[发明专利]轧辊疲劳硬化层的超声表面波非线性检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊质量检测领域，尤其涉及一种轧辊疲劳硬化层无损检测方法。

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，轧辊工作时较大的接触疲劳应力会造成轧辊表层产生疲劳层，其引起的接触疲劳损坏是国内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，各种方法侧重不同，检测能力存在差异，而针对轧辊疲劳硬化层的检测评价，资料检索显示在此技术领域国内外尚无有效的检测技术信息，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。各种检测轧辊的无损检测方法有：

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。有技术人员采用对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，试图实现疲劳硬化层的无损检测并能够定量评价，当时该方法的硬件计数系统已经开发，似乎可以用于实践。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

本发明所要解决的技术问题是提供一种轧辊疲劳硬化层的超声表面波非线性检测方法，该方法采用超声表面波传播过程中的非线性二次谐波发生效应实现对轧辊疲劳硬化层的检测，为实现定量评价轧辊疲劳硬化层提供一种有效的无损检测手段，检测结果准确可靠。

本发明是这样实现的：一种轧辊疲劳硬化层的超声表面波非线性检测方法，包括以下步骤：

步骤一、准备好带有不同疲劳硬化层厚度的系列标准试块，系列标准试块上疲劳硬化层的厚度为已知的；

步骤二、采用声表面波对系列标准试块进行探测得到与系列标准试块一一对应的一系列基频和二次谐波信号，并对该一系列的基频和二次谐波信号进行傅立叶变换，得到与系列标准试块一一对应的一系列标准频域信号，该一系列标准频域信号即为对应厚度的疲劳硬化层的标准频域信号；

步骤三、采用声表面波对被测轧辊进行检测，得到被测轧辊的基频和二次谐波信号，将该基频和二次谐波信号进行傅立叶变换，得到实测频域信号；

步骤四、将实测频域信号与标准频域信号进行对比得到对应的疲劳硬化层的厚度值。

所述步骤二和步骤三之间还包括对被测轧辊表面进行磨光的步骤。

所述 步骤四后还包括绘制轧辊周身疲劳硬化层厚度分布的步骤，具体为在被测轧辊上的不同位置进行重复步骤三、四，得到被测轧辊周身各位置点上的疲劳硬化层分布。

该检测方法最后还包括验证步骤，具体为将被测轧辊逐层减薄后重复步骤三、四，得到每次减薄后的疲劳硬化层的厚度值，比较逐层减薄的结果与测量结果是否一致。