KR20080069573A - 열간 압연 재료의 초음파 시험을 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압연기의 연속적으로 배치된 복수의 롤 스탠드에서 압연 공정 중에 열간 압연 재료의 초음파 시험을 위한 장치에 관한 것으로서, 그 사이에 압연 틈새가 형성되는 최소한 두 개의 롤러를 포함하며, 초음파 시험 헤드가 롤러에 속하며, 롤러 바디의 일부 자체가 압연 틈새에서 시험할 압연물에 대한 초음파를 위한 이동 경로로서 기능하도록 초음파 시험 헤드가 배치되는 장치에 있어서, 초음파 시험 헤드를 구비한 롤러가 조절 가능하며, 직선 횡단면 및 롤러 틈새 폭의 수 배에 달하는 직경을 포함하므로, 큰 롤링 각도(α)가 존재하며 이 롤러가 압연기의 제1 롤 스탠드 중 하나에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

열간 압연 재료의 초음파 시험을 위한 장치{DEVICE FOR THE ULTRASONIC TESTING OF HOT ROLLED MATERIAL}

본 발명은 압연기의 연속적으로 배치된 복수의 롤 스탠드에서 압연 공정 중에 열간 압연 재료(열연재: hot rolled material)의 초음파 시험을 위한 장치에 관한 것으로서, 그 사이에 압연 틈새가 형성되는 최소한 두 개의 롤러를 포함하며, 초음파 시험 헤드가 롤러에 속하며, 롤러 바디의 일부 자체가 압연 틈새에서 시험할 압연물에 대한 초음파를 위한 이동 경로로서 기능하도록 초음파 시험 헤드가 배치된다.

이러한 유형의 장치는 예를 들어 독일 특허 DE 199 15 203 C2에 공개되어 있다. 이 특허에 소개된 장치는 압연 공정에서 압연기 전단에 배치되는 롤 스탠드이다. 즉 여기에서 강철이 이미 거의 그 원하는 형태로 압연된 상태이다. 이로 인해 압연 재료 내에서 예를 들어 함유물과 같은 불량의 검출성이 진행된 연신으로 인해 어려워진다. 빔에서 반사면이 점점 적어지고 신호가 점점 약해진다.

전술한 특허에서 명시된 바람직한 실시 형태에는 세 개의 성형으로 배치된 롤러(소위 보정 블록)가 배치되며, 그 사이에는 압연 틈새가 형성된다. 초음파 시험 헤드를 설치하기 위해, 이 원판 형태의 롤러는 특수하게 후가공하거나 또는 제 조해야 한다.

이러한 유형의 롤 스탠드는 전술한 바와 같이 완성된 롤 스탠드의 전단에 있는 스탠드이므로, 다양한 치수의 압연물에서는 다양한 캘리버가 필요하고, 따라서 상당한 설치 비용 및 보관 비용이 요구된다. 또한 롤러 캘리버의 만곡은 부정적으로 작용하는데, 그 이유는 이 만곡이 초음파 빔의 초점 맞춤에 필요하지만 항상 요구되는 것은 아니기 때문이다. 이 초점 맞춤은 상호 간의 음 속도의 비율을 통해 지원된다. 초음파 빔의 번들링(bundling)은 압연물의 불균일한 투과를 발생시킨다. 이로 인해 시험 헤드 수의 증가 및 추가적인 각도에서의 시험이 요구된다.

또한 만곡도 빔이 수직으로 캘리버에 입사되지 않는 위치에서 초음파 빔 에너지의 산란에도 기여한다. 이 반사된 부분이 유령 에코(phantom echo)로서 시험에서 문제를 발생시킨다. 불리한 각도에서는 이런 유령 에코를 억제하는 것이 매우 어렵다.

또 다른 단점은 종방향에서 초음파 빔의 초점을 비교적 강하게 흐리게 하는(defocusing) 적은 롤러 직경이다. 이와 관련하여 연결수(coupling water)를 통해 보장되는 시험 헤드에서 롤러 바디로의 전이부가 주로 영향을 미친다.

전술한 장치의 다른 주요 단점은 시험 치수의 한정에 있다. 이것은, 진행 경로의 통과에 필요한 시간이 압연물의 통과에 필요한 시간보다 길정도의 최소 길이를 투과된 롤러에서 진행 경로가 가져야 하는 것을 의미한다.

따라서 본 발명의 목적은, 매우 적은 비용으로 더욱 안정적인 시험 결과를 달성할 수 있도록 전술한 유형의 장치를 실시하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1항의 특징부에 따라서, 초음파 시험 헤드를 구비한 롤러가 조절 가능하며, 직선 횡단면 및 롤러 틈새 폭의 몇 배에 달하는 직경을 포함하고 따라서 더 큰 롤링 각도(α)가 존재하며 이 롤러가 압연기의 제1 롤 스탠드 중 하나에 배치되는 것을 통해 달성된다.

이로써 압연 공정 중에 시험이 롤 스탠드에서 비교적 조기에 수행되므로, 압연 재료 내의 함유물의 연신이 비교적 적은 규모로 진행된 상태이지만 주조 조직(cast structure)을 파괴하고 기공을 압착하기 위해 충분히 성형된 상태이다. 주조 조직의 파괴는 2 MHz 이상의 주파수가 이용되는 초음파 시험을 수행하기 위해 필요하다. 이 주파수 이상의 주파수에서 비로소 충분한 정확도로 작은 함유물를 검출하는 것이 가능하다. 초음파 시험을 통해서는 기공과 함유물을 구분할 수 없으므로, 해당 압연물의 방출하는 것으 방지하기 위해 압연물 코어의 압착이 필요하다.

롤러의 직선 프로파일로 인해 성형 과정에서 압연 재료의 프로파일도 사각형 또는 직각형이며, 롤러의 큰 직경으로 인해 큰 성형 구역 및 이로써 큰 초음파 투과 구역이 제공될 수 있다. 또한 큰 직경으로 인해, 디포커싱이 한정되며 최대 에너지가 압연 재료에 침투하는 것이 달성된다.

롤 스탠드는 롤러와 압연 재료 사이의 충분히 양호한 접촉이 보장될 수 있게 성형되도록 설계된다. 성형률이 클수록 접촉 구역이 커진다. 또한 이를 통해서도 에너지 침투율이 커진다.

바람직한 실시 형태에서는 롤러로서 소위 캔틸레버 롤러가 사용되는데, 이 롤러에서는 롤러 외피가 최소한 일측면에서 압연판 위로 돌출된다. 이 캔틸레버 롤러는 큰 직경 및 충분히 큰 힘 전달과 같은 전술한 이점을 제공한다.

이외에도 쇼울더 형태의 롤러 외피의 돌출부는 청구항 3항에 따라 롤러 축 방향을 향하는 롤러 외피 측에서 초음파 시험 헤드를 위한 바람직한 부착 장소를 제공한다.

전술한 종래 기술과는 달리 롤러는 후가공 또는 특수 가공이 필요치 않는데, 그 이유는 캔틸레버 롤러에서 압연 재료와 졍렬시키지 않고도 초음파 시험 헤드의 배치가 실시될 수 있기 때문이다.

이로써 아무런 문제 없이 압연 틈새에서 압연 재료 표면에 대해 수직으로 초음파의 정렬이 가능하다(청구항 4항).

청구항 6항에 따라 라인 형태로 배치된 종래 방식의 복수의 시험 헤드가 초음파 시험 헤드로서 제공될 수 있는데, 이런 시험 헤드는 상응하는 개별적 조절을 통해 시험 요건에 맞게 정렬된다.

따라서 바람직하게도 청구항 7항에 따라 소위 그룹 방사기의 사용이 가능하다. 본 발명의 바람직한 캔틸레버 롤러는 제조의 전체 치수 범위에 걸쳐 사용할 수 있는데, 그 이유는 새로운 캘리버를 사용할 필요 없이 단지 조절하는 것으로 충분하기 때문이다(청구항 1항 참조). 특히 그룹 방사기를 통해 압연 재료의 확정적 안내에서 압연물의 치수가 그룹 방사기 내에서의 상응하는 접속 및 차단을 통해 참작될 수 있다. 그룹 방사기의 주요 이점은 함유물을 최적으로 검출하기 위한 초음파 빔의 선회가 가능하다는 것인데, 그 이유는 이 함유물이 대개 청각적으로 비등방적(anisotropic) 특성을 갖기 때문이다. 초음파 빔의 선회를 통해 가장자리에 인접한 함유물로 검출이 가능하다.

시험 시 모든 송수신 모드가 가능하다. 투과 모드 뿐 아니라 송신 펄스 에코 방식에서도 작업이 가능하다.

초음파가 단지 약간만 산란되도록 하고 귀환 신호의 약화가 나타나지 않도록 하기 위해, 일차 압연 후에 형성되는 큰 산화 피막(scale)을 제거하기 위한 디스케일링을 시험 전에 실시한다.

시험을 그에 맞게 수행하기 위해, 압연물은 압연 장갑(rolling armature) 또는 전단 및 후단에 설치된 롤 스탠드를 통해 그 위치에서 고정된다.

본 발명은 하기 도면을 통해 설명된다.

도면은 다음과 같다:

도 1은 종래 방식의 초음파 시험 헤드를 구비한 캔틸레버 롤 스탠드의 단면도를 나타낸다.

도 2는 시험 헤드로서 그룹 방사기를 구비한 도 1에 따른 도시를 나타낸다.

도 3은 대안적 시험 헤드 배치를 포함하는 대안적 롤 스탠드를 나타낸다.

도 1 및 도 2에는 부호(1)로 표시된 롤 스탠드의 단면도가 도시되어 있다.

주로 이 롤 스탠드는 그 사이에 압연 틈새(2)가 형성되는 두 개의 캔틸레버 롤러(3)를 포함하며, 그 회전축(4)이 샤프트(5)를 형성한다. 롤러(3)는 각각 하나 의 압연판(6) 및 그 측면에서 외측으로 돌출된 환형의 쇼울더(shoulder)(7)를 포함한다. 롤러(3)의 이 돌출된 부분(7) 사이에는 시험할 압연 재료(8)가 존재한다.

샤프트(5) 방향을 향하는 쇼울더(7) 측에서 압연 틈새(2) 또는 압연 재료(8)에 맞게 정렬된 상태로 본래의 시험 장치(9)가 배치된다.

도 1의 경우는 매트릭스의 형태로 배치된 종래 방식의 초음파 시험 헤드로서, 이 초음파 시험 헤드는 음 진행 방향 및 강도와 관련하여 개별적으로 조절될 수 있도록 배열되어 있다.

도 2에는 도 1의 모든 부재에 대해 동일한 부호가 사용된다. 단 하나의 차이점은 종래 방식의 초음파 시험 헤드(9)대신 소위 그룹 방사기(group emitter)(10)가 배치되는 것이다. 이 그룹 방사기는 다양한 조절 및 시험 가능성을 제공하는 이점을 갖는다.

도 3에는 대안적 압연 장치가 도시되어 있는데, 이 장치에서는 마찬가지로 그룹 방사기(9)가 축(4) 방향으로 향하는 쇼울더(7) 측에 배치된다. 하지만 여기에서는 초음파 시험 헤드(9)가 쇼울더(7)의 투과 후에 압연 재료(8)를 경사지게 투과할 수 있도록 초음파 시험 헤드가 배치된다. 하지만 시험 헤드(9)를 상응하게 조절함으로써 수직 투과도 가능하다. 이 구조는 표면의 인접 구역에 대한 개선된 스캐닝을 가능하게 한다.

하지만 모든 실시 형태는 다음과 같은 공통점을 갖는다. 롤러 형상으로 인해 시험면이 최적으로 준비될 수 있으며 압연 공정 중에 특히 함유물(즉 압연 재료 내의 검출할 불량)이 거의 연신되지 않은 부분에서 시험면이 최적으로 준비되고 따라 서 압연 재료의 투과 시 뚜렷한 신호가 제공된다.

본 발명은 열간 압연 재료의 초음파 시험을 위한 장치에 이용될 수 있다.

Claims (9)

1. 압연기의 연속적으로 배치된 복수의 롤 스탠드에서 압연 공정 중에 열간 압연 재료의 초음파 시험을 위한 장치로서, 그 사이에 압연 틈새가 형성되는 최소한 두 개의 롤러를 포함하며, 초음파 시험 헤드가 롤러에 배속되며, 롤러 바디의 일부 자체가 압연 틈새에서 시험할 압연물에 대한 초음파를 위한 이동 경로로서 기능하도록 초음파 시험 헤드가 배치되는 장치에 있어서,

   초음파 시험 헤드(9, 10)를 구비한 롤러(3)가 조절 가능하며, 직선 횡단면 및 롤러 틈새 폭(2)의 몇 배에 달하는 직경을 포함하고 따라서 더 큰 롤링 각도(α)가 존재하며 이 롤러(3)가 압연기의 제1 롤 스탠드 중 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 롤러(3)가 캔틸레버 롤러이며, 이 롤러에서는 롤러 표면이 최소한 일측면에서 압연판(6)에서부터 외측으로 돌출된 환형의 쇼울더(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 초음파 시험 헤드(9, 10)가 롤러 축(4) 방향을 향하는 환형 쇼울더(7) 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 초음파가 압연 틈새(2)에서 압연 재료 표면에 대해 수직으 로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 초음파가 압연 틈새(2)에서 압연 재료 표면에 대해 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 매트릭스 형태로 배치된 서로 연결된 복수의 초음파 시험 헤드(9)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 초음파 시험 헤드로서 그룹 방사기(10)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 시험할 압연 재료(8)가 압연 장비를 통해 일정한 통과 측정 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 시험할 압연 재료(8)가 전단 및/또는 후단에 설치된 롤 스탠드를 통해 일정한 통과 측정 위치에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.

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