Способ дефектометрии прокатных листов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее - к дефектометрии листов в прокатном производстве. Задача, решаемая изобретением, - улучшение качества и достоверности дефектометрии без снижения производительности прокатного агрегата в технологическом потоке. В способе дефектометрии прокатных листов, включающем возбуждение в листе ультразвуковых волн, распространяющихся перпендикулярно плоскости контролируемого листа, прием отраженного сигнала и его обработку, между плоскостями электромагнитно-акустических преобразователей и плоскостью контролируемого листа подают сжатый воздух. При этом нитки соседних электромагнитно-акустических преобразователей ориентируют в плоскости объекта контроля под углами, отличными от нуля, с частичным или полным перекрытием объекта контроля по сечению и дополнительно производят импульсную нормализацию магнитного состояния объекта контроля, а принимаемые ультразвуковые сигналы подвергают когерентной обработке. Устройство для дефектометрии прокатных листов, содержащее совокупность преобразователей, подключенных к блоку генераторов и к блоку приемных усилителей, соединенных с входом регистрирующего устройства, содержит систему магнитопневматического поддержания постоянства зазора между плоскостью листа и преобразователем, блок когерентного накопления отраженного сигнала, включенный между выходами приемных усилителей и входом регистрирующего устройства. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к металлургии, конкретно, к дефектометрии листов в прокатном производстве.

Известны установки типа "Дуэт" (Методы акустического контроля металлов. Н.П.Алешин и др.: Под ред. Н.П.Алешина. - М.: Машиностроение, 1989, стр. 378 - 380), содержащие совокупность преобразователей, подключенных к блоку генераторов, и к блоку приемных усилителей, соединенных со входом регистрирующего устройства. Установки позволяют с высокой плотностью осуществлять прозвучивание листов в направлении, перпендикулярном их плоскости.

Недостатки установок обусловлены применением пьезоэлектрических преобразователей, требующих обязательного наличия промежуточной жидкой среды (контактной жидкости). Это и громоздкость установки (иммерсионные ванны, моечно-омывающие устройства), и узкий диапазон температур листов, и сравнительно низкие скорости контроля (0,5-1 м/с).

Применение воды может приводить к коррозии металла, что оказывает неблагоприятное влияние на товарный вид продукции.

Этих недостатков лишены электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП). Они способны без применения промежуточной среды возбуждать и принимать объемные (например, сдвиговые) ультразвуковые волны, распространяющиеся перпендикулярно поверхности объекта контроля (Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1989, стр. 34, 35). Приемо-излучающим элементом ЭМАП является высокочастотная катушка. Ориентация витков в рабочей зоне (зоне электродинамического взаимодействия) определяет направление поляризации в возбуждаемой волне.

К достоинствам ЭМАП относят отсутствие контактной жидкости, возможность работы в условиях высоких температур, стабильность амплитуды сигнала при наличии неровностей поверхности листа, окалины, краски.

Сдвиговые волны, возбуждаемые ЭМАП, более чувствительны к некоторым дефектам.

Однако эффективность работы ЭМАП существенно зависит от величины намагничивающего поля. Чувствительность ЭМАП в значительной мере обусловлена и величиной рабочего зазора. Увеличение зазора существенно снижает чувствительность.

Препятствием для применения ЭМАП в составе установок для контроля листов в потоке является также и их общая низкая чувствительность и наличие весьма специфической помехи. Эта помеха возникает при перемещении ЭМАП относительно листа, при этом неизбежные локальные изменения состояния намагниченности объекта контроля индуцируют мощную, занимающую широкую область спектра, помеху.

Известно, что для поддержания постоянного зазора между преобразователем и объектом контроля применяются поддерживающие ролики, однако использование катящихся роликов, поддерживающих зазор между ЭМАП и ОК, является ненадежным и может быть применено лишь в случае отсутствия абразивного воздействия окалины и металлической пыли, так как эти факторы способствуют износу и быстрому разрушению ЭМАП в результате взаимодействия с шероховатой поверхностью ОК. Цель изобретения заключается в улучшении качества и достоверности дефектометрии, без снижения производительности прокатного агрегата в технологическом потоке.

Указанная цель достигается тем, что в способе дефектометрии прокатных листов, включающем возбуждение в листе ультразвуковых волн, распространяющихся перпендикулярно плоскости контролируемого листа, прием отраженного сигнала и его обработку, в зоне контроля возбуждают электромагнитное поле, а между плоскостями электромагнитно-акустических преобразователей и плоскостью контролируемого листа подают сжатый воздух, при этом витки соседних электромагнитно-акустических преобразователей ориентируют в плоскости объекта контроля под отличными от нуля углами с частичным или полным перекрытием объекта контроля по сечению и дополнительно производят импульсную нормализацию магнитного состояния объекта контроля, а принимаемые ультразвуковые сигналы подвергают когерентной обработке.

Устройство для дефектометрии прокатных листов, содержащее совокупность преобразователей, подключенных к блоку генераторов и к блоку приемных усилителей, соединенных со входом регистрирующего устройства, содержит систему магнитно-пневматического поддержания постоянства зазора между плоскостью листа и преобразователем, блок когерентного накопления отраженного сигнала, включенный между выходами приемных усилителей и входом регистрирующего устройства, а также систему нормализации магнитного состояния объекта контроля, включающую блок выработки нормализующих импульсов, соединенных с блоком генераторов, и по крайней мере одну нормализующую катушку.

В процессе контроля магнитно-пневматическое взаимодействие обеспечивает необходимую величину зазора между ЭМАП и объектом контроля, а отличный от нуля угол между витками соседних ЭМАП снижает их влияние друг на друга.

Отличие заключается в том, что устройство дополнительно содержит блок когерентного накопления, включенный между выходами приемных усилителей и входом регистрирующего блока. Применение когерентной обработки гарантирует формирование четкого сигнала от дефекта и способствует эффективному подавлению помех.

Осуществлению указанной цели способствует и то, что дополнительно в состав устройства входит система нормализации магнитного состояния объекта контроля, включающая блок выработки нормализующих импульсов, соединенных с блоком генераторов, и по крайней мере одну соединенную с ним электромагнитную катушку.

Улучшение качества дефектометрии происходит за счет того, что блок когерентного накопления обеспечивает гарантированное формирование полезного сигнала по большему числу n ≥ 2 реализации. Физически сигнал когерентного накопления представляет собой результат многократного (n ≥ 2) сложения отраженных сигналов с учетом их амплитуды и фазы. При этом помехи, имеющие, как правило, случайные амплитудно-фазовые характеристики, взаимокомпенсируются. При этом происходит увеличение отношения полезный сигнал/помеха. Блок нормализации объекта обеспечивает стабильность магнитного состояния контролируемого объекта, что значительно снижает помеху, возникающую при взаимном перемещении ОК и ЭМАП.

В этих условиях появляется возможность своевременного обнаружения дефекта. При этом, без снижения производительности, лист с недопустимым дефектом может быть отбракован, а в режиме нагрева и прокатки может быть осуществлена коррекция.

Анализ научно-технической и патентной литературы показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявляемых способа и устройства с признаками известных технических решений. На основании этого делается вывод о состоянии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность дефектометрии (фиг. 1) заключается в том, что генерируемые ЭМАП электромагнитные импульсы возбуждают в контролируемом объекте 1 упругие колебания, пройдя сквозь толщу материала, сигнал - ультразвуковой импульс отражается от противоположной донной поверхности листа и, возвращаясь, попадает на ЭМАП. Регистрирующее устройство 8 (например, экран электронно-лучевой трубки) отображает как зондирующий IV, так и отраженный импульс V (см. фиг. 1). При наличии дефекта между начальным и донным импульсами возникает промежуточный импульс VI. Если дефект полностью перекрывает путь зондирующему импульсу, то на экране может наблюдаться только зондирующий импульс IV и импульс от дефекта VII.

На фиг. 1 изображено: а, б, в - положения ЭМАП, а', б', в' - положение на экране ЭЛТ отраженного импульса.

I - объект контроля, II - датчики ЭМАП, III - расположение дефекта, IV - положение на экране ЭЛТ зондирующего импульса, V - данный импульс, VI - отражение от небольшого дефекта, VII - отражение от большого дефекта.

Способ дефектометрии горячекатаных листов осуществляют следующим образом (фиг. 2).

Пример. В процессе горячей прокатки листа транспортируемый по рольгангу 2 лист 1 движется к линейке 3, на которой установлены ЭМАП.

При достижении переднего конца листа зоны линейки 3 срабатывает датчик контроля положения объекта 11 и формируется сигнал на включение электромагнитной катушки 10 и подачу сжатого воздуха через отверстия в рабочих частях ЭМАП. Электромагнитная катушка 10 за счет создаваемого магнитного потока поджимает каждый из ЭМАП к поверхности контролируемого листа 1. Сжатый воздух, подаваемый из устройства 4 под рабочую часть ЭМАП, образует воздушную подушку, препятствующую полному прижатию ЭМАП к поверхности листа. Усилия, развиваемые электромагнитной катушкой, от воздушной подушки направлены встречно (см. фиг. 3). На фиг. 3 качественно изображены графики зависимости сил, действующих на ЭМАП, от величины рабочего зазора δ между ОК и ЭМАП. Магнитная сила F_м и сила отталкивания, обусловленная действием воздушной подушки, направлены противоположно и имеют начальные значения F_мо и F_во. Равнодействующая сила F_р имеет нулевое значение только при δ = δ_o. Из графика видно, что при изменении зазора в любую сторону возникает сила, возвращающая объект к необходимому зазору. Этот зазор обеспечивает защиту ЭМАП от истирания.

На фиг. 2 показана структурная схема установки дефектометрии в потоке производства листового проката.

Установка для дефектометрии листового проката состоит из объекта контроля 1 (например, горячекатаный лист), транспортирующего рольганга 2, в нее входит линейка с электромагнитно-акустическими преобразователями (ЭМАП) 3, система магнитно-пневматического поддержания постоянства зазора между ОК и ЭМАП 4, генератор зондирующих импульсов 5, усилитель 6, блок когерентного накопления 7, регистрирующее устройство 8, блок нормализации магнитного состояния объекта контроля 9, нормализующая катушка 10, датчик положения переднего фронта контролируемого объекта 11.

При прохождении по установке листа осуществляется его плотный контроль. Генератор 5 одновременно или в определенной последовательности возбуждает преобразователи. Принимаемые сигналы поступают на блок 6 усилителей. Усиленные сигналы с выхода блока усиления подаются на вход блока 7 когерентного накопления. В этом блоке происходит аналого-цифровое преобразование и когерентная обработка сигналов. При этом полезный сигнал складывается в одной фазе и быстро "растет".

Помеха же, имеющая случайные амплитуды и фазу, "нарастает" значительно медленнее. В результате на входе регистрирующего устройства 8 сигналы имеют уже в раз лучшее соотношение с помехой, где n - число когерентных накоплений.

Для предотвращения импульсной помехи, обусловленной движением объекта контроля с неоднородно намагниченной поверхностью, перед очередным циклом прозвучивания блок 9 нормализации выдает импульс тока на нормализующую катушку 10. Магнитное состояние участка объекта контроля 1 становится более однородным, что способствует существенному снижению интенсивности помехи.

Полученные результаты отображаются на блоке регистрирующего устройства 8 (фиг. 2) и распечатываются. На фиг. 4 приведен реальный протокол контроля дефектного листа. На фиг. 5 приведен протокол годного листа.

Предлагаемые способ и устройство могут быть применены на любых станах горячей и холодной прокатки, а также на любых линиях, предназначенных для дефектометрии листового проката. Применение предлагаемого способа и устройства позволяет за счет приплаты за дефектоскопию поставляемого заказчику металла получать экономический эффект, составляющий 4 - 6% от стоимости поставляемого проката.

Перечисленные выше мероприятия, являющиеся предметом предлагаемого изобретения, позволили создать эффективную, компактную и надежную электромагнитно-акустическую установку "СЕВЕР" и включить ее в технологический поток стана 2800 ЛПЦ-1 ОАО "Северсталь" в городе Череповце.

Формула изобретения

1. Способ дефектометрии прокатных листов, включающий возбуждение в листе ультразвуковых волн, распространяющихся перпендикулярно плоскости контролируемого листа, прием отраженного сигнала и его обработку, отличающийся тем, что между плоскостями электромагнитноакустических преобразователей и плоскостью контролируемого листа подают сжатый воздух, при этом витки соседних электромагнитно-акустических преобразователей ориентируют в плоскости объекта контроля под углами, отличными от нуля, с частичным или полным перекрытием объекта контроля по сечению и дополнительно производят импульсную нормализацию магнитного состояния объекта контроля, а принимаемые ультразвуковые сигналы подвергают когерентной обработке.

2. Устройство для дефектометрии прокатных листов, содержащее совокупность преобразователей, подключенных к блоку генераторов и к блоку приемных усилителей, соединенных с входом регистрирующего устройства, отличающееся тем, что оно содержит систему магнитоакустического поддержания постоянства зазора между плоскостями листа и преобразователем, блок когерентного накопления отраженного сигнала, включенный между выходами приемных усилителей и входом регистрирующего устройства, а также систему нормализации магнитного состояния объекта контроля, включающую блок выработки нормализующих импульсов, соединенный с блоком генераторов, и по крайней мере одну нормализующую катушку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5