УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ ГОРЯЧЕГО ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА
DEVICE FOR ULTRASONIC FLAW DETECTION OF HOT ROLLED METAL

Изобретение относится к устройству для ультразвуковой дефектоскопии горячего прокатываемого металла во время процесса прокатки в одной из нескольких расположенных друг за другом прокатных клетей прокатного стана, состоящему, по меньшей мере, из двух образующих между собой зазор валков, причем валки снабжены ультразвуковыми искательными головками, расположенными так, что части самого тела валка служат трактом для прохождения ультразвуковых волн к подвергаемому дефектоскопии прокатываемому металлу в межвалковом зазоре.
Такое устройство известно, например, из DE 19915203 С2. Оно расположено в прокатной клети, которая установлена по ходу прокатки перед чистовой клетью. Это значит, что здесь сталь уже почти полностью раскатана до своей нужной формы. Это затрудняет обнаружение внутри прокатываемого металла дефектов, например включений, за счет произошедшего растяжения. Отражающая поверхность в луче становится все меньше, а сигнал - все слабее.
В предпочтительном, представленном в данной публикации, варианте предусмотрены три звездообразно расположенных валка (так называемый блок «Косks»), образующих между собой межвалковый зазор. Эти дискообразные валки должны быть специально доработаны или изготовлены, чтобы можно было установить ультразвуковые искательные головки.
Поскольку такая прокатная клеть, как сказано выше, представляет собой чистовую прокатную клеть, при различных габаритных размерах проката должны быть предусмотрены также различные калибры, что связано со значительными монтажными и складскими затратами. Кроме того, кривизна калибров валков является недостатком, поскольку она приводит к геометрическому фокусированию ультразвукового луча, что, однако, не всегда желательно. Этому фокусированию способствуют соотношения скоростей звука. Фокусирование ультразвукового луча вызывает неравномерное прозвучивание нитки проката. В результате повышается число искательных головок и требуется дефектоскопия под дополнительными углами.
Кроме того, кривизна приводит также к рассеянию энергии ультразвукового луча во всех местах, где он падает на калибр невертикально. Эти отраженные доли могут в качестве фантомных эхо создать проблемы при дефектоскопии. Часто их очень трудно преодолеть, если угловые отношения неблагоприятны.
Другим недостатком является небольшой диаметр валков, который в продольном направлении очень сильно дефокусирует ультразвуковой луч. Здесь действует, в основном, переход от искательной головки к телу валка, обеспечиваемый передающей водой.
Другой существенный недостаток известного устройства заключается в ограничении контрольного габарита. Это значит, что тракт опережения в прозвученном валке должен быть длинным, по меньшей мере, настолько, чтобы время на прохождение тракта опережения было больше времени, требуемого для проскока нитки проката.
Поэтому задачей изобретения является создание устройства описанного выше рода так, чтобы более надежные результаты дефектоскопии можно было достичь с существенно меньшими затратами.
Эта задача решается в соответствии с отличительной частью п.1 формулы за счет того, что снабженные ультразвуковыми искательными головками валки выполнены с возможностью установки, имеют прямой поперечный профиль и диаметр, в несколько раз больше ширины межвалкового зазора, так что возникает большой угол α захвата при прокатке, и эти валки расположены в одной из первых прокатных клетей прокатного стана.
Таким образом, процесс дефектоскопии в прокатной клети происходит на относительно ранней стадии процесса прокатки, так что растяжение включений в прокатываемом металле сравнительно мало, однако деформация достаточна, чтобы разрушить литую структуру и уплотнить пористости. Разрушение литой структуры требуется для проведения ультразвуковой дефектоскопии с частотой выше 2 МГц. Только начиная с этой частоты, можно обнаружить достаточно мелкие включения. Уплотнение сердцевины нитки проката требуется, чтобы предотвратить коробление данного отрезка нитки, поскольку с помощью ультразвуковой дефектоскопии невозможно различить пористость и включения.
За счет прямого профиля валков также профиль прокатываемого материала приобретает в процессе деформации квадратное или прямоугольное сечение, причем благодаря большому диаметру валков в распоряжении могут быть большая зона деформации и тем самым также большая зона прозвучивания. Кроме того, благодаря большому диаметру достигается то, что дефокусирование ограничено и в прокатываемый материал может быть введен максимум энергии.
Прокатная клеть выполнена так, что она осуществляет деформацию для обеспечения достаточно хорошего контакта между валками и прокатываемым материалом. Зона контакта тем больше, чем выше степень деформации. Также это способствует увеличению ввода энергии.
В предпочтительном варианте в качестве валков используются так называемые консольные валки (Cantileverroll), у которых бандаж, по меньшей мере, с одной стороны выступает за диск. Эти консольные валки обеспечивают вышеназванные преимущества большого диаметра и передачи достаточного большого усилия.
Кроме того, вылет бандажа валка в виде заплечика обеспечивает предпочтительное место монтажа ультразвуковых искательных головок, а именно по п.3 на обращенной к оси валка стороне бандажа.
Иначе, чем в вышеприведенном уровне техники, валки не требуется дорабатывать или специально изготавливать, поскольку расположение ультразвуковых искательных головок в случае консольных валков может вполне совпадать с прокатываемым материалом.
Таким образом, без проблем возможна ориентация ультразвуковых волн перпендикулярно поверхности прокатываемого материала в межвалковом зазоре (п.4).
В качестве ультразвуковых искательных головок могут быть предусмотрены по п.6 несколько расположенных в линию традиционных искательных головок, которые за счет индивидуального управления могут быть ориентированы в соответствии с требованиями дефектоскопии.
Согласно п.7 предпочтительно применение так называемых групповых излучателей. Предпочтительные, согласно изобретению, консольные валки могут использоваться для всего спектра габаритов продукции, поскольку они должны быть только установлены без необходимости использования нового калибра (см. п.1). В частности, с помощью групповых излучателей при однозначном ведении прокатываемого материала можно учитывать размер нитки проката за счет соответствующих отключений и подключений в пределах линии групповых излучателей. Существенное преимущество групповых излучателей заключается в возможности поворачивать ультразвуковой луч для оптимального прозвучивания включений, поскольку они зачастую обладают акустическими анизотропными свойствами. За счет поворота звукового луча можно обнаруживать также близкие к краю включения.
При дефектоскопии возможны любые режимы излучения и приема. Можно работать как в режиме прозвучивания, так и эхо-импульсным методом.
Чтобы ультразвук рассеивался лишь незначительно и не происходило ослабления возвращающихся сигналов, перед проведением дефектоскопии удаляется грубая окалина, образовавшаяся после черновой прокатки.
Нитка проката однозначно фиксируется в своем положении посредством прокатной арматуры или предшествующих и последующих прокатных клетей, чтобы вслед за этим настроить процесс дефектоскопии.
Изобретение далее поясняется с помощью чертежей, на которых изображено:
фиг.1: фрагмент консольной прокатной клети с традиционными ультразвуковыми искательными головками;
фиг.2: то же, что и на фиг.1, но с групповыми излучателями в качестве искательных головок;
фиг.3: альтернативную прокатную клеть с альтернативным расположением искательных головок.
На фиг.1 и 2 изображен фрагмент прокатной клети, в целом обозначенной как 1.
Она состоит, в основном, из двух оставляющих зазор 2 между собой консольных валков 3, ось вращения 4 которых образована валом 5. Валки 3 содержат диск 6 и отстоящий вбок наружу от него кольцеобразный выступ 7. Между этими выступающими участками 7 валков 3 находится подвергаемый дефектоскопии прокатываемый материал 8.
Соосно с межвалковым зазором 2 или прокатываемым материалом 8 на обращенной к валу 4 стороне выступа 7 расположен собственно дефектоскоп 9.
В случае фиг.1 речь идет о традиционных ультразвуковых искательных головках, расположенных в виде матрицы и включенных с возможностью индивидуального управления направлением распространения звука и его интенсивностью.
На фиг.2 все элементы фиг.1 обозначены теми же ссылочными позициями. Единственное отличие в том, что вместо традиционных ультразвуковых искательных головок 9 здесь расположены так называемые групповые излучатели 10. Они обладают преимуществом более разнообразных возможностей управления и контроля.
На фиг.3 изображено альтернативное валковое устройство, в котором групповые излучатели 9 также расположены на направленной к оси 4 стороне выступа 7. Здесь, однако, ультразвуковые искательные головки 9 расположены так, что они после прозвучивания выступа 7 могут прозвучивать наискось прокатываемый материал 8. За счет соответствующего управления искательными головками 9 возможно также вертикальное прозвучивание. Эта конструкция позволяет еще лучше сканировать близкую к поверхности зону.
Однако общим для всех вариантов является тот факт, что за счет геометрии валков подвергаемая дефектоскопии поверхность может быть оптимально подготовлена, а именно в том месте в процессе прокатки, в котором включения (т.е. обнаруживаемые дефекты внутри прокатываемого материала) еще довольно мало растянуты и, следовательно, при прозвучивании прокатываемого материала подают заметный сигнал.