞的機理進行了深入研究分析，試圖實現(xiàn)疲勞硬化層的無損檢測并能夠定量評價，當時該方法的硬件計數(shù)系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)，似乎可以用于實踐。相比其它檢測手段而言，X-ray衍射方法在疲勞發(fā)展成為可見的開裂之前是一種有效的檢測手段，但是該方法的最大問題在于其檢測深度有限，只能夠對表面下約20微米的深度范圍內進行檢測，相比軋輥幾百微米的疲勞硬化層，實現(xiàn)徹底檢測的工作量很大。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種軋輥疲勞硬化層的超聲表面波非線性檢測方法，該方法采用超聲表面波傳播過程中的非線性二次諧波發(fā)生效應實現(xiàn)對軋輥疲勞硬化層的檢測，為實現(xiàn)定量評價軋輥疲勞硬化層提供一種有效的無損檢測手段，檢測結果準確可靠。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種軋輥疲勞硬化層的超聲表面波非線性檢測方法，包括以下步驟：

步驟一、準備好帶有不同疲勞硬化層厚度的系列標準試塊，系列標準試塊上疲勞硬化層的厚度為已知的；

步驟二、采用聲表面波對系列標準試塊進行探測得到與系列標準試塊一一對應的一系列基頻和二次諧波信號，并對該一系列的基頻和二次諧波信號進行傅立葉變換，得到與系列標準試塊一一對應的一系列標準頻域信號，該一系列標準頻域信號即為對應厚度的疲勞硬化層的標準頻域信號；

步驟三、采用聲表面波對被測軋輥進行檢測，得到被測軋輥的基頻和二次諧波信號，將該基頻和二次諧波信號進行傅立葉變換，得到實測頻域信號；

步驟四、將實測頻域信號與標準頻域信號進行對比得到對應的疲勞硬化層的厚度值。

所述步驟二和步驟三之間還包括對被測軋輥表面進行磨光的步驟。

所述?步驟四后還包括繪制軋輥周身疲勞硬化層厚度分布的步驟，具體為在被測軋輥上的不同位置進行重復步驟三、四，得到被測軋輥周身各位置點上的疲勞硬化層分布。

該檢測方法最后還包括驗證步驟，具體為將被測軋輥逐層減薄后重復步驟三、四，得到每次減薄后的疲勞硬化層的厚度值，比較逐層減薄的結果與測量結果是否一致。