周立波 石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司

陣列渦流檢測技術(shù)是圓鋼表面缺陷的有效檢測方法之-。它是通過渦流檢測線圈和防磨靴結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計,利用計算機化的渦流探傷儀強大的分析、計箅及處理功能,實現(xiàn)對材料和零件快速有效的檢測。在圓鋼表面沿月向按-定方式布滿渦流點式探頭,探頭是由多個獨立工作的線圈構(gòu)成,這些線圈按照特殊的方式排布,且發(fā)射線圈與接收線圈之間形成兩種方向互相垂直的電磁場傳遞方式,利用電子旋轉(zhuǎn)切換掃描原理,在圓鋼直線運動的同時,完成圓鋼表面的渦流探傷。線圈的這種排布方式,具有檢測靈敏度高和檢測速度快的優(yōu)點,有利于發(fā)現(xiàn)取向不同的表面缺陷。陣列渦流檢測技術(shù)克服了普通線圈對缺陷方向性敏感的缺點。

一、設(shè)備技術(shù)參數(shù)

（一）棒材工藝參數(shù)

被檢測棒材規(guī)格范圍：棒材直徑 Φ30～Φ110mm，棒材長度4～9m；

棒材表面狀態(tài)：拋丸或修磨處理，表面清潔度（SA2.0—2.5級），表面粗糙度（≤Ra12.5—25μ）；

棒材彎曲度：≤2mm/m，全長總彎曲度不大于鋼材長度的1‰。

（二）設(shè)備技術(shù)指標及參數(shù)

1.性能指標

檢測靈敏度：縱向缺陷10mm×0.15mm×0.2mm（長×寬×深）；點狀0.3mm×5mm(深×直徑)；

檢測速度：20～60m/min，連續(xù)可調(diào)；

端部盲區(qū)：≤50mm；

信噪比：≧9db

2.設(shè)備配置

探頭數(shù)目：12個，12線圈/探頭

線圈尺寸：5×5（長×寬）

激發(fā)頻率：500KHz

本套系統(tǒng)采用一組探頭覆蓋Φ30～Φ110mm全規(guī)格，單個探頭曲面覆蓋全規(guī)格范圍見示意圖1。

圖1 曲面探頭覆蓋大范圍的圖示Fig.1 lustration of the coverage of a large range by a single curved probe

二、檢測前技術(shù)準備

（一）設(shè)備校準

該檢測系統(tǒng)共有檢測線圈120個，為了使所有檢測線圈對同一缺陷的精度相同，并且相位一致，需要使用同一樣棒上的同一人工缺陷對各通道線圈信號進行一致性校準操作。并且，為了校準方便，提高更換規(guī)格時的速度，校準操作采用所檢測規(guī)格上限Φ110mm為校準樣棒，樣棒見示意圖2。

圖2 校準樣棒Fig 2 CALIBRATION BAR

校準過程比較簡單，在機械結(jié)構(gòu)調(diào)整完以后，進入渦流校準模式，對圖2所示樣棒進行檢測，然后利用軟件工具對人工傷信號進行增益補償，從而使各通道信號精度一致，見示意圖3。在出現(xiàn)下列情況時，需要進行校準操作：更換探頭、更換了信號電纜、信號激發(fā)板、更換防磨靴、發(fā)現(xiàn)信號異常時。

圖3 信號校準示意Fig3 calibration signal

（二）平衡操作

陣列渦流探頭線圈采用自比較式方形線圈，為了減少棒材表面狀態(tài)對檢測信號的影響，在校準完以后檢測之前，需要使用被檢測棒材對渦流系統(tǒng)進行相位及線圈感應(yīng)電壓的平衡操作。具體操作步驟：進入檢測模式，選中平衡操作，待棒材進入設(shè)備以后渦流探頭自動貼抱于棒材表面，待系統(tǒng)自動平衡完以后，棒材自動退出，完成平衡操作可以進行檢測。

三、檢測精度的優(yōu)化及確定

（一）初設(shè)檢測精度存在問題

針對渦流檢測的精度控制方面，主要是依賴于設(shè)備廠家提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和日常進行的實驗數(shù)據(jù)進行設(shè)置，其檢測精度與實際缺陷之間存在一定的誤差，導(dǎo)致在一定的檢測精度要求下，檢測合格率不能真實反映質(zhì)量情況；同時，為了避免出現(xiàn)質(zhì)量異議，在對棒材使用0.3mm檢測精度進行檢測時，出現(xiàn)了100%不合格的情況，但棒材的實際表面質(zhì)量并不是這種情況，根據(jù)對被檢測缺陷進行低倍測量，發(fā)現(xiàn)缺陷實際深度與檢測設(shè)置靈敏度存在不同層次的非線性關(guān)系。

（二）確定精度思路

為了解決檢測精度與實際缺陷之間存在一定的誤差，本項目主體思路是利用人工傷模擬自然缺陷，主要是針對裂紋缺陷；同時根據(jù)《圓鋼渦流探傷方法》GB/T11260-2008，詳細了解國標準中對缺陷的尺寸設(shè)計要求和不同規(guī)格對檢測精度的要求。使人工缺陷信號反映更接近自然缺陷，從而達到利用人工傷代替經(jīng)驗數(shù)據(jù)設(shè)置靈敏度的目的，最終形成渦流檢測設(shè)置的具體操作方法，規(guī)范渦流檢測精度設(shè)置標準。

（三）樣棒制作

1.研究國標、確定刻傷機型號和刀片尺寸

在購置刻傷機之前，認真研究了《圓鋼渦流探傷方法》GB/T11260-2008，詳細了解了國標準中對缺陷的尺寸設(shè)計要求和不同規(guī)格對檢測精度的要求。并根據(jù)樣棒長度和規(guī)格范圍與廠家進行了詳細的溝通，確定了刻傷機的型號和刀片的尺寸型號。

（1）刻傷機的使用

刻傷機的技術(shù)參數(shù)包括：

①電機參數(shù)：功率：60W，轉(zhuǎn)速：2800N=r/mim

②刀片寬度：0.10mm、0.20mm、0.50mm (±0.02mm )

③刻傷深度：0～3.5mm（±0.05mm）

④鋼材刻傷距端部：小于200mm

為了切實保證人工傷的尺寸誤差范圍在國標控制范圍之內(nèi)，在刻傷過程中，反復(fù)對刻傷刀片在深度和缺陷長度的移動速度方面進行試驗，通過反復(fù)試驗，確定了根據(jù)鋼種差異刀片給進速度的差異，并且解決了刻傷機0位定位不準和不能滿足端部50mm內(nèi)不能刻傷的問題。

2.人工傷尺寸鑒定和樣棒設(shè)計

刻傷尺寸的精確程度，直接影響到檢測設(shè)置的合理性，為此在品質(zhì)部物理實驗室的協(xié)助下，對刻傷尺寸進行了高倍測量，確保了缺陷的尺寸。

樣棒的作用是確定儀器的綜合性能指標，其中包括：檢測精度、周向靈敏度差、端部盲區(qū)、信噪比等。結(jié)合國家標準要求，根據(jù)我們的設(shè)備特點，設(shè)計了樣棒的缺陷分布，并提出了檢測測試圖形分析方法。

（四）信號分析和精度設(shè)定

根據(jù)國家標準要求，選擇三個深度進行了實驗，分別是：0.2mm深×0.1mm寬×20mm長；0.2mm深×0.2mm寬×20mm長；0.2mm深×0.5mm寬×20mm長。圖4為三種缺陷的實際檢測圖形，根據(jù)測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，同樣深度的人工傷，寬度不一樣時，檢測信號大小不同，但是我們認為人工傷寬度越窄越接近于實際裂紋阻抗反映，同時對實際裂紋寬度進行測量，其寬度尺寸與0.2mm人工傷寬度基本一致。因此，我們應(yīng)該利用0.2mmD＊0.2mmW＊20mmL的人工傷作為檢測設(shè)置依據(jù)。

圖4 相同深度、不同寬度缺陷信號Fig4 Fig4:Signals of defects with same depth but different widths

利用新設(shè)置的0.2mm深檢測精度軟件對φ90mm，45#進行了檢測，檢測合格率40%（該爐鋼材合同沒有要求檢測，根據(jù)生產(chǎn)隨機選擇了該爐進行試驗）。對四處檢測出的缺陷進行了定位、修磨、低倍、高倍觀察，三個缺陷性質(zhì)為裂紋，其中一個為軋痕，根據(jù)對實際檢測的缺陷進行分析，缺陷深度與檢測精度設(shè)置之間線性關(guān)系比較接近，因此，確定帶有0.2mm深×0.2mm寬人工傷制作的樣棒作為精度設(shè)定依據(jù)。

四、優(yōu)化效果

經(jīng)過對檢測精度進行優(yōu)化，對實際檢測的自然缺陷又進行了進一步的設(shè)備性能驗證，通過對檢測出的自然缺陷進行磁粉探傷對比、定位、修磨、低倍、高倍觀察、測量，繪制了渦流設(shè)備性能分析圖表，見圖5，通過圖表可以看出，雖然出現(xiàn)了一個漏檢缺陷，但渦流設(shè)備檢測性能總體還是可靠的，線性關(guān)系良好。

圖5 檢測性能分析Fig5 Analysis of inspection performance