CN101027551B - 用于测得轧机轧辊上的表面缺陷如裂纹、脱落或类似缺陷的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种方法、装置和电路用于求得在轧机(1)轧辊(2)、尤其是工作辊(2a)上的表面缺陷如裂纹、脱落或类似缺陷，该工作辊通过支撑辊(2b)支承在立架梁(3)中。可以在轧辊的运行位置检验轧辊(2)的缺陷，方式是使以约0.5-2MHz的频率所产生的超声横向波(4a)在第一辊端部(2c)上引入并且在第二辊端部(2d)上接收并且其中在测量过程期间超声波传递器(5)和超声波接收器(6)对于检验时间可靠地顶压在辊表面(2e)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过超声波测得轧机轧辊上、尤其是工作辊上的表面缺陷如裂纹、脱落或类似缺陷的方法和装置，该工作辊通过支撑辊支承在立架横梁上。
背景技术
在轧机区上通常使工作辊在给定的使用时间后在热带材线和冷轧机中更换，通过相关的轧制材料和轧辊的其它参数确定使用时间。但是得到的时间因素不与各轧辊上的重大缺陷相协调。缺少其它的准确诊断经常过早地更换工作辊。由此产生经济上的缺陷。
由DE 198 49 102 C1已知用于通过瑞利波无损地检验在组织中的表面敞开的和/或接近表面的缺陷位置上的目标的方法和装置。入射角(α)在此调节到1.04±0.2°角，它由表面前的介质声速与在目标或检验对象中的瑞利波速度的商数给出。
但是由于方法基础和所建议的装置的结构不能在轧制机架中的轧辊上使用这种方法。
US 4 423 636公开了一种检验方法，其中超声波通过声波传递体导入到要被检验的轧辊并且在另一位置再通过接收器接收。对于声波导入和接收具有板形部件，它们与辊表面接触。
US 6 105 431公开了通过超声波执行无损地检验的基本方法。在那里声波以角度导入检验物并且在离开声波传递体的位置上再接收。
由US 6 341 525、由GB 1 561 811 A1、由US 5 417 114、由US 3 868847和由2004年3月圣地亚，哥加拿大、美国5394卷第1，17的在Health Monitoring anel smart Nondestructive Evaluation of Structuraland Biological Systems III15-17由I.Komsky的文章“Rollingdry-coupled transducers for ultrasonic inspections of aging aricraftstructures”已知类似的解决方案。
发明内容
本发明的目的是，使公知的超声波检验方法应用于位于运行位置 的纵向延伸的轧机结构部件上，即易磨损的轧辊上并简单地构成。
这个目的按照本发明由此得以实现，在安装位置检验要被检测的轧辊，其中所产生的超声波横向波(所谓的剪波)以约0.5-2MHz的频率传导到第一辊端部并且在第二辊端部上接收并且其中在测量过程期间超声波传递器和超声波接收器对于检验时间固定地顶压在辊表面上。对于横向波波速比纵向波低约50％。与此相关波长也减小，因此可以测得非常小的缺陷位置。尺寸为0.6x0.6mm的裂纹和发裂和脱落视为辊表面部位上的缺陷位置。裂纹宽度为50μm深度为10μm。0.5-2MHz的频率兼容最大测量深度与用于识别较小缺陷位置的标准分辨率。所述声波传递器在辊端部上和声波接收器在另一辊端部上的布置需要最少的能耗。在这些缺陷位置的边界面上产生声学特性变化，它们以测量技术被检测。
轧辊的可检验材料尤其是：用于冷轧机的钢轧辊：声波通过性对于锻造钢由于其细颗粒结构特别高。铸钢轧辊：与锻造钢相比颗粒略 微粗；但是在降低检验频率时仍能够良好地检验这种材料。这些轧辊例如作为高铬轧辊用于热带材终轧线的第一轧制机架。“无限冷硬”的轧辊：这种轧辊在芯体中由球墨铸铁而在外壳中由冷硬铸铁制成。这种轧辊类型由于存在石墨夹杂物难以检验。由此可能产生高的声散射。对于检验建议小于1MHz的超声波频率。这种形式的轧机轧辊作为复合轧辊用于热带材终轧线的最后轧制机架。锻造钢的支撑辊：通过频率为1MHz的超声波检验方法是非常有利的。
一个扩展结构是，所述超声波传递器和超声波接收器靠近固定在立架轴承中的辊轴颈径向安置在辊身边缘上。
一个改进是，在安装超声波传递器和超声波接收器期间要被检测的轧辊静止并且在结束安装过程后旋转约2圈。在检验过程后可以使仪器摆开。通过该仪器不妨碍现有的轧制物导向和冷却装置。
另一改进方案是，所述超声波通过压电元件穿过透明塑料制成的芯件和邻近的硅树脂填料导引到钢制辊形接触体，该接触体顶压在辊身外部的辊表面上。压电元件用于使波成束并由此在给定的方向上有目的地导引超声波。
为导引地传递超声波规定，在辊形接触体上在运行表面外施加铱层。
另一有利的措施是，在工作辊之间没有轧制物地进行检验过程。可以在更换轧制物以后或者以规定的间隔进行检验过程。
按照另一步骤规定，所述超声波以锐角导入辊表面并且只利用在辊表面方向上的分量。
一种通过使用超声波求得在轧机轧辊、尤其是工作辊上的表面缺陷如裂纹、脱落或类似缺陷的装置-该工作辊通过支撑辊支承在立架梁里面-按照本发明如下实现这个目的，在立架梁中分别支承可由驻留位置摆动到检验位置或者反之的固定体，它分别支承一个超声波传递器或超声波接收器，其中该固定体分别通过驱动装置调整到确定的顶压力。由此不仅可以对应于辊径的磨损或再加工检验不同的辊径，而且可以总是以适合的程度保持顶压力。
按照另一发明在摆杆的顶压端部上分别设置钢制的轴形接触体。对于不同的辊径只略微改变与辊表面的冲击角。
所述接触体是均匀地将超声波传递到钢轧辊并且从传递器继续传 递到接收器的前提。为此所述接触体有利地具有塑料的静止芯件，它通过耦合器(Kupplung)(例如Olham耦合器)与头外壳防扭转地连接，其中该芯件灵活地旋转支承在接触辊里面并且其中在接触体中设置电连接的波传递器或波接收器。由此所述装置在轧辊内部集束式地形成波和继续传导。
一个改进方案规定，所述辊形接触体在外面覆铱层。由此提高超声波通过接触辊到要被检验的轧辊的传递能力。
对应于通常液体的不能位于安装的轧辊上的耦联介质建议，在辊接触体与塑料的静止芯件之间的环空间以用于声耦联的硅树脂充满。
此外建议一种通过使用超声波测得在轧机轧辊、尤其是工作辊上的表面缺陷如裂纹、脱落或类似缺陷的电路，该工作辊通过支撑辊转动支承在立架梁里面。
这个电路如下实现该任务，一个超声波传递器连接在超声波发生器上并且通过轧辊与超声波接收器连接，该接收器连接在接收器放大器和比较器上，一个用于图形(Muster)测量信号的存储器与并联的图形放大器和与比较器连接并且在连接在比较器上的差错信号发生器中产生给定的图形测量信号。
该电路如下进一步扩展，所述差错信号发生器连接在具有存储器的记录仪上。
一个扩展结构还规定，在后面或前面图形测量信号上的转接电路连接在用于检测的图形测量信号的记录仪上。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例，下面详细描述它们。附图中：
图1示出四辊轧制机架的轧机在轧制方向上的正视图，
图2示出图1的横截面图，具有超声波传递器和超声波接收器，
图3示出具有用于超声波传递器或超声波接收器的顶压机构的固定体的局部横截面图，
图4以横截面图示出具有在放置位置的固定体的立架梁，
图5示出超声波波束，
图6示出固定体铰链的横截面图，
图7示出放置的固定在固定体上的具有部分转换器的钢辊的横截面，
图8示出固定体的另一实施例的横截面图，
图9示出一个或多个检验过程的功能流程的方框图。
具体实施方式
在图1中示出轧机1，例如四辊轧制机架。该轧机1具有四个轧辊2、即两个工作辊2a和两个导引工作辊的支撑辊2b。
所述轧辊2通过立架轴承3a可旋转地支承在立架梁3里面。轧辊2可通过液压调整缸7调整，但是在检验过程期间调整缸无压力，即不起作用。
对于上工作辊2a一个摆杆8a(图2)支承在立架梁3上，该摆杆向上摆动到驻留位置9并且向下与其传递头10摆动到检验位置11。在检验位置11传递头10为了将振动可靠地传递到辊身边缘2f上在辊轴颈2g附近在辊表面2e上顶压在第一辊端部2c(图1)和第二辊端部2d上。在此用于导引和冷却轧制物的机构不受影响并且可以保留其运行结构中。
按照图2所述固定体8与传递头10在其驻留位置9上容易地被保护免受不利的环境影响。为了检测上工作辊2a和下工作辊2a分别具有两个这样的固定体8。
在图3中放大地示出一个摆杆8a并且保持在立架梁3中的摆动轴承12里面。该摆杆8a是固定体8的组成部件。在固定体8内部一个驱动装置13、例如液压缸13a铰接保持在两个端部上。所述外壳14可以相对于止挡15调整用于固定一个总是重复要移动的检验位置11。该液压缸13a在外壳14中与可移动的连杆16铰接，其中连杆16在其尖端支承传递头10。该传递头10由接触辊17组成。在所示位置传递头10碰到具有平均辊径18的上工作辊2a。向工作辊2a的中心示出连杆16的调整方向。在辊径19，20例如由于辊身的中间期磨削变化时，通过液压缸13a的行程产生补偿。使用接触辊17(钢制)只产生要被忽略的冲击角偏移。通过液压缸13a监控传递头10的顶压力。
在图4中示出从侧面看去的固定体8与摆杆8a的布置。外壳14容纳摆动支承12。该摆动支承12由固定在立架梁3中的旋转轴21组成，外壳14通过旋转轴承22借助支承在立架梁3上的液压摆动驱动装置23围绕旋转轴21旋转，用于从驻留位置9进入检验位置11。
在图5中示出用于检验使用的超声波4作为超声波横向波4a，它 在方向4b上运动。
按照图6接触辊17支承在头外壳24内部，它是外壳14的一部分。该接触辊17通过滚动轴承25a，25b旋转导引。该滚动轴承25a，25b相对于头外壳24的法兰26密封。在辊孔17a内部设置由透明的类似玻璃的塑料(例如市场上的有机玻璃)制成的芯件27，它保持在由四个密封的轴承28和一个耦合器29、最好是Oldham耦合器组成的固定体里面。该塑料芯件27通过无接触的密封30隔热和保护。在接触辊17与塑料芯件27之间存在的环空间31中加入由环形硅树脂层构成的用于声学耦联的填料32。作为波传递器33(或波接收器)一部分压电元件33a位于空心空间27a内部。
由压电元件33a通过塑料芯件27和填料32实现在超声波发生器34(参见图9)中产生的超声波4传递到接触辊17，其中围绕接触辊圆周敷设铱层35，并传递到轧辊2a(钢制)里面并且其中可靠地顶压接触辊17。在此存在超声波4的双折射。
压电元件33a通过电缆36与超声波发生器34连接(图6，8，和9)。
所述硅树脂填料32除了其它粘滞的液体以外是用于超声波4的耦联介质。超声波4从压电元件33a发出并且穿过(透明的)塑料芯件27进入硅树脂填料32。在钢制接触辊17的出口面上超声波4第一次折射。然后超声波4作为超声波横向波4a通过铱层35到达辊表面2e并且在那里第二次折射并且导入到要被检验的工作辊2a的钢里面(参见图6右下)。纵向分量在纵向穿过轧辊2并且在存在缺陷时碰到表面缺陷，如裂纹、发裂、脱落或类似缺陷，它作为缺陷被测得。
在图7中在钢制工作辊2a上支承辊形接触体17，其中围绕其圆周涂覆铱层35并且可靠地顶压接触辊17。在此存在超声波4的双折射。
所述压电元件33a通过电缆36与超声波发生器34连接(图9)。
除了其它粘滞的液体以外所述硅树脂填料32是用于超声波4的耦联介质。超声波4从压电元件33a发出并且穿过塑料芯件27进入硅树脂填料32。
在向着钢制接触辊17的出口面上超声波4第一次折射。然后超声波4通过铱层35到达辊表面2e并且第二次折射。
纵向分量在纵向穿过轧辊2并且在存在缺陷时碰到表面缺陷，如裂纹、发裂、脱落或类似缺陷，它作为缺陷被测得。
在图7中在工作辊2a上支承接触辊17。(透明塑料的)芯件27被用于声学耦联的硅树脂填料32包围并且一个波传递器/波接收器33位于空心空间27a里面，它们由压电元件33a组成，以横截面图示出该压电元件。超声波传递器5(或超声波接收器6)目前放置在辊表面2e上并且接着与移动的辊表面2e随动并置于旋转。
图8示出可选择的实施例。超声波传递器5(或超声波接收器6，发出的波传递到接收器上)装进一个摆动头37里面，它自动地调节到适合的角位。为此支架38可以围绕支架轴38a摆动，长形的接触体39以适合的角度适配于平均辊径18并且适配于变化的辊径19。代替硅树脂填料32可以使油作为耦联介质。
不必在轧制线的所有轧机中使用检验方法或装置。检验具有最大负荷(具有最大道次减薄)的轧机就足够了，因为在那里存在首先产生裂纹的高可能性。
在图9中示出所述装置的用于评价所查明的信号图形的方框图。超声波传递器5连接在超声波发生器34上并且通过轧辊2与超声波接收器6连接。接收器连接在接收器放大器40和比较器41上。后面的存储器示波器42在两个信号之间有差值时产生差错信号。该差值由此实现，差错信号通过导线43和记录仪44导引并且在用于图形信号A，B，C，D，E等的存储器45中选择后面出现的比较图形并且传递到图形放大器46。如果在比较器41中比较时确定不一致性，例如对于差值发出命令给记录仪44用于继续接通到下一图形测量信号A，B，C，D，E等。在与现有的图形测量信号比较结束后通过旋转47以确定的角度48(角度 
)进行继续检验。按照这个方法在差错信号发生器49中在信号不一致时通过转接电路50导入并执行其它比较过程。
附图标记清单
1 轧机
2 轧辊
2a 工作辊
2b 支撑辊
2c 第一辊端部
2d 第二辊端部
2e 辊表面
2f 辊身边缘
2g 辊轴颈
3 立架梁
3a 立架轴承
4 超声波
4a 超声波横向波
4b 传播方向
5 超声波传递器
6 超声波接收器
7 调整缸
8 固定体
8a 摆杆
9 驻留位置
10 传递头
11 检验位置
12 摆动轴承
13 驱动装置
13a 液压缸
14 外壳
15 止挡
16 连杆
17 接触辊
17a 辊孔
18 平均辊径
19 变化的辊径
20 变化的辊径
21 旋转轴
22 旋转轴承
23 旋转驱动装置
24 头外壳
25a 滚动承
25b 滚动承
26 法兰
27 由(透明)塑料制成的芯件
27a 空心空间
28 密封的轴承
29 (Oldham)耦合器
30 密封
31 环空间
32 硅树脂填料
33 波传递器/波接收器
33a 压电元件
34 超声波发生器
35 铱层
36 电缆
37 摆动头
38 支架
38a 支架轴
39 接触体
40 接收器放大器
41 比较器
42 存储器-示波器
43 导线
44 记录仪
45 存储器
46 图形放大器
47 以角度 
的旋转
48 固定的角度
49 差错信号发生器
50 转接电路
Claims (16)
1.一种通过使用超声波(4)测得在轧机(1)的轧辊(2)上的表面缺陷的方法，其特征在于，在安装位置检验要被检测的轧辊(2)，其中被产生的超声横向波(4a)以约0.5-2MHz的频率在第一辊端部(2c)导入并且在第二辊端部(2d)上接收，其中在测量过程期间超声波传递器(5)和超声波接收器(6)对于检验时间可靠地顶压在辊表面(2e)上并且其中所述超声波(4)通过压电元件(33a)穿过透明塑料制成的芯件(27)和邻近的硅树脂填料(32)导引到钢制辊形接触辊(17)，该接触辊顶压在辊身外部的辊表面(2e)上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波传递器(5)和超声波接收器(6)靠近保持在立架轴承(3a)中的辊轴颈(2g)径向安置在辊身边缘(2f)上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在安置超声波传递器(5)和超声波接收器(6)期间要被检测的轧辊(2)静止并且在结束安置过程后再旋转约2圈。
4.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在辊形接触辊(17)上在运行表面外面涂覆铱层(35)。
5.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在工作辊(2a)之间没有轧制物地进行检验过程。
6.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述超声波(4)以锐角导入辊表面(2e)并且只利用在辊表面(2e)方向上的分量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轧辊(2)是工作辊(2a)，该工作辊通过支撑辊(2b)支承在立架梁(3)里面。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面缺陷是裂纹和脱落。
9.一种通过使用超声波(4)测得在轧机(1)的轧辊(2)上的表面缺陷的装置，其中在立架梁(3)中分别支承由驻留位置(9)可摆动到检验位置(11)或者反之的固定体(8)，固定体(8)分别带有超声波传递器(5)或超声波接收器(6)，其中该固定体(8)分别通过驱动装置(13)可调至确定的顶压力，其特征在于，在摆杆(8a)的顶压端部上分别设置钢制的辊形接触辊(17)，其中所述接触辊(17)具有塑料的静止芯件(27)并且其中在接触辊(17)与塑料的静止芯件(27)之间的环空间(31)以用于声耦联的硅树脂充满。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，静止的塑料芯件(27)通过耦合器(29)与头外壳(24)防扭转地连接，其中该芯件(27)灵活地旋转支承在接触辊(17)里面并且其中在接触辊(17)中设置电连接的波传递器(33)或波接收器(33)。
11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述接触辊(17)在外面覆有铱层(35)。
12.如权利要求9至10中任一项所述的装置，其特征在于，它还具有电路，其中超声波传递器(5)连接在超声波发生器(34)上并且通过轧辊(2)与超声波接收器(6)连接，该接收器连接在接收器放大器(40)和比较器(41)上，其中用于图形测量信号(A，B，C，D，E)的存储器(45)与并联的图形放大器(46)并与比较器(41)连接并且在连接在比较器(41)上的差错信号发生器(49)中产生给定的图形测量信号(A，B，C，D，E)。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述差错信号发生器(49)连接在具有存储器(45)的记录仪(44)上。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，在后面或前面图形测量信号(A，B，C，D，E)上的转接电路(50)连接在用于检测的图形测量信号(A，B，C，D，E)的记录仪(44)上。
15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述轧辊(2)是工作辊(2a)，该工作辊通过支撑辊(2b)支承在立架梁(3)里面。
16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述表面缺陷是裂纹和脱落。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101201 Termination date: 20111019 |