一种高精度的冷轧辊成品探伤方法与流程

本发明属于轧辊探伤方法技术领域，具体涉及一种高精度的冷轧辊成品探伤方法。

背景技术：

轧辊，轧机上使金属产生连续塑性变形的主要工作部件和工具。轧辊主要由辊身、辊颈和轴头3部分组成。辊身是实际参与轧制金属的轧辊中间部分，它具有光滑的圆柱形或带轧槽的表面。辊颈安装在轴承中，并通过轴承座和压下装置把轧制力传给机架。传动端轴头通过连接轴与齿轮座相连，将电动机的转动力矩传递给轧辊。轧辊在轧机机架中可呈二辊、三辊、四辊或多辊形式排列。

轧辊的分类方法有多种，主要有:(1)按产品类型分有带钢轧辊、型钢轧辊、线材轧辊等;(2)按轧辊在轧机系列中的位置分有开坯辊、粗轧辊、精轧辊等;(3)按轧辊功能分有破鳞辊、穿孔辊、平整辊等;(4)按轧辊材质分有钢轧辊、铸铁轧辊、硬质合金轧辊、陶瓷轧辊等;(5)按制造方法分有铸造轧辊、锻造轧辊、堆焊轧辊、镶套轧辊等;(6)按所轧钢材状态分有热轧辊、冷轧辊。各种分类可以相应组合而使轧辊有更明确的含义，如热轧带钢用离心铸造高铬铸铁工作辊。

轧辊通常在极端的轧辊环境中工作，承受着巨大的机械应力，在这种情况下轧辊表面和内部会产生缺焰。由于这些缺陷肉眼很难观察到，需要对轧辊做缺陷检测。目前对轧辊的探伤手段采取涡流探伤、手工超声波探伤、磁粉和着色探伤的无损探伤技术，而一旦轧辊探伤工作做得不到位，将会造成轧辊在线剥落甚至断辊事故，导致轧辊未到达其使用寿命提前报废，给稳定生产和降成本工作造成很大影响。因此，为防止轧辊在使用中出现因表面缺陷扩展或内部缺陷造成乳轧辊剥落事故，合理的选用轧辊探伤方法，做好轧辊无损探伤工作就至关重要。目前国内基本上都是使用手工超声波探伤仪对轧辊内部进行探伤。

中国专利申请号为cn201910241179.2公开了一种轧辊探伤方法，解决了现有技术中轧辊的探伤不到位和探伤不准确等问题，但方法繁琐，效率不高。

技术实现要素：

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种高精度的冷轧辊成品探伤方法，方法简单，冷轧辊的探伤可直接在轧辊磨床上完成，磨削完成后直接进行探伤，在提高探伤质量的基础上，提高作业效率，采用浸入式纵波探头，保证100%的覆盖裙面，探伤速度快，高精度，探头信息通过工业控制计算机以图像显示方式显示出来，同时还结合坐标采集单元的回波位置和时间等信息，从而得到被探冷轧辊内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）前期准备：对设备作全面细致的检查，确认设备无异常；

（2）探伤检测:将自动探伤装置安装在轧辊磨床上，所述自动探伤装置包括探头、信号处理单元、工业控制计算机、坐标采集单元、耦合剂供给单元，所述探头设置在轧辊磨床上方并与信号处理单元、工业控制计算机依次连接，所述坐标采集单元设置轧辊磨床一侧并与工业控制计算机连接，所述耦合剂供给单元设置在所述探头一侧；所述轧辊磨床上的冷轧辊原地匀速转动，所述探头沿着冷轧辊轴向平行移动，所述探头与冷轧辊之间的距离为1mm，并在冷轧辊表面形成螺旋状的扫描轨迹并传给所述信号处理单元；所述探头与信号处理单元连接，所述信号处理单元通过pci总线接口传输到工业控制计算机，所述工业控制计算机对pci总线进行读写控制，根据上述信息将缺陷深度结合坐标采集单元输送的缺陷所在冷轧辊坐标信息，将探伤结果显示在所述工业控制计算机的计算机屏幕上；

（3）分类放置：所述探头移动到冷轧辊检测结束位置时，所述冷轧辊停止转动，所述探头回复到起始位置，将所述冷轧辊根据探测结果分类放置，继续对下一个冷轧辊进行探伤检测。

在轧辊磨床上安装自动探伤装置，使冷轧辊的探伤可直接在轧辊磨床上完成，在磨削完成后直接进行探伤，在提高探伤质量的基础上，提高作业效率。本发明所述的自动探伤装置，所述探头采用旋转探伤的工作方式，即冷轧辊原地匀速转动，而探头沿着轧辊轴向平行移动，在表面形成螺旋状的扫描轨迹，这样可以保证100%的覆盖裙面，完成对整个冷轧辊内部的扫描，属于非接触式的探伤方式，探头与轧辊表面保持１ｍｍ的距离，探伤速度快，且不受表面磁性物质附着的影响。所述探头为超声波探头，超声波探头对轧辊内部缺陷的探测灵敏度高，超声波探伤是通过电路产生激励电信号传给具有压电效应的晶体，使其振动从而产生超声波，通过超声波在物体中传播的一些物理特性来发现物体内部的不连续性（即轧辊的缺陷）。而接收反射回来的超声波时，压电晶体又会受到反射波压力而产生回波电信号，并传送给信号处理单元进行处理，最后通过工业控制计算机的计算机屏幕图像显示方式显示出来，同时结合坐标采集单元的回波位置和时间等信息，从而得到被探工件内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述探头安装在所述轧辊磨床的测量臂上，所述探头为浸入式纵波探头。

开始探伤检测后，探头随轧辊磨床的测量臂在冷轧辊表面以程序设定的水平速度进行扫查。由于冷轧辊是锻钢轧辊，其材质硬度很高，具有很高的耐磨性和极小的塑变形，当轧辊受到高强度热冲击、拉应力和接触疲劳等因素时其内部产生缺陷，现场轧辊工作辊的直径在480-560mm之间，中间辊的直径在570-650mm之间，支撑辊的直径在1300-1465mm之间，轧辊可用淬硬层大于80mm，需要对轧辊深层及内部是否存在裂纹缺陷进行判断。由于探伤范围较深，同时要求采用自动探伤，所以本发明所述的探头采用浸入式纵波探头对探头内部进行探伤。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述探头还包括发射电路，所述发射电路、探头、信号处理单元依次电性连接。

本发明所述的探头选取独立电源（发射电路）供电，探头通过发射电路产生高压尖脉冲激励探头产生相应频率的超声波。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述信号处理单元包括放大电路、滤波电路、检波电路、a/d转换电路、fpga，所述探头与放大电路、滤波电路、检波电路、a/d转换电路、fpga依次电性连接，所述fpga通过pci总线桥接芯片连接到pci总线。

探头通过发射电路产生高压尖脉冲激励探头产生相应频率的超声波，超声波以持续极短的时间发射脉冲到被测冷轧辊内，被测冷轧辊底面或内部缺陷的反射回波通过信号处理单元的放大电路进行信号放大，经过滤波电路进行去噪，通过检波电路进行正负向双向检波等处理后，得到检波信号再经过a/d转换转换电路。fpga对a/d转换转换电路进行逻辑控制和数据的存储,另外fpga通过pci总线桥接芯片连接到pci总线，工业控制计算机对pci总线进行读写控制，工业控制计算机根据上述信息将缺陷深度，结合坐标采集单元的缺陷所在冷轧辊的坐标信息，将探伤结果显示在计算机屏幕上。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述坐标采集单元包括位置传感器，所述位置传感器安装在轧辊磨床一侧的机架上。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述坐标采集单元=还包括接近开关，所述接近开关安装在轧辊磨床一侧的机架上，所述位置传感器、接近开关依次连接。

为了对被测冷轧辊的缺陷进行准确定位，实现二维坐标系下的缺陷画面显示，本发明所述的坐标采集单元，可以采集冷轧辊轴向方向和圆周方向的位置信息，冷轧辊圆周位置以冷轧辊驱动键槽为０°，顺时针方向为“正角度”旋转360°。其中，通过在轧辊磨床一侧的机架安装位置传感器来采集冷轧辊的圆周位置，并且冷轧辊每转一圈，接近开关就会产生一个由低电平变为高电平的脉冲信号，脉冲信号输送给工业控制计算机，工业控制计算机通过检测前后两次脉冲信号的间隔时间来计算冷轧辊的转速。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述接近开关为carlogavazzi公司1a18alf05pcm1型号，所述接近开关的工作电压为10-40vdc，输出电流小于200ma，响应时间为50ms。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述工业控制计算机安装在所述控制柜中，所述控制柜安装在轧辊磨床一侧；所述控制柜的防护等级为ip54。

本发明所述的工业控制计算机，功能是运行探伤程序来启动和终止探头探伤，负责探伤数据库的管理功能，对探伤结果的显示、保存、调用、检索此及分析。将工业控制计算机安装在控制柜中，可以起到通风和过滤功能，防护等级为ip54。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述耦合剂供给单元包括管道、电磁阀、过滤器，所述管道一端与轧辊磨床的磨削液供给系统连通，一端设置在所述探头一侧，所述管道进口处安装有过滤器，所述电磁阀安装在所述管道上。

耦合剂是探头与冷轧辊之间实现声能传递保证软接触所必需的传声介质，是实现声能传递的必由途径，它在二者界面上排除空气和表面不平的凹坑间隙，并具有防止探头磨损的功能。本发明所述的耦合剂供给单元。一般超声波探伤选择水作为耦合剂，但考虑到水源和设备安装条件，本发明所述的合剂供给单元，选用轧辊磨床的磨削液作为耦合剂，直接从磨削液供给系统引出管路给探头提供耦合剂，方便简单，节省成本，并且在管路上安装一个电磁阀实现自动控制。由于磨削液中杂质很多，不能直接作为耦合剂使用，在管道进口处安装有过滤器。

进一步的，上述的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述过滤器的过滤精度为15nm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明公开的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，方法简单，冷轧辊的探伤可直接在轧辊磨床上完成，磨削完成后直接进行探伤，在提高探伤质量的基础上，提高作业效率；

（2）本发明公开的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，探头采用浸入式纵波探头，保证100%的覆盖裙面，探伤速度快，高精度，且不受表面磁性物质附着的影响；

（3）本发明公开的用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，探头信息通过工业控制计算机以图像显示方式显示出来，同时还结合坐标采集单元的回波位置和时间等信息，从而得到被探冷轧辊内部有无缺陷及缺陷位置和大小等信息，精度高，操作便捷，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明所述一种高精度的冷轧辊成品探伤方法中的自动探伤装置的结构示意图；

图2为本发明所述一种高精度的冷轧辊成品探伤方法中的探头运动示意图；

图中：探头1、发射电路11、信号处理单元2、放大电路21、滤波电路22、检波电路23、a/d转换电路24、fpga25、工业控制计算机3、pci总线31、pci总线桥接芯片311、控制柜32、坐标采集单元4、机架41、位置传感器42、接近开关43、耦合剂供给单元5、管道51、电磁阀52、过滤器53、a轧辊磨床、a1轧辊磨床的磨削液供给系统、b冷轧辊、c冷轧辊旋转方向、d探头移动方向、e探头扫描轨迹。

具体实施方式

下面将结合具体实验数据和附图1~2，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

以下实施例提供了一种高精度的冷轧辊成品探伤方法，所述用于高精度的冷轧辊成品探伤方法，如图1所示，所述自动探伤装置包括探头1、信号处理单元2、工业控制计算机3、坐标采集单元4、耦合剂供给单元5；所述探头1设置在轧辊磨床上方并与信号处理单元2、工业控制计算机3依次连接，所述坐标采集单元4设置轧辊磨床a一侧并与工业控制计算机3连接，所述耦合剂供给单元5设置在所述探头1一侧。

并且，所述探头1安装在所述轧辊磨床a的测量臂上，所述探头1为浸入式纵波探头。所述探头1还包括发射电路11，所述发射电路11、探头1、信号处理单元2依次电性连接。

进一步的，所述信号处理单元2包括放大电路21、滤波电路22、检波电路23、a/d转换电路24、fpga25，所述探头1与放大电路21、滤波电路22、检波电路23、a/d转换电路24、fpga25依次电性连接，所述fpga25通过pci总线桥接芯片311连接到pci总线31。

此外，所述坐标采集单元4包括位置传感器42，所述位置传感器42安装在轧辊磨床a一侧的机架41上。所述坐标采集单元4还包括接近开关43，所述接近开关43安装在轧辊磨床a一侧的机架41上，所述位置传感器42、接近开关43依次连接。

进一步的，所述接近开关43为carlogavazzi公司1a18alf05pcm1型号，所述接近开关43的工作电压为10-40vdc，输出电流小于200ma，响应时间为50ms。

进一步的，所述工业控制计算机3安装在所述控制柜32中，所述控制柜32安装在轧辊磨床a一侧；所述控制柜32的防护等级为ip54。

进一步的，所述耦合剂供给单元5包括管道51、电磁阀52、过滤器53，所述管道51一端与轧辊磨床a的磨削液供给系统a1连通，一端设置在所述探头1一侧，所述管道51进口处安装有过滤器53，所述电磁阀52安装在所述管道51上。

并且，所述过滤器53的过滤精度为15nm。

实施例

前期准备：对设备作全面细致的检查，确认设备无异常；

探伤检测：首先，轧辊磨床a上的冷轧辊b原地匀速转动，轧辊磨床a的测量臂上的探头1沿着冷轧辊b轴向平行移动d，所述探头1与冷轧辊b之间的距离为1mm，并在冷轧辊b表面形成螺旋状的扫描轨迹e并传给所述信号处理单元2；

其次，所述探头1与信号处理单元2连接，探头1通过发射电路11产生高压尖脉冲激励探头1产生相应频率的超声波，超声波以持续极短的时间发射脉冲到被测冷轧辊b内，被测冷轧辊b底面或内部缺陷的反射回波通过信号处理单元2的放大电路21进行信号放大，经过滤波电路22进行去噪，通过检波电路23进行正负向双向检波等处理后，得到检波信号再经过a/d转换电路24。fpga25对a/d转换电路26进行逻辑控制和数据的存储，另外fpga25通过pci总线桥接芯片311连接到pci总线31；

通过在轧辊磨床a一侧的机架41安装位置传感器42来采集冷轧辊b的圆周位置，并且冷轧辊b每转一圈，接近开关43就会产生一个由低电平变为高电平的脉冲信号，脉冲信号通过pci总线31输送给工业控制计算机3，工业控制计算机3通过检测前后两次脉冲信号的间隔时间来计算冷轧辊的转速。

所述工业控制计算机3对pci总线31进行读写控制，根据探头1的缺陷信息，结合坐标采集单元4输送的缺陷所在冷轧辊坐标信息，将探伤结果显示在所述工业控制计算机3的计算机屏幕上；

分类放置：所述探头1移动到冷轧辊检测结束位置时，所述冷轧辊停止转动，所述探头1回复到起始位置，将所述冷轧辊根据探测结果分类放置，继续对下一个冷轧辊进行探伤检测。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。