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【技术】日本棒材精整线的低成本高质量化措施

发布时间:2022-08-28 23:51:17 来源:爱游戏网站登录 作者:爱游戏app官网

产品简介:  特殊钢棒材经用户的二、三次加工制作成汽车的重要部件使用。因此,在特殊钢棒材出厂前要对每条棒材进行...
产品内容描述

  特殊钢棒材经用户的二、三次加工制作成汽车的重要部件使用。因此,在特殊钢棒材出厂前要对每条棒材进行严格检测和精整。此外,目前日本特殊钢棒材生产处于与海外工厂激烈成本竞争的环境。在这种形势下,原新日铁住金(日本制铁)八幡制铁所对矫直机、超声波探伤仪进行更新,实现了检测与精整作业线的高速化,并提高了棒材产品质量。此外,八幡制铁所建立了产品分类立体仓库,提高了物流中的产品质量。在这些措施中采用了世界首创的技术,实现了棒材检测的高速度和高精度。 轧钢之家

  特殊钢棒材经用户的二、三次加工制作成汽车的重要部件使用。 因此,在特殊钢棒材出厂前要对每条棒材全长进行严格检测和精整。 此外,目前日本特殊钢棒材生产处于与海外工厂激烈成本竞争的环境中,所以要求特殊钢棒材进一步低成本化和高质量化。

  在上述背景下,原新日铁住金八幡制铁所对棒材精整、检测作业线的设备进行了改造,提高了棒材检测和精整处理的速度,从而提高了精整效率和检测精度,保证了棒材产品的高质量。 八幡制铁所对棒材精整、检测作业线的设备改造主要包括: 1)二辊矫直机更新; 2)棒材超声波探伤仪轧钢之家

  更新为合成孔径聚焦信号处理技术的超声波探伤仪; 3)建立棒材产品分类立体仓库,提高物流中的棒材质量。 以下分别做简要介绍。

  八幡制铁所棒材车间于1976年投产,用一条全连续式轧机生产直条棒钢和盘条钢材。 直条棒钢在热轧后检测前放在库存仓库保管,冷却后, 在自动探伤作业线上进行逐条检测、整修。 棒材在自动探伤作业线上经过二辊矫直机矫直、表面缺陷检测装置的表面检测和超声波探伤仪(UST)的内在质量检测后,将检测合格的棒材打包出厂(图1)。 八幡制铁所棒材车间共有四条自动探伤作业线),根据棒材规格不同,选定相应的自动探伤作业线进行探伤。轧钢之家

  二辊矫直机的作用是对热轧棒材在冷却过程中产生的弯曲进行矫直,以达到用户对棒材弯曲度的要求。 八幡制铁所棒材车间二辊矫直机更新前后的主要技术参数如表2所示。 新型二辊矫直机的突出优点包括: 1)矫直速度显著提高; 2)配置了内径不同的两个转动导轨系统,可根据棒材的直径进行制导。轧钢之家

  新型二辊矫直机使被矫直棒材在上下两个矫直辊之间发生塑性弯曲,被矫直棒材在弯曲状态下自转,反复受到塑性拉伸与压缩、消除了棒材残余应变在半径方向上的各向异性,从而消除了棒材弯曲。 此外,新型二辊矫直机的上下矫直辊交叉将棒材沿轴向推送,因此可对棒材的连续弯曲进行矫直。 为了提高新型二辊矫直机的矫直速度,将矫直辊的交叉角度由15°扩大到30°。 但是,交叉角度扩大后,上述的反复拉伸压缩不能充分进行,会导致矫直精度下降(图2)。 为此,将矫直辊辊身长度由700mm延长为1250mm。 这样就在保持矫直精度不变的情况下,提高了矫直速度。 此外,棒材在被矫直时高速自转,在离心力作用下发生乱颤,有可能飞出作业线。 并且,过去不论棒材直径是多少,都使用一个转动导轨,对细径棒材制导不够。 在设备更新中,将转动导轨变为两套,利用变换机构,根据棒材直径轮换使用转动导轨,使矫直作业更加稳定(图3)。轧钢之家

  为确认矫直后棒材的弯曲度,过去使用的是在棒材转动时进行弯曲度测定的弯曲测量仪。 二辊矫直机更新后,转动式弯曲测量仪的测定周期大于矫直周期,成为制约检测线作业速度的因素。 为了能在棒材搬送过程中对棒材弯曲度进行测定,采用了新型弯曲测量仪。轧钢之家

  图4是更新前后弯曲测量仪的工作原理。 更新前的弯曲测量仪利用自转辊使棒材转动,根据棒材端部转动时的摆动振幅计算出棒材的弯曲度。 这种测定方法有两个问题: 1)弯曲度测定周期受自转辊转动的制约; 2)难于高精度测定棒材的大弯曲度。

  更新后的新型弯曲测量仪利用等间隔配置的三坐标尺寸计,根据测定的XY坐标,进行计算,算出棒材的弯曲度。 将新型弯曲测量仪用于搬送过程中的棒材,可以对棒材全长进行弯曲度测定。 新型弯曲测量仪解决了上述原有弯曲测量仪存在的问题。轧钢之家

  八幡制铁所棒材车间使用的超声波探伤仪(UST)是探头转动式的UST,自投产后已经使用了几十年。 近年来,其他棒材生产厂采用了由多个小探头组成的相控阵探头UST。 八幡制铁所棒材车间原有的UST在检测能力和检测速度方面,逐渐处于劣势。 此外,UST上游的新型二辊矫直机的导入,使原有UST成为棒材生产效率的瓶颈。 为了提高UST的检测能力和检测速度,原新日铁住金开发出采用合成孔径聚焦信号处理技术( Synthet i c Apert ure Focusing Technique: SAFT)的相控阵探头UST的圆形棒材探伤法,用于八幡制铁所棒材车间。轧钢之家

  图5是各种UST的圆形棒材探伤法的概略图。 棒材车间原有的UST装置是配置内部探伤用垂直波道(CH)和表层探伤用斜角波道(LCH)的单探头UST。 探头围绕棒材转动进行探伤。 为了对倾

  斜表面的表层缺陷进行准确检测,一般的UST配置-L和+L的CH,使超声波波束在顺时针(CW)和逆时针(CCW)移动。 这种探伤方法为保证应有的探伤范围,超声波波束不能集束。 并且,缺陷的反射波仅被有限面积的单探头接收,不能提高检测精度。 此外,由于驱动系统转速的制约,探伤速度也不能提高。 还有,转动机构的维修也非常繁杂。轧钢之家

  为解决传统UST存在的上述问题。 近年来,其他棒材生产厂陆续导入阵列式UST。 其中典型的方法是相控阵UST。 相控阵UST使用多个压电晶片(元件),形成偏角+聚焦波束,改变元件群的位置和偏角(电子扫描)对被检测物的一个断面进行探伤,同时发射和接收超声波。 这种方法对一个断面探伤时要反复多次进行发射和接收超声波信号。 如果过于加快反复速度,由于前次发射或接收的超声波在探伤材料内残留散射波成为下次发射或接收超声波的噪声(残响波)。 所以探伤时的发射和接收超声波信号的周期不能缩短到小于一定的值。 因此,也不能加快探伤检测速度。轧钢之家

  为提高UST的探伤精度和探伤速度,提出了将阵列探头、控制发射超声波波束散射、合成孔径聚焦信号处理的超声波接收技术组合起来的新型相控阵UST(合成孔径聚焦信号处理技术)技术方案。 在超声波发射时,利用阵列探头的延时控制,超声波从被测棒材的某一点开始,向远处展开,形成超声波的波束。 这种展开的超声波波束不仅可以对很大范围棒材进行探伤,而且,由于展开的超声波波束含有垂直成分和+L、-L斜角成分,因此可以将棒材探伤需要的三个方向的超声波信号一次发射和接收。 与一个断面探伤需要进行十几次的超声波信号发射和接收的传统相控阵UST相比,新型相控阵UST的探伤检测速度大大提高。轧钢之家

  棒材缺陷的反射波呈圆筒状扩展、传播,所以,用孔径大的阵列探头接收超声波信号,可以在每个不同CH位置,形成多个探伤波形。 将可使超声波聚焦到被探伤空间任意位置的合成孔径聚焦信号处理技术用于前述的多个探伤波形,提高了探伤的精度和信噪比(S/N)。 合成孔径聚焦信号处理需要进行大量计算,由于近年来计算装置的发展,使合成孔径聚焦信号处理技术在成本可接受的水平实现实用化。轧钢之家

  假设被探伤时材料形状和超声波振动器相对位置关系以及各介质中的超声波音速已知,则可以推出接收波波形上各缺陷信号来自于被探伤材料中的位置。 例如,图6的阵列探头具有的N个超声波振动器。 根据从头开始数的第1个通道(1CH)的探伤信号,可以推断在被探伤材料的搬送时间T1(s)内,曲线上的什么位置存在缺陷。 将从1CH得到的缺陷信号在T1(s)内的振幅加在被探伤空间预先划分的网格内的相应曲线上。 然后对从头开始数的第16个通道(16CH)的探伤信号进行同样的处理。 可以得到16CH相应的网格内曲线上存在的缺陷情况。轧钢之家

  对全部CH进行同样处理,由于噪声出现在曲线上的位置是不规则的,所以,叠加在网格曲线上互相抵消,使缺陷信号在网格上突出出来,形成了二维图像。 这种处理方法实现了大范围内的高探伤精度和高SN比。轧钢之家

  由于阵列探头的延时控制,超声波在被探伤空间内的声压分布不均匀,同一尺寸缺陷的反射波强度也会有不同。 因此,采用合成孔径聚焦信号处理技术得到的图像中,同一尺寸缺陷,由于缺陷位置不同,相对应的图像强度也不同。 为解决这个问题,采用了进行二维距离振幅修正(2-Dimentional Distance Amp l i t ude Co r r el at i on: 2DDAC)的、新的合成孔径聚焦信号处理校正方法。 采用新的合成孔径聚焦信号处理校正方法对合成孔径聚焦信号处理图像进行2DDAC修正,使合成孔径聚焦信号处理得到的缺陷图像强度与缺陷所在位置无关,是一个稳定的强度。

  合成孔径聚焦信号处理图像校正方法的作业顺序如图7所示。 将在长度方向和半径方向的几个不同位置(4个位置)设置相同尺寸人工缺陷的试样作为校正用试样(标准试样)(图7(a))。 转动标准试样,在每个规定的转动间距,对人工缺陷进行探伤,并且沿标准试样的长度方向移动,在与各人工缺陷对应的阵列探头的位置,进行探伤。 探伤结果数据的采取位置如图7(b)。 将各个人工缺陷的探伤结果与合成孔径聚焦信号处理图像叠加在一起,得到缺陷信号相对于全部人工缺陷的强度(图7(c))。 图7(c)所示的图像是合成孔径聚焦信号处理图像相对于各个人工缺陷信号强度的离散型强度分布。 假定相邻缺陷间的信号强度是连续变化的,利用二维内插法计算出合成孔径聚焦信号处理图像区域以外区域对于各个人工缺陷信号的强度,就得到二维的连续强度分布(图7(d))。 这个强度分布相当于在被测物体横断面的任意位置设置同一尺寸人工缺陷时得到的合成孔径聚焦信号处理图像的强度分布。 计算出可使该强度分布均匀化的各像素的补正量(乘以各像素强度的增益值或加上各像素强度的补偿值),就得到2DDAC的每个像素的计算二元补正量分布。 对被测物体进行基于补正后的合成孔径聚焦信号处理图像的探伤检测,可以抑制缺陷位置变化和探头性能波动引起的缺陷信号强度的波动,使探伤稳定化。轧钢之家

  采用上述的合成孔径聚焦信号处理技术,可以检测出φ50mm棒材中心处0.3mm的横向空洞(SN比>11.9)。 现在采用合成孔径聚焦信号处理技术的相控阵超声波探伤法已经在八幡制铁所精整作业线棒材产品分类立体仓库的导入

  特殊钢棒材检测合格打捆后到装船前,存放在工厂内的仓库。 过去,棒材经检测、精整后用天车将棒材存放在平面仓库。 在出库时,要从大量的棒材捆包中一捆一捆地挑选出应该出库的棒材。 由于进行大量的挑选,容易发生棒材弯曲和表面刮伤。 在这次的精整设备更新中,八幡制铁所建造的棒材产品分类立体仓库使用3台堆垛起重机,可以方便地从仓库货架上将棒材取出、出库,于是大大减少了天车的吊运次数,从而减少了棒材的弯曲和因接触产生的表面缺陷,如图8和表3所示。 (唐佩绵,世界金属导报)轧钢之家

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