賈冠飛　黃書軍　章曉輝　郭志丹　黃以紅

(1.中信重工機(jī)械股份有限公司，河南471039；

2.普銳特冶金技術(shù)(中國)有限公司，上海201108)

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軋機(jī)機(jī)架超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)解讀與鑄造工藝設(shè)計(jì)

賈冠飛1黃書軍1章曉輝2郭志丹1黃以紅2

(1.中信重工機(jī)械股份有限公司，河南471039；

2.普銳特冶金技術(shù)(中國)有限公司，上海201108)

摘要：通過對(duì)軋機(jī)機(jī)架超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)的解讀，為鑄造工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程控制提供依據(jù)，最終生產(chǎn)出滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的鑄鋼件。

關(guān)鍵詞：軋機(jī)；機(jī)架；超聲檢測；鑄造工藝

我公司與普銳特冶金技術(shù)(中國)有限公司聯(lián)合制造的1 450 mm軋機(jī)成套設(shè)備共包括16件機(jī)架，要求超聲檢測完全按照客戶提供的WN-M2100技術(shù)文件執(zhí)行。該批機(jī)架材質(zhì)為G20Mn5+N，單件毛重115 t，精加工狀態(tài)下主體壁厚670 mm，最大壁厚860 mm。鑄件截面厚大，冷卻速度較慢，且為低碳低合金鋼，流動(dòng)性差，偏向糊狀凝固，易產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷導(dǎo)致檢測不合格[1]。眾所周知，大型鑄鋼件的生產(chǎn)特點(diǎn)為單件或小批量，鑄件質(zhì)量受手工操作的影響易產(chǎn)生波動(dòng)。為保證鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，需對(duì)超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)解讀以明確質(zhì)量控制重點(diǎn)，為鑄造工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作提供依據(jù)。

1普銳特軋機(jī)機(jī)架超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)解讀

1.1技術(shù)要求

普銳特軋機(jī)機(jī)架技術(shù)文件WN-M2100要求：(1)鑄件粗加工后的超聲檢測按照EN 12680-1標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，檢測部位如圖1所示。驗(yàn)收要求見表1。(2)對(duì)于所有表1未列出的驗(yàn)收要求，按照EN 12680-1 4級(jí)(100 mm壁厚范圍≤600 mm)驗(yàn)收。而這些指標(biāo)也適用于壁厚600 mm的鑄件。

1.2超聲檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)解讀

圖1　機(jī)架的超聲檢測部位

(1)有別于通用標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域劃分，WN-M2100對(duì)機(jī)架從窗口內(nèi)側(cè)到外側(cè)壁厚方向的截面區(qū)域進(jìn)行了明確劃分，即1/3壁厚內(nèi)邊緣區(qū)、1/3壁厚中心區(qū)和1/3壁厚外邊緣區(qū)?！?00 mm特殊邊緣區(qū)域”包含在1/3壁厚內(nèi)邊緣區(qū)內(nèi)。

(2)因機(jī)架主體壁厚670 mm，超出了EN 12680-1標(biāo)準(zhǔn)所限定的厚度范圍，WN-M2100結(jié)合鑄件的特性和機(jī)架使用過程的受力情況，給出表1所示特定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

表1　軋機(jī)機(jī)架超聲檢測驗(yàn)收要求

(3)對(duì)底波衰減進(jìn)行了明確要求。

(4)根據(jù)技術(shù)文件WN-M2100要求，表中未列出缺陷面積的參考指標(biāo)適用EN 12680-1 4級(jí)，而這些指標(biāo)也適用于壁厚600 mm的鑄件，如表2 所示。

表2　EN 12680-1中體積

1.3檢測細(xì)則

普銳特公司專家要求我公司結(jié)合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)機(jī)架各加工面進(jìn)行100%超聲波檢測并出具檢測報(bào)告。超聲檢測探頭技術(shù)參數(shù)見表3。超聲檢測時(shí)機(jī)架各部位的探頭要求見圖2。

表3　超聲檢測的探頭技術(shù)參數(shù)

圖2　超聲檢測時(shí)機(jī)架各部位的探頭要求

(1)機(jī)架大平面和窗口外側(cè)面采用起始靈敏度為?6 mm當(dāng)量的直探頭進(jìn)行掃查。

(2)窗口內(nèi)側(cè)面分別采用起始靈敏度為?6 mm當(dāng)量的直探頭和?3 mm當(dāng)量的雙晶探頭進(jìn)行掃查，不僅檢測鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，還要檢測近表面缺陷，以減少對(duì)精加工后出現(xiàn)的表面缺陷的返修。

(3)窗口內(nèi)側(cè)R區(qū)部位，既要采用起始靈敏度為?6 mm當(dāng)量的直探頭和?3 mm當(dāng)量的雙晶探頭進(jìn)行掃查，又要采用起始靈敏度為?3 mm當(dāng)量、角度為45°的斜探頭進(jìn)行掃查，以確保能夠發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的線性顯示并在粗加工階段去除。

在檢測過程中若發(fā)現(xiàn)缺陷波，檢測者要注意觀察缺陷波和底波的變化，適時(shí)變化檢測方向、更改探頭，對(duì)缺陷的性質(zhì)進(jìn)行判定，同時(shí)對(duì)缺陷當(dāng)量、底波衰減量及尺寸進(jìn)行確認(rèn)，以判斷缺陷是否超標(biāo)[3]。

2普銳特軋機(jī)機(jī)架的鑄造質(zhì)量保證措施

2.1機(jī)架鑄造工藝性分析

機(jī)架輪廓尺寸8 730 mm×3 920 mm×1 300 mm，精加工狀態(tài)下主體壁厚670 mm，地腳端最大壁厚850 mm，壓下孔端最大壁厚860 mm，立柱部位截面尺寸700 mm×670 mm，長約6 000 mm，立柱截面厚大且斷面近似正方形，整體為桿狀，冒口的補(bǔ)縮距離相對(duì)較短，補(bǔ)縮難度較大，易產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。機(jī)架窗口內(nèi)側(cè)，尤其是R區(qū)要求最高，在鑄造工藝上需重點(diǎn)考慮，以保證該區(qū)域的質(zhì)量。

2.2鑄造工藝方案

2.2.1冒口設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在鑄造工藝上采用4個(gè)冒口的工藝方案，見圖3。壓下孔和地腳部位采用圓形冒口，對(duì)鑄件最厚大的部位進(jìn)行集中補(bǔ)縮。立柱部位采用腰圓冒口，增加冒口的延續(xù)度，減小冒口補(bǔ)縮距離。冒口尺寸依據(jù)熱節(jié)圓法計(jì)算，并用模數(shù)法進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2.2冷鐵設(shè)計(jì)

冒口之間設(shè)置專用隔砂冷鐵形成人為末端區(qū)，隔砂冷鐵采用分塊階梯形式以創(chuàng)造出溫度梯度的過渡從而延長冒口補(bǔ)縮距離、減小冒口負(fù)擔(dān)。針對(duì)“100 mm特殊區(qū)域”采取的措施：(1)窗口內(nèi)側(cè)R區(qū)鑄實(shí)，設(shè)置專用的“圓角冷鐵”以保證該部位的質(zhì)量，避免裂紋產(chǎn)生；(2)窗口內(nèi)側(cè)與底部專用冷鐵對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置壁厚相對(duì)較薄的隔砂冷鐵，強(qiáng)化末端區(qū)，保證內(nèi)壁質(zhì)量。圖4為MAGMA軟件對(duì)窗口內(nèi)側(cè)R角部位凝固過程溫度場的模擬，同時(shí)也顯示了窗口內(nèi)側(cè)與底部專用冷鐵對(duì)應(yīng)部位是否設(shè)置隔砂冷鐵以及隔砂冷鐵不同數(shù)量情況下的溫度場情況。

圖3　軋機(jī)機(jī)架鑄造工藝方案

圖4　機(jī)架窗口內(nèi)側(cè)部位的溫度場模擬

2.2.3澆注方案

機(jī)架單件毛重115 t，鋼液重180 t，采用三包合澆的澆注方案，以保證充型速度，澆注系統(tǒng)完全開放。

2.3生產(chǎn)檢驗(yàn)

粗加工后經(jīng)超聲檢測，16件機(jī)架質(zhì)量都合格，完全滿足客戶提供的檢驗(yàn)要求，有效保證了鑄件質(zhì)量和進(jìn)度。

3結(jié)論

(1)WN-M2100針對(duì)EN 12680-1標(biāo)準(zhǔn)中不適用壁厚600 mm的鑄件的超聲檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)給予了明確，同時(shí)對(duì)機(jī)架的超聲檢測區(qū)域進(jìn)行了詳細(xì)劃分，不同區(qū)域驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也不同：機(jī)架邊緣區(qū)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)比中心區(qū)要求嚴(yán)格，內(nèi)邊緣“100 mm特殊邊緣區(qū)域”要求最為嚴(yán)格，這既符合機(jī)架的使用要求，也符合鑄鋼件的凝固規(guī)律，因此該標(biāo)準(zhǔn)比較科學(xué)合理，值得國內(nèi)設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)借鑒。

(2)通過對(duì)超聲檢測標(biāo)準(zhǔn)的解讀，明確了普銳特軋機(jī)機(jī)架的整體驗(yàn)收情況和關(guān)鍵檢測部位。通過對(duì)鑄造工藝和生產(chǎn)操作過程的重點(diǎn)控制，有效避免了鑄件的質(zhì)量波動(dòng)，保證了16件軋機(jī)機(jī)架的質(zhì)量，為批量生產(chǎn)大型鑄鋼件積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王澤忠，楊小兵. 特大型軋機(jī)牌坊鑄鋼件的質(zhì)量分析與實(shí)踐[J]. 熱加工工藝，2010，39(15):56-58.

[2]謝新宏，易卓丹，曹軍，等. 西馬克鑄鋼軋機(jī)機(jī)架的檢驗(yàn)說明淺議[J]. 一重技術(shù)，2001(2～3)：140-141.

[3]王英峰，楊紹輝. 大型鑄鋼齒輪的超聲波無損檢測技術(shù)[J]. 金屬加工熱加工，2013(9)：45-46.

Interpretation of Ultrasonic Test Standard and

Casting Process Design for Rolling Mill Housing

Jia Guanfei, Huang Shujun, Zhang Xiaohui, Guo Zhidan, Huang Yihong

Abstract：By interpreting the ultrasonic test standard of rolling mill housing, a basis has been provided for casting process design and production process controlling. Eventually, the steel casting which meets the standard has been manufactured.

Key words：rolling mill; housing; ultrasonic test; casting process

作者簡介：賈冠飛(1983—)，男，碩士，工程師，主要研究方向是大型鑄鋼件鑄造工藝和技術(shù)。電話：18638369056，E-mail: jgf214@163.com

收稿日期：2015—09—07

中圖分類號(hào)：TG269

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B