冷轧辊超声波探伤(2)

20支实心辊，经两年的使用考核，再未发生断辊。宝钢冷轧厂也曾使用过一支冷轧辊，内孔存在一个3～5mm的接刀台阶，结果该辊使用不久就发生断辊事故。因此，对空心辊的孔壁表面质量要求很严，规定必须采用超声探伤及内窥镜进行检查，不允许孔壁表面有尖锐的刀痕、划伤以及任何暴露在孔壁表面的缺陷。在GB/T 13315《锻钢冷轧工作辊超声波探伤方法》标准中将中心孔附近定为Ⅲ区，对此区UT的要求与辊身近表层的Ⅰ区相似。一般说来，在实际生产中，因为在锻件的近表层区(Ⅰ区)材料很纯净，组织很致密而很少遇到缺陷，而Ⅲ区因处于锻件的中心部位，容易残留一些锻造不致密及夹杂性缺陷而在探伤中被发现。这类缺陷中危害最大的是与中心孔壁基本垂直的裂纹。鉴于其方向性不利于径向垂直探查，检测人员在探伤中应特别注意中心孔底波后一个小范围内的回波信号，当探头沿周向或轴向移动时注意这种回波信号的变化，以作出正确的判断。见图1所示:图1 带中心孔轧辊内孔壁附近裂纹性缺陷的波形空心辊的超声探伤中另一个需要注意的是灵敏度校定问题。由于空心辊探伤时使用内孔回波作为基准底波，在用DGS方法校定灵敏度时，要对内孔凸弧面发散衰减进行修正，将计算出的起始灵敏度增益量减去修正值10Log10Rr(dB)。 2.1.2 Phantom Echo问题

冷轧辊在UT时有时会出现幻象波(Phantom echo)干扰问题，对此UT人员应能进行正确的识别。无论是冷轧辊的锻件、中间半成品以及成品辊，其金相组织均很细，对GB/T 13315标准中规定使用的2～

2.5MHz的超声而言，基本无材质衰减。由于规定的φ2平底孔起始灵敏度很高，对于直径在400～600mm的实心辊，灵敏度约为基准底波再加43～49dB，一般探伤仪与这些声程相配的脉冲重复频率(PRF)约为250～500Hz，在这些条件下探伤极易产生幻象波或混响回波。这时必须注意区别是真实的缺陷信号还是幻象波信号。探伤中，当前一次超声脉冲在工件中反复传输形成的多次底波未因扩散、散射和吸收衰减而在下一次超声脉冲到来前降至足够低，则此种残余信号将与下一次超声脉冲信号相混合而显示在屏幕上，形成幻象波。因此幻象波的产生有三个条件：

·工件材质对所用频率的超声有足够低的超声衰减系数； ·仪器发射的两次相邻脉冲间隔时间足够短，即PRF足够高； ·仪器接收放大电路的增益量足够大，即灵敏度足够高。

工件的超声衰减由扩散衰减和材质衰减两部分组成。扩散衰减在所用探头确定后仅与工件形状尺寸有关。由于空心辊的内孔凸弧面扩散衰减很大，因而空心辊没有幻象波问题。从UT角度看，工件品质越优良，组织中各种夹杂物包括低倍缺陷越少，晶粒越细小、均匀，材质的超声衰减也越小。因此优质的锻钢冷轧辊在UT时易产生幻象波。幻象波具有下列特征：它不因探头在探伤面上的移动而发生波高和位置的变化，波的前沿陡直，波形尖细；当仪器PRF(脉冲重复频率)不够稳定时，幻象波位置能随时间由左向右缓慢移动；使用交流电源时，幻象波可能因交流频率的变化而变得虚幻，在屏幕上的图像变粗；幻象波的数量及高度随所用的PRF增加而增加，随PRF的降

低而降低以致消失。此外，由于使用较高频率超声时，材料衰减系数增大，此时即使用较高的PRF也不易产生幻象波干扰。参见图片2。图2. PRF 500Hz时的波形(左)，幻象波既高又多；PRF 125Hz时，幻象波大为降低和减少(右)。综上所述，鉴别幻象波的简单方法如下： a.探伤发现可疑回波时，降低PRF，如果可疑波消失或波幅降低可确认为幻象波,真正的缺陷波是没有变化的；

b.幻象波是底波的多次反射，因此，用探头检查工件另一面时或直径相同的其他部位时，波的位置不变。用手或油刷触动探头检查的底面时，屏幕上的波形也跟着跳动，则可确认是幻象波，真正的缺陷波是不会跳动的。

2.1.3电渣钢与钢包精炼钢轧辊的缺陷定性问题

现代带钢冷轧辊的材质通常为含Cr 2～5%的高碳合金锻钢。由于对冷连轧工作辊及中间辊的性能要求很高，冷轧辊坯必须采用电渣重熔法(ESR)冶炼的钢锭或钢包精炼工艺炼成的钢锭来锻造。在冷轧辊的制造中，通常要经过2～3次热处理和多项机加工。有时因为热处理工艺或使用的需要，在轧辊中要加工出中心通孔；对另一些冷轧辊，因为考虑用户后续的综合使用及改制的要求和对所用热处理工艺的适应性，则要求制造实心辊。上述生产工艺、材质以及形状、尺寸等因素决定了轧辊内部缺陷和相应的超声检测技术的特点。由于锻造对铸锭原始缺陷的消除和改善以及热处理对锻件内部缺陷的影响，锻钢冷轧辊的超声检测主要采用直探头沿径向探测的方法，通常不采用轴向检测和斜角探测。冷轧辊超声探伤时，对所发现的缺陷定位和定量

均容易完成。对缺陷的定性则要在综合了解轧辊的铸、锻、热处理工艺的基础上进行。根据广大检测人员多年的工作实践，对冷轧辊进行缺陷定性分析时应注意以下几点：

a.不同的冶炼和铸锭方式会形成各自容易发生的冶金缺陷,因此对缺陷定性时应了解锻坯所用的钢锭的熔炼及铸造特性。常用的ESR锭的金属纯净度高，特别是当自耗电极由锻造制成时，其合金偏析小，高倍夹杂物少。由于ESR锭身是自下而上顺序凝固的，基本不存在中心疏松问题。故ESR锭锻坯是优质冷轧辊的最佳原料。但是ESR锭也有缺点。除了能源消耗高、成本昂贵外，ESR工艺本身不利于钢水脱气。特别是电渣料含水分高时，〔H〕有可能从电熔渣扩散到钢水中去，使钢中含〔H〕量升高。另一方面，对于含C在0.9％左右的高碳铬钢，在ESR锭钢水结晶时，因离异共晶作用，在铸造组织中形成伪共晶液析碳化物。这些碳化物如在加热锻造过程中如未得到充分扩散、固熔及锻造破碎，则可能在锻件中存在较大块的碳化物块和偏聚的碳化物团。在UT声程相近或相同时，会发生偏聚碳化物反射声压的叠加，形成缺陷反射回波。偏聚的液析碳化物的反射声压的平底孔当量可达φ2以上,位置通常在直径较大而锻比较小的辊身部位，分布深度常在直径的三分之一左右。在锻件含〔H〕量较高时，钢中的氢原子容易聚集到液析碳化物边界处，锻造后可能在这些部位引发微裂纹。此种微裂纹性质与合金结构钢的白点相似。在锻坯以后的热处理工艺中可能会发生微裂纹连接、扩展长大，在探伤时一旦发现则将予以判废。当ESR钢中液析碳化物的偏聚程度低，锻件的含

〔H〕量低，而这种碳化物在热处理过程中因奥氏体化高温而发生进一步固溶，较大而长的碳化物块溶断、细化，使偏聚得到改善，这种情况在热处理后的UT中碳化物反射声压会比原先降低。上述两种情况都使UT发现的缺陷当量在热处理前后发生明显变化。这种变化不能用灵敏度波动来解释，恰恰说明了这种回波波形酷似夹杂物回波的“夹杂性缺陷”的性质是上述偏聚液析碳化物。实际上在电渣钢冷轧辊中真正的夹杂性缺陷是很罕见的。

b.冷轧辊的另一种常用锻坯锭料是采用吹氩精炼、真空除气的钢包精炼炉冶炼的钢锭。采用这种工艺路线制造的冷轧辊有效地克服了钢中〔H〕含量过高带来的危害，钢中其他气体和各种夹杂物也较少，成本也较ESR为低。钢包精炼辊UT中的一个主要问题是由铸锭中心低倍铸造缺陷在锻造中未能很好改善形成的中心缺陷。这些缺陷信号通常表现为单个的、密集的、线性的甚至连续性的夹杂性回波，当量大小一般在Φ2左右或稍大。在GB/T 13315标准中对此类缺陷有明确的质量控制要求。这种缺陷主要与铸锭及锻造工艺(包括锭型、锭模、铸造温度、锻造温度、锻比、砧形)等有关。采用斜度较大的锭型，适度变化的上薄下厚的锭模壁厚和上厚下薄的锭模涂料，适度降低钢水浇铸温度，改善钢锭的顺序凝固条件,将对此类缺陷的消除起明显效果。因此了解铸锭和锻造工艺是对缺陷进行定性分析的必要条件。

2.2 缺陷定量法及基于DGS原理探伤的快速心算法 2.2.1 冷轧辊的缺陷定量法

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