高溫連鑄坯表面缺陷渦流檢測裝置的製作方法
2023-06-07 12:24:26 2
專利名稱：高溫連鑄坯表面缺陷渦流檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明為一種高溫連鑄坯表面缺陷渦檢測裝置，屬於連鑄坯表面探傷技術領域。
連鑄坯熱送-直軋(CC-DR)是綜合了煉鋼、連鑄和軋鋼方面最新技術發展起來的現代冶金工藝技術。它具有大量節能、提高成材率和縮短生產周期等顯著效果。為保證煉鋼、連鑄和軋鋼整條生產工藝流程的時間均衡，提高連軋質量，必須要在線及時的發現熱態鑄坯上難以避免的缺陷，從而避免毫無意義的繼續加工。通過無損探傷不但可以實現上述目的，同時無損探傷的信息還可以及時反饋給連鑄機對鑄造工藝參數進行適當調整，提高鑄坯質量。因此，連鑄坯表面熱態在線無損探傷是連鑄、連軋生產工藝中一個重要環節，其意義非常重要。連鑄板坯自結晶器出口成型後，經二冷區冷卻凝固，在此期間由於冶煉、拉坯速度、冷卻速度等多方面原因，難以避免地會產生各類型的缺陷，其中出現最高的、危害較大的是表面裂紋缺陷。CC-DR用的連鑄板坯設計其再軋制的壓下比是比較小的，所以在二冷區後，剪切機之前實施無損檢測最為合適。目前，國際上主要有德國、日本、瑞典及英、法等國家開展此項工作，其中採用渦流檢測對連鑄坯表面缺陷檢測效果較好，其突出的特點是無須任何耦合介質，可實現非接觸式工作，而且檢測靈敏度較高。但高溫渦流探傷與常溫下探傷比較有許多困難之處，如渦流探頭必須能承受1100℃以上的長時間高溫熱輻射，能抑制鑄坯表面振動斑痕所產生的噪聲，提高檢測信噪比，以及缺陷的定位，定量分析判斷等。
為此，本發明設計了一種高溫連鑄坯表面缺陷渦流檢測裝置。該裝置中的高溫探頭具有良好的高溫防護及檢測性能，可抗1100℃以上的高溫，該裝置中的機械掃描裝置和檢測結果記錄裝置能夠實現對熱態鑄坯在線運動條件下的表面缺陷進行定位和定量檢測，並將缺陷準確定位並及時記錄。
本發明的高溫連鑄坯表面缺陷渦流檢測裝置由高溫探頭、渦流探傷儀、機械掃描裝置和檢測結果記錄裝置組成。
本發明的目的是這樣實現的在高溫連鑄坯前進方向上，安裝在機械掃描裝置上的高溫探頭中的渦流探頭與鑄坯表面間距為3～5mm，且垂直於鑄坯表面上方，機械掃描裝置驅動高溫探頭在與連鑄坯前進方向相垂直的方向上做連續橫嚮往復運動，對鑄坯表面形成間隔為5～10mm的「鋸齒形」掃描軌跡，實現對被測表面的100%檢測，高溫探頭中的渦流探頭與渦流探傷儀相連接，渦流探傷儀通過計算機接口電路與由計算機和印表機組成的檢測結果記錄裝置相連結;計算機接口電路將渦流探傷儀輸出的模擬信號轉變成數位訊號輸入到計算機中，計算機記錄下渦流探頭的掃描信號，並在屏幕上顯示出鑄坯的表面狀態，並由印表機列印出來，從而可以方便地確定鑄坯表面的傷處的大小及位置。
下面結合附圖進行詳細描述
圖1為本發明裝置中的高溫探頭內部結構剖視圖。
圖2為安裝在高溫探頭中的渦流探頭示意圖。
圖3為渦流探頭的線路以及與渦流探傷儀的連接圖示。
圖4為機械掃描裝置結構圖示。
圖5為圖4的俯視圖。
圖6為圖4的側視圖。
圖7為A、B兩個位置開關工作時輸出的波形圖。
圖8為計算機接口電路。圖中虛線為接口電路。
圖9為計算機接口電路中A、B、C三點時間、電壓波形圖。
圖10為計算機接口電路中的LF358的波形圖。
圖11為計算機記錄的軟體框圖。
圖12為本發明裝置的檢測示意圖。
1、高溫探頭高溫探頭要在1100℃以上的高溫探傷，裝在高溫探頭中的渦流探頭要在距連鑄坯表面僅幾毫米的距離下長時間工作，因此，探頭必須能夠承受長時間的高溫烘烤，否則探頭將被強烈的熱幅射燒毀，所以必須要對渦流探頭進行高溫防護和冷卻。為此，本發明裝置中給出一種採用風水相結合的冷卻方式和採用特殊金屬形成全封閉結構的高溫探頭，它能保證渦流探頭在熱態檢測時其內部溫度始終保持40℃以下，從而保證了渦流探頭的電氣性能和良好的機械強度，滿足了動態檢測需要。
本發明裝置中的高溫探頭，如圖1所示，主要由芯子1，水套2，套筒3，主送風管5，支送風管6和套筒蓋4組成。芯子1位於高溫探頭的中心，渦流探頭8安裝在芯子1的底部中心，芯子1的內壁園周上成120°均勻分布著三支支送風管6，支送風管6與芯子1的內壁焊接在一起並延伸到芯子1的底部。三支支送風管6所構成的內園正好嵌入渦流探頭8，芯子1的底部用高阻合金封閉層7密封，如NiCrMnSi合金材料，高阻合金封閉層7將渦流探頭8和被測鑄坯表面隔離，以防止強烈的熱幅射損壞渦流探頭8，高阻合金對電磁信號衰減很小，且封閉層的厚度僅為0.3mm左右，因此對檢測結果影響不大。三支支送風管6在芯子1的上半部匯集到主送風管5，通過皮管與氣泵相連。在芯子1的上部園周上均勻分布有6個通風孔10，壓縮空氣由氣泵通過皮管泵入到主送風管5，再進入三支支送風管6，然後急速吹擊渦流探頭8的底部，並使由被測鑄坯表面幅射來的熱量迅速通過通風孔10排出。水套2用來對芯子1的外壁進行循環水保護，芯子1插入水套2的內腔並與其內壁緊配合，水套2的上部各有一個進水口12和一個排水口13，冷水由進水口12進入水套2再由排水口13流出，水套2中流動的冷水使芯子1與外界高溫環境完全隔絕，對芯子1內部的風冷起補償作用，這樣水套2中的冷水就成為芯子1的保護層，防止高溫從四周向芯子1幅射。高溫探頭的外殼為一套筒3，水套2和芯子1均裝於套筒3內，水套2的外園壁與套筒3的內園壁相配合。在套筒3的園壁上部均布有8個散熱孔11用來封閉套筒3的套筒蓋4上也開有4個以上散熱孔14，從芯子1的通風孔10排出的熱風可及時通過散熱孔11和14向外排出。套筒3的壁厚應不小於5mm，以利於對其內部部件構成保護。電纜線9將渦流探頭8與渦流探傷儀連接起來。
一般來說，影響連鑄坯質量的因素主要來源於其表面的裂紋，然而由於受工藝影響，鑄坯表面常出現規律性振痕，雖然這類缺陷本身對材料質量無大妨害，但卻給表面渦流探傷帶來麻煩。因為振痕引起的噪聲往往大於裂紋信號，採用常規的渦流探頭不僅不能克服振痕對探傷的影響，而且探頭和裂紋的相對運動、取向也影響檢測效果。為此，本發明採用了如圖2、圖3所示的渦流探頭。該渦流探頭由磁芯15、骨架16、線圈繞組17和接頭18組成。骨架16用膠木或尼龍製作，線圈繞組17用漆包線繞制，磁芯採用鐵氧體，鐵氧體的高磁導率區域在100K～1MHZ。在圖3中與渦流探頭8相連接的儀器激勵採用變壓器耦合方式，並與渦流探頭8按橋路方式連接，這樣可以有效地抑制提離效應，同時也有益於提高檢測速度。渦流探頭的測量信號以直接耦合方式輸入給渦流探傷儀的差動放大單元19，再做相敏檢波、濾波和相位旋轉(或信號旋轉)的信號處理。除此之外，渦流探傷儀還應帶有阻抗平面的矢量顯示功能。
在使用渦流探頭時，饋電給探頭的激勵源應具備足夠的能量，以增加場的強度和投射距離、提高檢測靈敏度，所以應採用閉環的電流源系統。
採用上述的渦流探頭具有下述優點①可以利用信號相位的差異抑制比裂紋深的振痕，振痕深度可以是0～2mm。
②探傷中裂紋的取向不受限制，均能很好的檢出。
2、渦流探傷儀本發明裝置中的渦流探傷儀為普通型號，如西德的FORSTERDEFECTOMATF2.825型，或DSP-100。渦流探傷儀與高溫探頭中的渦流探頭8相連接，再將信號輸入到計算機中。
3、機械掃描裝置本發明裝置的中的機械掃描裝置用來安裝高溫探頭並使其垂直於鑄坯的行進方向做高速橫向掃描。
機械掃描裝置如圖4、圖5和圖6所示。它由直線軸承21、直線軸承座27、探頭座22，滑槓24、牽引輪25、牽引拉杆26，支架30管線導鏈29、通風管23、進排水管28和檢測窗口38組成。
機械掃描裝置的兩個支架30是整套機械掃描裝置的支柱，兩條滑槓24和牽引輪25均固定在支架30上，兩個支架30位於保溫遂道47上頂的兩側，與保溫隧道牢牢固定。支架30的兩側各有根槽鋼41和42分別緊貼在其外側。兩槽鋼41和42固定在保溫遂道47上，這就使得該掃描裝置非常牢固，從而保證了檢測數據的準確。槽鋼41用來安放管線導鏈29，而槽鋼42上A、B兩點安裝兩個電磁感應開關35和34。兩根滑槓24固定在支架30上，它承載探頭座22沿軸向做平穩的高速運動，是高溫探頭51的運動軌跡。兩個直線軸承座27安裝在滑槓24上，直線軸承21安裝在直線軸承座27內，在靠近槽鋼42一側的軸承座的兩端安有兩個電磁感片36和37，其作用是當探頭座22高速運動時，為固定在槽鋼42上的A、B兩個電磁感應開關34和35提供靈敏的電磁感應信號，使掃描裝置進行往復運動，以完成對檢測結果的實時記錄。探頭座22固定在兩個直線軸承座27上，探頭座22上有個套筒環40、套筒環40上有三個沿園周方向均布的螺釘孔，高溫探頭51的套筒3安放在套筒環40中並用螺釘通過套筒環40上的螺釘孔將套筒3緊緊固定在套筒環40上，高溫探頭51由檢測窗口38伸出，牽引輪25為一皮帶輪，固定在支架30上，牽引輪上的牽引拉杆26與探頭座22上的牽引鼻43相連，直流電機通過皮帶傳動驅動牽引輪25運轉，再靠牽引拉杆26通過探頭座上的牽引鼻43拖動探頭座22沿滑槓運動。管線導鏈29可作180彎曲，其一端固定在槽鋼41的端部，另一端固定在探頭座22上，導鏈放置在槽鋼內，這樣導鏈29就可在槽鋼41內隨探頭座平穩運動。導鏈29的作用是將高溫探頭51內的各種管線(包括風管、進排水管、渦流探頭饋線等)整齊引出。便於探頭高速掃描，避免了由於管線繁多而造成運動時相互纏繞及電信號幹擾，影響檢測。由管線導鏈29中伸出的兩根進、排水管28分別接高溫探頭51內水套2中的進水口12和排水口13，進水管接進水口12，排水管接排水口13。由管線導鏈29中伸出的通風管23與高溫探頭中的主送風管與相通，將空氣壓縮機內的壓縮空氣輸送到高溫探頭51的主送內管5中對渦流探頭8進行風冷。
上述的機械掃描裝置由一個直流無級調速系統控制，直流電機帶動牽引輪25勻速轉動，該轉速可連續調整，牽引輪25通過牽引拉杆26和牽引鼻43帶著探頭座22沿滑槓24往復運動。固定在探頭座22上的高溫探頭51也隨之往復運動，高溫探頭51伸進保溫遂道47的檢測窗口，保溫遂道是由外殼為鐵板，裡面附著矽酸鋁耐火纖維的殼體31在小車及鐵軌周圍圍成的保溫空間。對遂道內沿遂道縱向行進的鑄坯表面進行往復掃描，鑄坯的行進速度很慢時而探頭的掃描速度較快時，則可實現對整個鑄坯表面進行掃描檢測。
4、檢測結果記錄裝置該裝置由一臺計算機和一臺印表機構成。
和管材、棒材的探傷方法不一樣，高溫探傷時需要對連鑄坯進行實時定點記錄，這樣可以在檢測結束時迅速地記錄下傷處在板坯上的位置，同時可以對傷處的大小進行致分類，為後續修整工序奠定基礎。
以鑄坯的行進方向為X軸，探頭的往復運動定為Y軸;A、B二點為渦流探頭8在Y軸方向水平行程，A、B二點即為槽鋼42上安裝的兩個電磁感應開關35和34的位置。對缺陷的定位記錄藉助一臺2BMDC/AT計算機完成。渦流探頭從B點移到A點，計算機在屏幕上顯示一行，從A點到B點，計算機換行，在A、B兩點處各安裝一個位置開關，如圖5所示的電磁感應開關35和34，該開關可採用JWKL-12電磁式感應位置開關。圖7為兩個開關工作時輸出的波形圖。
很顯然，圖7所示的波形無法直接用來控制計算機完成所需要的工作，同時渦流探傷儀輸出的模擬信號也必須轉換成計算機能接受的數位訊號，然後通過計算機接口電路與計算機相連接。
圖8的計算機接口電路中的74LS74是一個D觸發器，用B信號作為時鐘脈衝，用A信號作為傳零信號(A、B即電磁感應開關35和34處)，電路中A、B、C三點的波形如圖9所示，A、B為電磁感應開關35、34在接口路74LS74中的輸入信號，C為該元件的輸出信號。當渦流探頭8從B點移到A點，波形C為高電平，觸發計算機在屏幕上記錄一行，當渦流探頭8從A點移到B點時，C為低電平，計算機屏幕換行，這樣、渦流探頭住復運動一次，屏幕上記錄一行。
圖8中兩個LF356運算放大器用作比較器Ⅰ和Ⅱ，將渦流探傷儀輸出的模擬信號轉換成數位訊號，其波形如圖10所示，Z為渦流探傷儀在圖8中所示向接口電路中的輸入。可設兩個比較器Ⅰ和Ⅱ的閥值分別為E1和E2(E1＜E2)，如果兩個傷處的大小不一樣，那麼它們輸出的模擬信號也將不一樣。由於比較器的輸出直接輸入到8255並行口的PA0、PA1，這樣對於缺陷A1，PA口讀出的數是01H，而對應缺陷B1，PA口讀到的數是03H，計算機則根據PA口讀到的數也判斷傷處的大小，從而決定在屏幕上的顯示方式(如無傷顯白點，淺傷顯紅點，深傷顯蘭點)。
圖11是計算機記錄列印的軟體框圖。
下面結合具體實例對本發明裝置的檢測過程進行描述圖12為本發明裝置的檢測示意圖。
一、準備階段被測鑄坯33平放在載件小車32上，小車開入電加熱爐50內，當鑄坯表面溫度達到1100℃時，接通渦流探傷儀53，計算機54和印表機55及直流穩壓電源(供電磁感應開頭和計算機接口電路直流電源)等檢測、記錄裝置。調整好渦流探傷儀，實例中使用FORSTER2.825型，也可用其它渦流探傷儀。之後電爐斷電將爐門打開，小車32迅速沿軌道開出進入保溫遂道47，同時開動機械掃描裝置，讓高溫探頭51在檢測窗口內沿滑槓24高速往復動動，準備檢測。
二、檢測階段當小車32進入保溫遂道47後，調正小車行進速度，使其以很低的速度進入檢測區。高溫探頭51伸進檢測窗口38，垂直於小車的行進方向做高速橫向掃描。當鑄坯33剛剛進入檢測區的一瞬間，由於渦流檢測存在邊綠效應，渦流探頭8將接收到很強的渦流信號，渦流探傷儀53檢出此信號經處理後觸發檢測結果記錄裝置中的計算機開始記錄。渦流探頭8每往復運動一次，計算機屏幕上記錄一行園點，代表完成一次掃描。渦流探頭8由B點到A點，計算機54屏幕實時記錄一行，無傷時記錄白色園點;有傷時，當傷的深度為1mm～3mm則記錄紅色園點，當傷的深度大於3mm時記錄蘭色園點。渦流探頭8由A點掃回到B點時，屏幕不記錄，換另一行為下一次掃描記錄作準備。這樣，渦流探頭對鑄坯表面每往復掃描一次，計算機屏幕則記錄一行。假定渦流探頭8對鑄坯表面往復掃描了20次，則屏幕上將有20行記錄，由於鑄坯的行進速度是均速前進的，可將鑄坯縱向長度20等分，再經計算機數據處理，便可準確得知到鑄坯表面各點的坐標與屏幕上所記錄各點的對應關係，從而可根據圖象確定鑄坯表面傷痕的形狀及位置，實現了對鑄坯表面質量的實時檢測及記錄，且具有區分傷的深淺的功能。
三、結束及記錄列印當鑄坯全部通過檢測窗口後，從渦流儀上可觀察到信號消失，此時檢測結束，停止記錄，啟動印表機55，將計算機屏幕上的圖象列印出來，以備分析、保留。
權利要求
1.一種高溫連鑄坯表面缺陷渦流檢測裝置，其特徵在於本裝置由高溫探頭，渦流探傷儀，機械掃描裝置和檢測結果記錄裝置組成，高溫探頭安裝在機械掃描裝置中且垂直於鑄坯表面上方，高溫探頭中的渦流探頭與鑄坯表面間距為3～5mm，機械掃描裝置帶動高溫探頭在與鑄坯前進方向相垂直的方向上做連續橫嚮往復運動，對鑄坯表面形成間隔為5～10mm的「鋸齒形」掃描軌跡，高溫探頭中的渦流探頭與渦流探傷儀相連接，渦流探傷儀通過計算機接口電路與由計算機和印表機組成的檢測結果記錄裝置相連接，計算機接口電路將渦流探傷儀輸出的模擬信號轉變成數位訊號輸入到計算機中，計算機記錄下渦流探頭的掃描信號，並在屏幕上顯示出鑄坯的表面狀態。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於所說的高溫探頭由芯子(1)，水套(2)，套筒(3)，主送風管(5)，支送風管(6)和套筒蓋(4)組成，芯子(1)位於高溫探頭的中心，渦流探頭(8)安裝在芯子(1)的底部中心，芯子(1)的內壁園周上成120°均勻分布著3支送風管(6)，支送風管(6)與芯子(1)的內壁焊接在一起並延伸到芯子(1)的底部，3支支送風管(6)所構成的內園正好嵌入渦流探頭(8)，芯子(1)的底部用高阻合金封閉層(7)密封，3支支送風管(6)在芯子(1)的上半部匯集到主送風管(5)，通過皮管與氣泵相連，在芯子(1)的上部園周上均勻分布有6個通風孔(10);芯子(1)插入水套(2)的內腔並與其內壁緊配合，水套(2)的上部各有一個進水口(12)和一個排水口(13);高溫探頭的外殼為套筒(3)，水套(2)和芯子(1)均裝於套筒(3)內，水套(2)的外園壁與套筒(3)的內園壁相配合，在套筒(3)的園壁上部均布有8個散熱孔(11)，用來封閉套筒(3)的園壁上部均布有8個散熱孔(11)，用來封閉套筒(3)的套筒蓋(4)上開有4個散熱孔(14)，渦流探頭(8)通過電纜線(9)與渦流探傷儀相連接。
3.如權利要示1.2所述的裝置，其特徵在於所說的機械掃描裝置由直線軸承(21)，直線軸承座(27)，探頭座(22)，滑槓(24)，牽引輪(25)，牽引拉杆(26)，支架(30)，管線導鏈(29)，通風管(23)，進排水管(28)和檢測窗口(38)組成，兩個支架(30)是機械掃描裝置的支柱，兩條滑杆(24)和牽引輪(25)均固定在支架(30)上，兩個支架(30)固定在保溫遂道(47)上頂的兩側，支架(30)的兩側各有一根槽鋼(41)和(42)分別緊貼在其外側，槽鋼(41)和(42)固定在保溫遂道(47)上，槽鋼(41)用來安放管線導鏈(29)，槽鋼(42)上A和B兩點安裝兩個電磁感應開關(35)和(34)，兩個直線軸承座(27)安裝在滑槓(24)上，直線軸承(21)安裝在直線軸承座(27)內，在靠近槽鋼(42)一側的軸承座的兩端安有兩個電磁感應片(36)和(37)，探頭座(22)固定在兩個直線軸承座(27)上，探頭座(22)上有個套筒環(40)，套筒環(40)上有三個沿園周方向的均布的螺釘孔，高溫探頭的套筒(3)安放在套筒環(40)中並用螺釘通過套筒環(40)上的螺釘孔緊固在套筒環(40)上，高溫探頭由檢測窗口(38)伸出，牽引輪(25)上的牽引拉杆(26)與探頭座(22)上的牽引鼻(43)相連，直流電機通過皮帶傳動驅動牽引輪(25)運轉，管線導鏈(29)可作180°彎曲，其一端固定在槽鋼(41)的端部，另一端固定在探頭座(22)上，由管線導鏈(29)伸出的兩根進排水管(28)分別接高溫探頭的水套(2)中的進水口(12)和排水口(13)，由管線導鏈(29)中伸出的通風管(23)與高溫探頭中的主送風管(5)相通將空氣壓縮機內的壓縮空氣輸入其中。
全文摘要
本發明為一種高溫連鑄坯表面缺陷渦流檢測裝置，屬於連鑄坯表面探傷技術領域，它由高溫探頭，渦流探傷儀，機械掃描裝置和檢測結果記錄裝置組成，安裝在機械掃描裝置上的高溫探頭在與鑄坯前進方向相垂直的方向上做連續橫嚮往復運動，其渦流探頭對鑄坯表面進行掃描，渦流探頭將信號輸到渦流探傷儀中，再轉輸到檢測結果記錄裝置中顯示出鑄坯的表面狀態。
文檔編號G01N27/90GK1092171SQ9311458
公開日1994年9月14日 申請日期1993年11月22日 優先權日1993年11月22日
發明者賈慧明, 範弘, 張克, 秦義忠, 張嘉懿, 張遵義 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院