СПОСОБ КОНТРОЛЯ СЛЯБА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНОЙ ПОЛОСЫ
METHOD FOR SLAB CONTROLLING PRODUCTION OF HOT-ROLLED STRIP

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и предназначено для контроля поверхностных и внутренних дефектов холодных слябов для производства горячекатаной полосы.
Известен способ и система поверхностной дефектоскопии непрерывно-литой металлической заготовки (RU 2343473 С2, МПК G01N 27/90), использующий для обнаружения поверхностных дефектов сляба матрицу, состоящую из элементов, генерирующих и воспринимающих токи Фуко в исследуемом слябе, и блок многоканального управления для активации датчиков в требуемой последовательности, позволяющие использовать данный метод для обнаружения дефектов, расположенных на поверхности слябов как продольно так и поперечно.
Недостатками этого способа являются необходимость осуществления контроля прохождением датчиков вдоль всей площади поверхности сляба, что значительно затрудняет процесс контроля и удорожает его. Кроме того, метод указывает на наличие несплошностей, их координат и геометрических параметров без выявления других не менее важных характеристик, указывающих на возможность дальнейшего развития дефекта, и невозможность контролировать наличие дефектов во внутреннем слое сляба.
Также известен способ определения нарушений сплошности металла в слитках (SU 1117094 А, МПК В21В 1/00), использующий для выявления дефектов слябов и определения их точного места нахождения метод ультразвукового контроля.
Метод использует маркировку сляба для дальнейшей возможности слежения за его трансформациями в процессе прокатки.
Недостатками данного способа являются:
- значительные затраты времени на проведение контроля;
- наличие контактных поверхностей, подвергающихся интенсивному износу;
- высокая требовательность к качеству контакта датчиков с поверхностью;
- отсутствие четкой классификации степени опасности выявленных в ходе контроля дефектов.
Наиболее близким к ЗАЯВЛЯЕМОМУ СПОСОБУ является способ контроля поверхностных дефектов горячих слябов (SU 1453311А1, МПК G01N 29/00), использующий для контроля эффект преобразования дефектами поверхностного слоя металла энергии лазера в акустический сигнал, а для уменьшения влияния помех на регистрируемый сигнал зону контроля охлаждают, что приводит к уменьшению затухания сигналов только в этой области.
Недостатками этого метода являются необходимость осуществления контроля прохождением датчиков вдоль всей площади поверхности сляба, что значительно затрудняет процесс контроля и удорожает его. Кроме того, метод указывает на наличие несплошностей, их координат и геометрических параметров без выявления других не менее важных характеристик, указывающих на возможность дальнейшего развития дефекта, и невозможность контролировать наличие дефектов во внутреннем слое сляба.
Технической задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является повышение оперативности проведения контроля методом акустической эмиссии, увеличение точности результатов контроля за счет определения поверхностных и внутренних дефектов холодного сляба, получение возможности надежной классификации степени опасности дефектов сляба путем определения возможности дальнейшего развития дефекта.
Сущность изобретения заключается в следующем. На поверхности контролируемого сляба, находящегося в холодном состоянии, устанавливают датчики акустической эмиссии. Количество датчиков и порядок их расположения обеспечивает контроль всего материала сляба с определением координат источников сигнала, затем инициируют явление акустической эмиссии в слябе путем его механического нагружения, которое создают, используя собственный вес сляба, например, поднимают сляб с помощью кранового оборудования. Нагружают сляб до напряжений от 20 до 80 процентов текучести материала сляба, выдерживают его под нагрузкой не менее 1 минуты, затем нагрузку снимают, в процессе перечисленных выше технологических операций непрерывно осуществляют регистрацию сигналов акустической эмиссии, полученные сигналы акустической эмиссии обрабатывают с помощью компьютера, по полученным данным судят о наличии зон повышенной активности изменения структуры металла в локальных зонах сляба и возможности развития в них дефектов при производстве горячекатаной полосы. Отличительными чертами способа является использование только механического нагружения для получения сигналов акустической эмиссии, так как использование других может привести к появлению сигналов акустической эмиссии, несущих ложную информацию о качестве сляба, а также использование для контроля остывших слябов, благодаря чему сигналы акустической эмиссии меньше искажаются и затухают. Для проведения контроля данным способом возможно использовать нагрузку, под действием которой в слябе возникают напряжения, равные от 20 до 80% предела текучести материала сляба. Эти напряжения схожи с напряжениями, действующими в слябе во время прокатки, а сигналы акустической эмиссии, зарегистрированные в момент действия этих сил, дают информацию о возможных зонах образования и развития дефектов при производстве горячекатаной полосы. Это позволяет классифицировать дефекты не по косвенным признакам (размер, расположение, форма дефекта), имеющим влияние на качество полученного проката, а по таким характеристикам, как активность изменения структуры метала в локальных зонах и влияние изменения действующих напряжений на активность изменения структуры.
Способ осуществляется следующим образом. На контролируемый в холодном состоянии сляб стационарно устанавливают датчики акустической эмиссии, в порядке, обеспечивающем регистрацию сигналов во всем материале сляба и возможность определения координат сигналов. После этого сляб механически нагружают до напряжений в 20-80% от предела текучести материала сляба, используя собственный вес сляба, например, с использованием кранового оборудования. Сляб выдерживают в нагруженном состоянии не менее одной минуты, после чего опускают. В течение всех вышеперечисленных операций осуществляется регистрация сигналов акустической эмиссии. После окончания нагружения датчики снимают со сляба. Полученные показания системы проходят обработку на компьютере и в форме координат и параметров источников сигнала выводятся для принятия решения о возможностях использования сляба.
Датчики устанавливаются стационарно. В зависимости от требуемой точности количество и способы расположения пьезоэлектрических датчиков могут варьироваться (для обеспечения распознавания пространственных, плоских, или линейных координат расположения дефектов), при этом число датчиков, в зону действия которых входит любая точка сляба, должно быть на один больше, чем число осей координат, по которым проводится контроль, а их расположение должно обеспечивать однозначное определение любой точки на слябе, входящей в зону их контроля, относительно их местоположения как геометрическое место точек, имеющих определенную разность расстояний до датчиков.
В целях предупреждения возникновения помех, вносящих искажения в полученные результаты, не следует применять крановое оборудование с электромагнитным устройством фиксации груза для подъема сляба во время нагружения.
По совокупности полученных параметров судят о наличии дефектов, влияющих на качество горячекатаной полосы. Для проведения контроля используют нагрузку, под действием которой в слябе возникают напряжения, равные от 20 до 80 процентов предела текучести материала сляба, нагрузка менее 20 процентов не достаточна для инициирования четкого сигнала акустической эмиссии, а нагрузка выше 80 процентов не рекомендуется, в целях устранения возможности случайного превышения напряжений предела текучести и повреждения сляба. Эти напряжения схожи с напряжениями, действующими в слябе во время производства горячекатаной полосы, а сигналы акустической эмиссии, зарегистрированные в момент действия этих сил, дают информацию о возможных зонах образования и развития дефектов при прокатке. Сляб выдерживают в нагруженном состоянии не менее одной минуты. Данное время необходимо и достаточно для регистрации сигналов акустической эмиссии, больший промежуток времени не целесообразен, так как при увеличении затрат времени результат остается прежним. После этого сляб опускают, и прекращают регистрацию сигналов акустической эмиссии. Способ позволяет классифицировать дефекты не по косвенным признакам (размер, расположение, форма дефекта), имеющим влияние на качество полученного проката, а по таким характеристикам, как активность изменения структуры метала в локальных зонах и влияние изменения действующих напряжений на активность изменения структуры сляба. Также отличительной чертой способа является использование только механического нагружения, так как использование других может привести к появлению сигналов акустической эмиссии, несущих ложную информацию о качестве сляба. Еще одной особенностью способа является использование для контроля остывших слябов, благодаря чему сигналы акустической эмиссии меньше искажаются и затухают.
Реализация способа проводилась диагностическим нагружением холодного сляба его собственным весом с использованием кранового оборудования, что приводило к появлению максимальных растягивающих напряжений на поверхности величиной ≈45 МПа, что составляло 20-30% от предела текучести и обеспечивало высокую вероятность регистрации сигналов акустической эмиссии. Датчики акустической эмиссии устанавливались в средней части холодного сляба на расстоянии ≈2 м друг от друга (наибольшее расстояние, обеспечивающее высокую вероятность приема сигнала для данного объекта). Для регистрации импульсов акустической эмиссии использовалась двухканальная измерительная акустико-эмиссионная система (ИАЭС) с рабочим частотным диапазоном 20-1000 кГц, эффективным значением напряжений собственных шумов усилительного тракта, приведенным к входу предварительного усилителя не более 5 мкВ, точностью определения времени прихода сигнала акустической эмисии 0,8 мкс, программируемым коэффициентом усиления основного усилителя (от минус 20 до 40 дБ) и предварительным усилением 34 дБ, диапазоном измерения максимальной амплитуды сигнала от 20 до 134 дБ с точностью ±1 дБ, максимальным количеством регистрируемых каждым каналом за одну секунду сигналов акустической эмиссии 1500. Нижний уровень порога дискриминации системы определялся необходимостью устранения электромагнитных помех и составлял 47 дБ на каждом канале, время блокировки составляло 48000 мкс. Упругая волна регистрировалась датчиками акустической эмиссии, сигналы которых усиливались предварительным усилителем и поступали на блок анализа. Отсюда ряд цифровых параметров, характеризующих поступающие из предварительного усилителя сигналы, передавался по интерфейсу CAN2.0B в компьютер. В ходе проведения контроля был выявлен один источник акустических сигналов, который был идентифицирован как опасный. После была проведена контрольная огневая зачистка сляба, которая подтвердила наличие только одного дефекта, координаты которого совпадали с показаниями предлагаемого способа.