阵列涡流检测精度控制研究

时间：2024-04-24

周立波石家庄钢铁有限责任公司

阵列涡流检测技术是圆钢表面缺陷的有效检测方法之-。它是通过涡流检测线圈和防磨靴结构的特殊设计,利用计算机化的涡流探伤仪强大的分析、计箅及处理功能,实现对材料和零件快速有效的检测。在圆钢表面沿月向按-定方式布满涡流点式探头,探头是由多个独立工作的线圈构成,这些线圈按照特殊的方式排布,且发射线圈与接收线圈之间形成两种方向互相垂直的电磁场传递方式,利用电子旋转切换扫描原理,在圆钢直线运动的同时,完成圆钢表面的涡流探伤。线圈的这种排布方式,具有检测灵敏度高和检测速度快的优点,有利于发现取向不同的表面缺陷。阵列涡流检测技术克服了普通线圈对缺陷方向性敏感的缺点。

一、设备技术参数

（一）棒材工艺参数

被检测棒材规格范围：棒材直径 Φ30～Φ110mm，棒材长度4～9m；

棒材表面状态：抛丸或修磨处理，表面清洁度（SA2.0—2.5级），表面粗糙度（≤Ra12.5—25μ）；

棒材弯曲度：≤2mm/m，全长总弯曲度不大于钢材长度的1‰。

（二）设备技术指标及参数

1.性能指标

检测灵敏度：纵向缺陷10mm×0.15mm×0.2mm（长×宽×深）；点状0.3mm×5mm(深×直径)；

检测速度：20～60m/min，连续可调；

端部盲区：≤50mm；

信噪比：≧9db

2.设备配置

探头数目：12个，12线圈/探头

线圈尺寸：5×5（长×宽）

激发频率：500KHz

本套系统采用一组探头覆盖Φ30～Φ110mm全规格，单个探头曲面覆盖全规格范围见示意图1。

图1 曲面探头覆盖大范围的图示Fig.1 lustration of the coverage of a large range by a single curved probe

二、检测前技术准备

（一）设备校准

该检测系统共有检测线圈120个，为了使所有检测线圈对同一缺陷的精度相同，并且相位一致，需要使用同一样棒上的同一人工缺陷对各通道线圈信号进行一致性校准操作。并且，为了校准方便，提高更换规格时的速度，校准操作采用所检测规格上限Φ110mm为校准样棒，样棒见示意图2。

图2 校准样棒Fig 2 CALIBRATION BAR

校准过程比较简单，在机械结构调整完以后，进入涡流校准模式，对图2所示样棒进行检测，然后利用软件工具对人工伤信号进行增益补偿，从而使各通道信号精度一致，见示意图3。在出现下列情况时，需要进行校准操作：更换探头、更换了信号电缆、信号激发板、更换防磨靴、发现信号异常时。

图3 信号校准示意Fig3 calibration signal

（二）平衡操作

阵列涡流探头线圈采用自比较式方形线圈，为了减少棒材表面状态对检测信号的影响，在校准完以后检测之前，需要使用被检测棒材对涡流系统进行相位及线圈感应电压的平衡操作。具体操作步骤：进入检测模式，选中平衡操作，待棒材进入设备以后涡流探头自动贴抱于棒材表面，待系统自动平衡完以后，棒材自动退出，完成平衡操作可以进行检测。

三、检测精度的优化及确定

（一）初设检测精度存在问题

针对涡流检测的精度控制方面，主要是依赖于设备厂家提供的经验数据和日常进行的实验数据进行设置，其检测精度与实际缺陷之间存在一定的误差，导致在一定的检测精度要求下，检测合格率不能真实反映质量情况；同时，为了避免出现质量异议，在对棒材使用0.3mm检测精度进行检测时，出现了100%不合格的情况，但棒材的实际表面质量并不是这种情况，根据对被检测缺陷进行低倍测量，发现缺陷实际深度与检测设置灵敏度存在不同层次的非线性关系。

（二）确定精度思路

为了解决检测精度与实际缺陷之间存在一定的误差，本项目主体思路是利用人工伤模拟自然缺陷，主要是针对裂纹缺陷；同时根据《圆钢涡流探伤方法》GB/T11260-2008，详细了解国标准中对缺陷的尺寸设计要求和不同规格对检测精度的要求。使人工缺陷信号反映更接近自然缺陷，从而达到利用人工伤代替经验数据设置灵敏度的目的，最终形成涡流检测设置的具体操作方法，规范涡流检测精度设置标准。

（三）样棒制作

1.研究国标、确定刻伤机型号和刀片尺寸

在购置刻伤机之前，认真研究了《圆钢涡流探伤方法》GB/T11260-2008，详细了解了国标准中对缺陷的尺寸设计要求和不同规格对检测精度的要求。并根据样棒长度和规格范围与厂家进行了详细的沟通，确定了刻伤机的型号和刀片的尺寸型号。

（1）刻伤机的使用

刻伤机的技术参数包括：

①电机参数：功率：60W，转速：2800N=r/mim

②刀片宽度：0.10mm、0.20mm、0.50mm (±0.02mm )

③刻伤深度：0～3.5mm（±0.05mm）

④钢材刻伤距端部：小于200mm

为了切实保证人工伤的尺寸误差范围在国标控制范围之内，在刻伤过程中，反复对刻伤刀片在深度和缺陷长度的移动速度方面进行试验，通过反复试验，确定了根据钢种差异刀片给进速度的差异，并且解决了刻伤机0位定位不准和不能满足端部50mm内不能刻伤的问题。

2.人工伤尺寸鉴定和样棒设计

刻伤尺寸的精确程度，直接影响到检测设置的合理性，为此在品质部物理实验室的协助下，对刻伤尺寸进行了高倍测量，确保了缺陷的尺寸。

样棒的作用是确定仪器的综合性能指标，其中包括：检测精度、周向灵敏度差、端部盲区、信噪比等。结合国家标准要求，根据我们的设备特点，设计了样棒的缺陷分布，并提出了检测测试图形分析方法。

（四）信号分析和精度设定

根据国家标准要求，选择三个深度进行了实验，分别是：0.2mm深×0.1mm宽×20mm长；0.2mm深×0.2mm宽×20mm长；0.2mm深×0.5mm宽×20mm长。图4为三种缺陷的实际检测图形，根据测试结果可以发现，同样深度的人工伤，宽度不一样时，检测信号大小不同，但是我们认为人工伤宽度越窄越接近于实际裂纹阻抗反映，同时对实际裂纹宽度进行测量，其宽度尺寸与0.2mm人工伤宽度基本一致。因此，我们应该利用0.2mmD＊0.2mmW＊20mmL的人工伤作为检测设置依据。

图4 相同深度、不同宽度缺陷信号Fig4 Fig4:Signals of defects with same depth but different widths

利用新设置的0.2mm深检测精度软件对φ90mm，45#进行了检测，检测合格率40%（该炉钢材合同没有要求检测，根据生产随机选择了该炉进行试验）。对四处检测出的缺陷进行了定位、修磨、低倍、高倍观察，三个缺陷性质为裂纹，其中一个为轧痕，根据对实际检测的缺陷进行分析，缺陷深度与检测精度设置之间线性关系比较接近，因此，确定带有0.2mm深×0.2mm宽人工伤制作的样棒作为精度设定依据。