渦流表面波復合探傷技術在軋輥檢測中的應用

上海寶鋼工業(yè)檢測公司 陶 軍

介紹了渦流表面波復合探傷技術的應用，并通過實例闡述了這一新技術在提高探傷性能上所起到的作用。

1.引言

寶鋼熱軋廠為了提高軋輥表面裂紋檢測的準確性，降低誤探率，對多臺安裝在軋輥磨床上的自動渦流探傷儀進行了改造。在改造中使用了渦流與表面波相結合的復合探傷技術，這一技術在國內(nèi)還是首次使用。復合探傷技術的運用使對軋輥表面裂紋探傷的準確性有了全面提升。

2.復合探傷技術

渦流探傷和表面波探傷是最常用的無損檢測技術。渦流探傷較早地運用于自動探傷設備中，而表面波探傷則常用于手動檢測。近幾年來，隨著計算機技術的發(fā)展，表面波探傷也開始實現(xiàn)自動化。本次探傷儀改造不僅使用了表面波探傷技術，而且將其與渦流探傷相結合，使探傷儀的檢測性能得到了很大提高。

（1）渦流探傷原理

渦流探傷利用的是電磁感應原理。當探頭經(jīng)過缺陷時，探頭所產(chǎn)生的渦流磁場的磁環(huán)路徑會發(fā)生變化，從而引起磁場強度發(fā)生變化，以此來發(fā)現(xiàn)軋輥表面的缺陷。渦流探傷由于受磁導率和電導率的影響比較大，所以軋輥的材質、殘磁等因素都會對探傷結果產(chǎn)生影響。

（2）表面波探傷原理

表面波是超聲波在介質中傳播的一種形式，表面波只在軋輥表面很淺的表層內(nèi)傳播。當其沿表面?zhèn)鞑サ倪^程中遇到裂紋時，一部分聲波在裂紋開口處以表面波形式被反射，并沿物體表面返回，一部分聲波在表面轉折處轉變?yōu)榭v波和橫波在物體內(nèi)部傳播，還有一部分聲波仍以表面波形式沿裂紋表面向前傳播。表面波探傷就是利用表面波的上述特性來探測軋輥表面的裂紋。

（3）表面波探傷與渦流探傷特點比較

渦流探傷和表面波探傷都適用于對軋輥表面開口裂紋進行檢測。但表面波探傷比渦流探傷更加敏感，更容易發(fā)現(xiàn)細小的裂紋。而且在軋輥表面較為清潔的情況下，表面波探傷受到的干擾因素較少，而渦流探傷受到的干擾因素較多，如軋輥材質、輥面磁性等。但是渦流探傷能夠發(fā)現(xiàn)輥面的軟點缺陷，而表面波探傷是無法檢測軟點的。另外，渦流探傷無需耦合介質，而表面波探傷需要耦合介質。由于自動表面波探傷通常使用水作為耦合介質，因此水流的穩(wěn)定性也會對表面波探傷的準確性產(chǎn)生影響。

（4）渦流表面波復合探頭

為了充分發(fā)揮渦流探傷和表面波探傷的特點，將渦流探頭和表面波探頭結合起來。圖1是使用的渦流及表面波復合探頭，它由一個二通道表面波探頭和一個渦流探頭組成。距離傳感器用于在探傷時檢測探頭和輥面之間的間隙，使之保持0.5mm的距離。橡膠墊圈的作用是在表面波探頭和輥面之間形成穩(wěn)定的水膜。這種復合型探頭在工作時同時進行渦流探傷和表面波探傷，以此來彌補彼此的不足，從而極大地提高探傷的準確性。

3.復合探傷圖譜顯示

復合探傷儀將探傷結果以不同的圖譜形式表現(xiàn)出來，從而給操作人員或軋輥管理人員更全面地對軋輥表面的狀況進行分析創(chuàng)造條件。

（1）Z軸脈沖波形圖

圖2為Z軸脈沖波顯示圖譜。該圖譜能夠較為清楚地顯示出探傷信號的變化趨勢。軋輥表面是否有異常能夠立即在該圖譜上顯示出來。但是這種類型的圖譜只能顯示缺陷在Z軸方向的位置，而無法對缺陷進行圓周方向的定位。

（2）輥面展開圖

圖1 渦流及表面波復合探頭結構圖

圖3為輥面展開圖。該圖譜能夠對超過預設定門檻值的異常信號在Z軸和圓周方向進行準確定位。這對于判定輥面是否存在缺陷尤為重要，因為只有在這張圖譜上才能夠顯示出裂紋通道、軟點通道、表面波通道、磁性通道檢測到的異常信號是否出自于同一個位置，從而進一步判斷這一異常信號是磁性干擾所致還是真實缺陷的反映。但是，由于在輥面展開圖上只顯示那些超過門檻值的信號，而無法顯示信號的高低，因此該圖譜無法將整個輥面上探傷信號的變化趨勢顯示出來。

（3）輥面彩色展開圖

輥面彩色展開圖與上述輥面展開圖不同的是，它不僅能夠對異常信號進行定位，而且能夠顯示出輥面上探傷信號的變化趨勢。因為該圖譜通過不同的顏色來表示探傷信號的高低強弱，例如紫色代表的信號最弱，紅色代表的信號最強。由于具備這樣的功能，通過輥面彩色展開圖就可以更加直觀地了解輥面的情況。但是由于一張彩色展開圖只能對應一個通道，所以該類型圖譜無法顯示出幾個通道異常信號之間的位置關系。

綜上所述，這三種圖譜的顯示功能是相輔相成的。只有在探傷結果的分析過程中綜合地運用這三種圖譜，才能夠客觀地對軋輥表面狀況做出判斷。

4.復合探頭探傷性能分析

（1）提高探傷準確性

圖4～圖6展示的是一個非常典型的局部裂紋圖譜。圖4為渦流探傷圖譜，圖5為表面波探傷圖譜。圖6為輥面展開圖譜。從這三張圖譜上可以看到渦流的裂紋通道和軟點通道以及兩個方向的表面波通道都在同一位置出現(xiàn)明顯的異常信號。從輥面展開圖上看這些異常信號的位置重疊，由于渦流和表面波在輥面的同一位置都檢測出異常信號，那么在該區(qū)域存在裂紋可能性非常大。后經(jīng)過人工確認也證明了這一點。由此可見采用兩種截然不同的探傷技術同時對軋輥表面進行檢測，可以相互進行驗證，從而極大地提高了探傷的準確性。

（2）降低誤探率

渦流探傷由于受到其探傷機理的限制，各種干擾因素較多，例如軋輥表面的電導率、磁導率、殘磁、材質等因素都會對探傷結果產(chǎn)生影響，從而出現(xiàn)許多假缺陷信號。而表面波雖然其工作原理比較復雜，但對它產(chǎn)生干擾的因素卻比較單一，只要軋輥表面清潔，耦合介質穩(wěn)定且探傷間隙準確，那么它的探傷準確性就相當高。

例如圖7所示的渦流探傷圖譜，其裂紋和軟點通道都有異常信號出現(xiàn)，而且異常信號所處的位置重疊，根據(jù)以往的經(jīng)驗，軋輥表面在該處一定有缺陷存在。但是從圖8所示的表面波探傷圖譜上卻看不到任何異常信號。通過對兩個探傷圖譜的綜合分析，認為渦流探傷圖譜上顯示出的異常信號為干擾信號，并非真正的缺陷。后經(jīng)過人工磁粉檢測，確實在該區(qū)域未發(fā)現(xiàn)任何裂紋。因此在渦流探傷的同時進行表面波探傷，可以對一些假缺陷信號進行過濾，從而降低誤探率。

（3）降低漏探率

渦流探傷雖然是一種比較成熟的無損檢測技術，但對于一些特殊的表面缺陷，渦流探傷卻是無能為力。例如圖9所示的直徑為2mm的沙眼，用復合探頭對該軋輥進行多次探傷。從圖10所示的渦流探傷結果上，在該位置未發(fā)現(xiàn)異常信號，而在圖11所示的表面波圖譜上，在兩個通道的該位置都出現(xiàn)了異常信號，而且在圖12所示的軋輥展開圖上準確地顯示出了該沙眼所處的位置。由此可見，復合探傷可以很好地彌補單純渦流探傷的不足，從而降低軋輥表面缺陷的漏探率。

5.結束語

在這次探傷儀改造中將渦流探傷和表面波探傷的特點相結合，使軋輥自動探傷儀的探傷準確性有了顯著提高。

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