[发明专利]轧辊疲劳硬化层的超声共振谱检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊表面的无损检测技术，尤其是指一种轧辊疲劳硬化层的超声共振谱检测方法。

背景技术

轧机是现代化冶金企业的关键工艺设备，而轧辊又是轧机的关键核心部件，其使用性能直接决定着轧机稳定、产线顺行、生产消耗及产品质量。

轧辊最经济安全的使用对生产意义很大，轧辊工作时如果其接触疲劳应力较大，会造成轧辊表层产生疲劳硬化层，其引起的接触疲劳损坏是许多钢铁企业普遍发生的现象。为了预防轧辊开裂、剥落事故，必须开发能够确保轧辊安全稳定运行的针对轧辊疲劳损伤的无损检测技术，尤其是能够在可见开裂的起始阶段就能实现有效的检测。

目前，与轧辊有关的无损检测技术主要包括涡流检测、辊身硬度检测、超声波探伤检测以及X-ray检测等，各种方法侧重不同，检测能力存在差异，但总的说，针对轧辊疲劳硬化层的检测评价的技术方案在业内还很少见，因此，目前钢铁生产尚缺乏有效的方便钢铁生产现场的轧辊疲劳硬化层检测方法和设备。

下面，介绍上述现有各种检测轧辊的无损检测方法的利弊：

1)涡流检测：目前轧辊检测很大程度上依赖自动涡流检测技术，因为其渗透率低，所以主要用于检测辊面缺陷，涡流检测可用于检测肉眼不可见的缺陷，如剥落裂纹、热裂纹等。涡流检测可以用于不同材质、不同直径的工作辊和轧辊。涡流检测速度高、成本低，可实现自动化，探头不用接触辊面。但是由于疲劳硬化层分布深度最大也不过几百微米，采用涡流方法难以满足对如此薄层材质电磁性质的改变进行探测的要求，并且涡流检测信号容易被外界干扰，更会增加检测难度。

2)硬度检测：常规硬度检测跟踪可以了解轧辊的工作硬化程度。通过硬度检测，将轧辊修磨后硬度与供货硬度的差别控制在一定范围内，可以有效避免加工硬化裂纹的产生。硬度检测是一种动态力检测，常用的肖氏硬度计是一种轻便的手提式仪器，便于现场测试，其结构简单，便于操作，测试效率高，但与布、洛、维等静态力试验法相比，准确度稍差，受测试时的垂直性、试样表面光洁度等因素的影响，数据分散性较大，其测试结果的比较只限于弹性模量相同的材料，对试样的厚度和重量都有一定要求，不适于较薄的疲劳硬化层，而且轧辊辊身各处硬度存在差异，硬度检测难以精确量化分析评价微观的疲劳硬化层。

3)X-ray检测：早在上世纪80年代，国外钢铁业界就对轧辊疲劳硬化层采用X-ray方法进行了深入研究，对疲劳应变期间材料晶格结构数据的变化和疲劳极限进行了X-ray检测分析，但基于上述检测手段能够实现对疲劳损伤进行定量判定的办法却很少。也有采用对X-ray衍射线的半高宽进行测量的方法，对疲劳破坏的机理进行了深入研究分析，对轧辊表面以下一定深度范围以内的材质进行检测，结果参见图1，轧辊表面11以下首先是X-ray衍射半高宽值发生变化的一定厚度的疲劳硬化层12，然后是X-ray衍射半高宽值几乎不发生变化的轧辊工作层13。相比其它检测手段而言，X-ray衍射方法在疲劳发展成为可见的开裂之前是一种有效的检测手段，但是该方法的最大问题在于其检测深度有限，只能够对表面下约20微米的深度范围内进行检测，相比轧辊几百微米的疲劳硬化层，实现彻底检测的工作量很大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种针对轧辊疲劳损伤进行无损检测的轧辊疲劳硬化层的超声共振谱检测方法。该方法在轧辊出现可见开裂的起始阶段就实现有效的检测，并能定量评价轧辊疲劳硬化层的分布及厚度，对厚薄疲劳硬化层都能进行有效检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种轧辊疲劳硬化层的超声共振谱检测方法，所述轧辊是使用过的，其轧辊表面以下首先是疲劳硬化层，然后是轧辊工作层，所述检测方法包含以下步骤：

S1，对轧辊表面进行磨床加工，使轧辊表面粗糙度一致；

S2，向所述轧辊疲劳硬化层发射宽频带超声信号，该信号作为轧辊疲劳硬化层的作用信号，轧辊疲劳硬化层在宽频带超声信号作用下，在某个频率段发生共振作用，然后接收该发生共振作用后的超声信号，并从中得知轧辊疲劳硬化层引起的超声共振圆频率ω_共振及共振振幅A_共振；

S3，根据超声共振圆频率ω_共振得到疲劳硬化层引起的超声共振频率f_共振，对超声共振频率f_共振进行带通滤波处理，选取超声共振频率f_共振中心一定频带内的超声共振谱信号；