CS259859B2 - Method of surface defects detection on metallic workpieces - Google Patents

Description

Vynález se týká detekování povrchových vad na kovových obrobcích, například ingotech, při kterém se povrch obrobku zahřívá vysokofrekvenčním proudem, zatímco se obrobek vede v jeho podélném směru plynulým pohybem vysokofrekvenční indukční cívkou, ta část obrobku, která právě opustila cívku, se okamžitě snímá jednou nebo několika infračervenými kamerami, které zaznamenávají rozložení teploty napříč obrobku. Fotodetekování znamená označení povrchových trhlin nebo vad například v ingotech, aby vady mohly být identifikovány a odstraněny například broušením ingotu, takže trhliny nebudou obrobek sledovat v dalším výrobním postupu až do konečného výrobku.'

Pod názvem ingot se zde rozumí jak kovové kusy, které mají být poprvé válcovány, tak i kusy určené pro další válcovací zpracovávání a hotové výrobky, a tento název zahrnuje jakékoliv tyče, trubky, profily a jiné tvary, které jsou vystaveny zpracovávání válcováním.

Je známo, že trhliny a povrchové nepravidelnosti u ingotů mohou být detekovány zahříváním povrchu obrobku vysokofrekvenčním proudem, přičemž obrobek je přitom veden v jeho podélném směru vysokofrekvenční indukční cívkou, a ta část obrobku, která právě opustila cívku, se okamžitě snímá pomocí infračerveného záznamového ústrojí za účelem záznamu rozložení teploty napříč obrobku, zatímco obrobek cívkou prochází. Rozložení teploty se zaznamená a ukáže se jako proužkovaný obrázek, který označuje trhlinu a vady povrchu v ingotu. Takovým zaznamenáním teplotního profilu napříč obrobku při jednom sejmutí se zjistí zvýšení teploty v teplotním profilu v blízkosti trhlin. Přírůstky teploty, které se opakují od jednoho snímání ke druhému, vytvoří po vzájemném skombinování teplotní žebro podél obrobku, a toto žebro pak vyznačí trhlinu v obrobku.

Účelem vynálezu je znaznamenávání velmi mělkých povrchových vad, o hloubce méně než 1 mm, a dosažení rovnoměrných emisních podmínek pro všechny povrchy a současně snížení nepravidelností nebo poruch v teplotním obrazci.

Ve spojitosti se shora uvedeným způsobem detekování vad obrobku bylo dokázáno, že se měřením teploty pomocí snímače infračerveného záření, to je pyrometrem pro vysílané infračervené záření, nadále na, zývaným IR pyrometr, obdrží teploty, které se odchylují od skutečné teploty povrchu v důsledku emisního koeficientu povrchu. Emisní koeficient závisí na povaze povrchu a obyčejně kolísá mezi 0 a 1. Válcované obrobky s okujemi budou obvykle mít emisní koeficient přibližně 0,90 až 0,95.

Aby se dosáhlo nejlepších podmínek v průběhu detekování vad obrobků a tím co nejméně poruch v teplotním obrazci, je žádoucí mít к dispozici povrch, který je co nejčistší. Toho lze například dosáhnout brokováním povrchu, to znamená, jeho čištěním tryskáním broků, a stupeň vyčištění může být například klasifikován podle švédské normy SIS 055990/1967. Takovým brokováním se však také obdrží nežádoucí sekundární účinek, záležející v tom, že povrch se stane lesklým a jeho emisní podmínky se změní. To má zase vliv na teplotu, která se zaznamená na IR pyrometru, takže měření teploty místo IR pyrometrem dají příliš nízkou povrchovou teplotu, takže se zaznamená příliš nízká teplota v trhlinách. To vede к tomu, že u brokovaných obrobků dojde ke snížení zaznamenané nadměrné teploty v trhlinách oproti obrobkům s okujemi, což zase vede к různé interpretaci hloubky trhlin, což závisí na emisním koeficientu povrchu. To je nežádoucí stav, který komplikuje použití shora uvedeného způsobu, jelikož za účelem získání správných výsledků je třeba znovu kalibrovat zařízení pro každý nový typ povrchu. To vyžaduje mnoho času, je to složitý úkon a nehodí se pro průmyslové využití.

Účelem vynálezu je odstranit shora uvedené nevýhody.

Podle vynálezu se toho dosáhne tím, že povrch obrobku se navlhčí kapalinou, například vodou, ke které se případně přidají složky, snižující povrchové napětí.

Podle výhodného provedení vynálezu se navlhčovací kapalina opatří složkami pro snížení bodu mrazu.

Vynálezem se dosáhne toho, že všechny povrchy obrobků, nezávisle na předběžném zpracování, budou mít přibližně stejný emisní koeficient a tyto· emisní koeficienty se budou lišit pouze v malé míře od emisního koeficientu pro suchý obrobek s okujemi. Kolísání emisního koeficientu pro navlhčené obrobky je tak malé, že nemá prakticky žádný význam pro výsledek shora popsaného detekčního způsobu. Navlhčením obrobků se také dosáhlo menšího počtu poruch v teplotním obrazci, jelikož rozdíly emisního koeficientu pro různé oblasti povrchu se vyrovnají, čímž se dosáhne důležitého a značného zlepšení poměrů signál/ /porucha u signálů z IR pyrometru. U brokovaných obrobků, které nebyly smočeny, je poměr signálu к poruše tak nízký, že u určitých typů povrchů obrobků vznikají problémy při detekování nejmělčích trhlin.

Výsledek měření teploty s kontaktním pyrometrem a s IR pyrometrem pro· různé typy povrchů obrobku, jak mokrých, tak suchých, jsou sestaveny v přiložené tabulce.

Vzorek A se týká obrobku s okujemi. Vzorek В se týká obrobku s korodovaným, to je zrezivělým, povrchem, zatímco vzorky označené CSa 1—2 (66A), CSa 2 (27B) a CSa 2½ (60B) jsou vyčištěny brokováním a povrchy jsou definovány ve shodě se švédskou normou SIS 055900-1967.

V tabulce znamená T teplotu sejmutou kontaktním pyrometrem, zatímco IR ukazuje teploty sejmuté IR pyrometrem. Jak bylo uvedeno, provádí se snímání jak na suchém, tak i na vlhkém povrchu.

Jak ukazují sloupce ,,suchý“, je značná odchylka teploty mezi oběma měřeními ,a tato odchylka se zvětšuje se stupněm brokování, což je zde označeno jako CSa 1—2, popřípadě CSa 2, popřípadě CSa 2½. Odchylka mezi oběma principy měření takto vzrůstá úměrně lesku povrchu obrobku. To znamená, že při měření IR pyrometrem se pro brakované obrobky zaznamená příliš nízká teplota obrobku a v důsledku toho menší stoupnutí teploty na stupnici. Tyto skutečnosti mohou mít, jak uvedeno, za výsledek, že za účelem získání přijatelných výsledků je třeba kalibrovat zařízení v závislosti na emisním koeficientu povrchu, což je značná nevýhoda, jelikož emisní koeficient se může měnit od jednoho obrobku ke druhému.

Snížení teplotních špiček na trhlinách u brokovaných povrchů bude mít také za následek, že se pracuje s menšími tolerancemi mezi teplotními špičkami na trhlinách a teplotami pro povrch bez trhlin, takže se zde obdrží snížený poměr signálu к poruše, což je nepříznivé.

Jak bylo shora uvedeno, ukázaly pokusy, že emisní koeficient pro různé povrchy obrobku může být změněn a uveden na přibližně stejnou hodnotu pro všechny povrchy tím, že se povrch navlhčí. Přibližně stejnou hodnotou se míní, že emisní koeficienty povrchů obrobků jsou v rozmezí, které může být považováno za přijatelné pro výsledky způsobu detekce. Obrobek může být navlhčen dříve, než prochází indukční cívkou a smáčecí kapalina se na povrch dodává co nejrovnoměrněji, buď tryskou, štěrbinou nebo podobným uspořádáním, nebo tím, že se nechá stékat dolů podél povrchu. Účinek tohoto zvlhčení je znázorněn v tabulce ve sloupcích označených ,,vlhký“.

Výsledky měření pro „suchý“ a „vlhký“ povrch, jak jsou vyznačeny v tabulce, jsou také graficky znázorněny na přiloženém výkresu.

Křivka A znázorňuje výsledky měření pro obrobek А (AA7 B) za sucha, křivka A‘ pro tentýž obrobek po navlhčení.

Křivka В znázorňuje výsledky měření pro suchý obrobek В (102 В), kdežto křivka B‘ náleží stejnému obrobku po jeho navlhčení.

Křivka C znázorňuje výsledky měření pro suchý obrobek CSa 1—2 (66A), kdežto křivka C‘ pro tentýž obrobek po navlhčení.

Křivka D znázorňuje výsledky měření pro suchý obrobek CSa (2 (27 B), kdežto křivka D‘ pro tentýž obrobek po jeho navlhčení.

Křivka E znázorňuje výsledky měření pro suchý obrobek CSa 2½ (60 D), kdežto křivka E‘ pro tentýž obrobek po jeho navlhčení.

Jak je z těchto diagramů patrno, jsou emisní koeficienty pro zvlhčené povrchy všechny na stejné úrovni jako pro suchý obrobek s okujemi, což je obrobek A (A A7B). Je dále zřejmé, že navlhčením se dosáhne toho, že všechny povrchy mají přibližně stejný emisní koeficient, přičemž tyto koeficienty jsou umístěny poměrně blízko к teoretickému maximálnímu emisnímu koeficientu, který má hodnotu 1.

Jak shora uvedeno, dosáhne se navlhčením obrobku také té výhody, že úroveň poruch pro povrch bez trhlin, představovaná kolísáním teploty napříč povrchu, se sníží zároveň s tím, že stoupnutí teploty ve spojení s trhlinou, představované zvýšením teploty napříč povrchu bez vad, se zvýší, což znamená zlepšení poměru signálu к poruše.

Tabulka

Emisní podmínky pro různé povrchy obrobků, vlhké a suché

Povrchy jsou klasifikovány podle SIS 055900-1967 (čísla obrobků v závorkách)

А (AA7 В) В (102 В) CSa 1—2 (66A) suchý vlhký suchý vlhký suchý vlhký

T	IR	T	IR	T	IR	T	IR	T	IR	T	IR
23,9	21,0	22,4	19,0	24,1	20,0	22,3	18,0	22,7	19,5	21,9	18,5
25,8	23,0	24,7	22,0	25,4	21,5	26,1	22,5	25,1	21,0	25,3	22,5
30,7	28,5	29,7	27,5	30,1	27,0	30,2	27,5	30,1	24,0	30,0	27,5
35,6	34,0	36,7	35,0	35,5	33,5	35,6	33,5	35,0	27,5	34,5	32,5
40,4	38,0	41,3	40,0	40,1	38,0	40,0	38,5	40,0	30,5	40,0	38,5
47,7	45,0	47,2	45,5	46,0	45,0	44,6	43,5	44,3	34,5	45,3	44,0
50,0	47,0			50,1	48,0
		CSa 2	(27 B)					CSa 2½	(60 B)
	suchý			vlhký			suchý			vlhký
T		IR	T		IR	T		IR	T		IR
23,4		20,0	22,3		18,5	22,4		19,0	22,0		18,5
26,6		21,0	25,0		22,5	24,9		20,0	25,4		23,0
29,8		22,5	29,7		27,5	30,0		22,0	31,4		29,5
34,8		24,5	35,8		34,5	35,0'		24,0	34,7		33,0
39,4		26,5	40,0		38,5	40,0		26,0	40,0		38,0
45,7		29,0	46,0		45,0	45,8		28,0	44,7		42,5

T = teplota zaznamenaná kontaktním pyr o metrem IR = teplota zaznamenaná IR pyrometrem

Claims (2)

1. PŘEDMĚT

   1. Způsob detekování povrchových vad na kovových obrobcích, například ingotech, při kterém se povrch obrobku zahřívá vysokofrekvenčním proudem, zatímco se obrobek vede v jeho podélném směru plynulým pohybem vysokofrekvenční indukční cívkou, ta část obrobku, která právě opustila cívku, se okamžitě snímá jednou nebo několika infračervenými kamerami, které zazna vynAlezu menávají rozložení teploty napříč obrobku, vyznačující se tím, že povrch obrobku se navlhčí kapalinou, například vodou, ke které se případně přidají složky, snižující povrchové napětí.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že navlhčovací kapalina se opatří složkami pro snížení bodu mrazu.