Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия
Целью работы является изучение возможности использования неразрушающего контроля качества металлопродукции с помощью ультразвуковой установки в условиях современного металлургического предприятия. Использование эхо–импульсного метода для испытания заготовок сечением 150х150 мм позволяет достаточно х...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63100 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия / В.Г. Черниченко, М.Д. Куцыгин, В.К. Спиняков // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 352-357. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-63100 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-631002014-05-30T03:02:15Z Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия Черниченко, В.Г. Куцыгин, М.Д. Спиняков, В.К. Организация научных исследований и производства Целью работы является изучение возможности использования неразрушающего контроля качества металлопродукции с помощью ультразвуковой установки в условиях современного металлургического предприятия. Использование эхо–импульсного метода для испытания заготовок сечением 150х150 мм позволяет достаточно хорошо выявлять дефекты типа шлаковых включений, усадочной раковины, внутренних трещин и разрывов, расслоений. Анализ результатов ультразвукового контроля позволяет оценить уровень технологии производства и качества проката, определить ряд технических и организационных мер, обеспечивающих конкурентоспособность продукции. Метою роботи є вивчення можливості використання неруйнівного контролю якості металопродукції за допомогою ультразвукової установки в умовах сучасного металургійного підприємства. Використано ехо–імпульсний метод для контролю якості заготовок перетином 150х150 мм, що дозволяє достатньо надійно виявляти дефекти типу шлакових включень, усадкової раковини, внутрішніх тріщин і розривів, розшарувань. Аналіз результатів ультразвукового контролю дозволяє оцінити рівень технології виробництва і якості прокату, визначити ряд технічних і організаційних заходів, що забезпечують конкурентоспроможність продукції. The work purpose of not destroying quality assurance application possibility studying of metal products by means of ultrasonic apparatus in the conditions of the modern metallurgical enterprise. Application of an echo-impulse method for test of billet with the section 150х150 mm allows to reveal well enough defects of slag inclusions type, a pipe, internal cracks and ruptures, stratifications. The analysis of results of the ultrasonic control allows to estimate a technological level of manufacture and quality of rolled metal, to define a number of the technical and organizational measures providing competitiveness of production. 2009 Article Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия / В.Г. Черниченко, М.Д. Куцыгин, В.К. Спиняков // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 352-357. — рос. XXXX-0070 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63100 669.013:621.771.22:681.8.008.6 ru Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Организация научных исследований и производства Организация научных исследований и производства |
| spellingShingle |
Организация научных исследований и производства Организация научных исследований и производства Черниченко, В.Г. Куцыгин, М.Д. Спиняков, В.К. Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| description |
Целью работы является изучение возможности использования неразрушающего контроля качества металлопродукции с помощью ультразвуковой установки в условиях современного металлургического предприятия. Использование эхо–импульсного метода для испытания заготовок сечением 150х150 мм позволяет достаточно хорошо выявлять дефекты типа шлаковых включений, усадочной раковины, внутренних трещин и разрывов, расслоений. Анализ результатов ультразвукового контроля позволяет оценить уровень технологии производства и качества проката, определить ряд технических и организационных мер, обеспечивающих конкурентоспособность продукции. |
| format |
Article |
| author |
Черниченко, В.Г. Куцыгин, М.Д. Спиняков, В.К. |
| author_facet |
Черниченко, В.Г. Куцыгин, М.Д. Спиняков, В.К. |
| author_sort |
Черниченко, В.Г. |
| title |
Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия |
| title_short |
Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия |
| title_full |
Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия |
| title_fullStr |
Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия |
| title_full_unstemmed |
Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия |
| title_sort |
ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия |
| publisher |
Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Организация научных исследований и производства |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/63100 |
| citation_txt |
Ультразвуковой контроль качества заготовок в условиях металлургического предприятия / В.Г. Черниченко, М.Д. Куцыгин, В.К. Спиняков // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 20. — С. 352-357. — рос. |
| series |
Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии |
| work_keys_str_mv |
AT černičenkovg ulʹtrazvukovojkontrolʹkačestvazagotovokvusloviâhmetallurgičeskogopredpriâtiâ AT kucyginmd ulʹtrazvukovojkontrolʹkačestvazagotovokvusloviâhmetallurgičeskogopredpriâtiâ AT spinâkovvk ulʹtrazvukovojkontrolʹkačestvazagotovokvusloviâhmetallurgičeskogopredpriâtiâ |
| first_indexed |
2025-07-05T13:59:17Z |
| last_indexed |
2025-07-05T13:59:17Z |
| _version_ |
1836815700376682496 |
| fulltext |
352
УДК 669.013:621.771.22:681.8.008.6
В.Г.Черниченко, М.Д.Куцыгин, В.К.Спиняков
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЗАГОТОВОК
В УСЛОВИЯХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Целью работы является изучение возможности использования неразрушаю-
щего контроля качества металлопродукции с помощью ультразвуковой установки
в условиях современного металлургического предприятия. Использование эхо–
импульсного метода для испытания заготовок сечением 150х150 мм позволяет
достаточно хорошо выявлять дефекты типа шлаковых включений, усадочной ра-
ковины, внутренних трещин и разрывов, расслоений. Анализ результатов ультра-
звукового контроля позволяет оценить уровень технологии производства и каче-
ства проката, определить ряд технических и организационных мер, обеспечиваю-
щих конкурентоспособность продукции.
металлургическое предприятие, металлопродукция, дефекты, неразру-
шающий контроль, качество проката
Современное состояние вопроса. В начале 90–х годов в сортопро-
катном цехе № 3 на меткомбинате «Криворожсталь» (ныне ОАО «Арсе-
лорМиттал Кривой Рог») при участии Института черной металлургии им.
З.И. Некрасова НАН Украины (ИЧМ) был введен в эксплуатацию участок
дефектоскопии заготовки. Дефектоскопия включает комплекс оборудова-
ния, состоящий из правильной машины, устройства контроля кривизны
заготовок, машины дробеструйной очистки поверхности заготовок от ока-
лины, прибора контроля плавочного химсостава «Магнетест», магнито-
графической электронной установки контроля поверхностных дефектов и
ультразвуковой установки контроля. Ультразвуковая установка (УЗУ)
типа KNU/02 фирмы «Крауткремер» (Германия) предназначена для обна-
ружения и маркировки внутренних дефектов в стальных заготовках квад-
ратного сечения размерами 150х150 мм длиной 8–12 мм. Испытания заго-
товок производят эхо–импульсным методом. Упругие колебания вводятся
в перемещающуюся заготовку двумя независимыми испытательными го-
ловками, расположенными под углом 90° одна к другой. Для возбуждения
и преобразования упругих колебаний используются кварцевые пьезоэлек-
трические преобразователи (передатчик и приемник), смонтированные в
каждой совмещенной испытательной головке.
Ультразвуковой контроль эхо–импульсным методом осуществляется
согласно ГОСТ 21120 (Прутки и заготовки круглого, квадратного и пря-
моугольного сечения), который распространяется на заготовки для пере-
ката круглого, квадратного сечения размерами от 80 до 300 мм из углеро-
дистых, легированных и высоколегированных сталей и сплавов. Исполь-
зование эхо–импульсного метода для испытания заготовок сечением
150х150 мм позволяет достаточно хорошо выявлять дефекты типа шлако-
вых включений, усадочной раковины, внутренних трещин и разрывов,
353
расслоений. Удовлетворительно выявляются скопления газовых пузырей,
наличие пор. К сожалению, эхо–импульсный метод контроля не позволяет
определить конкретный характер дефекта, для чего необходимо исследо-
вать макроструктуру металла.
На рис.1 представлена схема подвода испытательных головок 1 и 1/ к
заготовке 2. Ввод упругих волн в контролируемую заготовку и прием от-
раженных сигналов осуществляется через промежуточную среду. В каче-
стве промежуточной среды используется вода, которая подается четырьмя
струями через патрубки в щель между испытательными головками и по-
верхностями заготовки. Толщина щели 0,2–0,4 мм. Испытательные зоны
показаны на рис.1 штриховкой. В каждом конкретном случае они закан-
чиваются на расстоянии 15 мм от плоскости подачи звука и около 5 мм от
наружной плоскости. Ширина испытательных зон в среднем составляет
около 15 мм. Контролируемая заготовка 2 с помощью системы роликов
удерживается в течение всего времени испытания на одном расстоянии от
стенок желоба 3, в котором смонтированы испытательные головки. Это
обеспечивает постоянство зазора между ними и плоскостями заготовки на
протяжении всего времени перемещения заготовки вдоль испытательных
головок. В процессе испытания заготовка перемещается со скоростью 1
м/сек. Это обеспечивает надежный ввод упругих колебаний по всей ее
длине, надежную регистрацию наличия внутренних дефектов и маркиров-
ку их расположения.
Постановка задачи. Для практической проверки действия УЗУ и вы-
бора чувствительности настройки каждой испытательной головки в соот-
ветствии с размером допускаемого дефекта и глубиной его залегания
фирмой «Крауткрамер» предложена тестовая (контрольная) заготовка с
искусственно выполненными дефектами. Тестовая заготовка квадратного
поперечного сечения размерами 150х150 мм, длиной 7 м и массой около
1500 кг изготовлена из углеродистой стали текущего производства. Испы-
тания заготовки ручными дефектоскопами показали, что в ней отсутству-
ют внутренние дефекты (несплошности металла). Посредине одной из
плоскостей тестовой заготовки просверлены глухие плоскодонные отвер-
стия диаметром 2, 3 и 5 мм на глубину 38, 75 и 112 мм. Схема расположе-
ния искусственного дефекта 5 по отноше-
нию к испытательным головкам 1 и 1/ по-
казана на рис.1.
Рис.1. Тестовая заготовка для ультразву-
ковой установки
(обозначения в тексте)
354
Искусственный дефект 5 является отражателем от боковой поверхно-
сти для испытательной головки 1/ и отражателем от плоского дна для ис-
пытательной головки 1. Настройку двух головок осуществляют раздельно
по каждому отверстию на размер отверстия и глубину его залегания сле-
дующим образом. Над испытательной головкой устанавливают торец от-
верстия, например диаметром 3 мм, и осуществляют настройку на отра-
женный сигнал от дефекта, который виден на экране прибора. Высоту
амплитуды устанавливают на 3/5 высоты экрана. После этого устанавли-
вают над испытательной головкой отверстие меньшего диаметра, напри-
мер 2 мм и выполняют проверку. Высота амплитуды сигнала дефекта
должна быть меньше 3/5 высоты экрана или же совсем отсутствовать.
Точно так же настраивают другую испытательную головку. Аналогично
осуществляется настройка на дефект любой другой требуемой величины.
Для проверки и настройки зоны испытания заготовки или глубины за-
легания дефекта, испытательную головку устанавливают перпендикуляр-
но отверстию максимальной глубины, например 112 мм. Сигнал амплиту-
ды дефекта тоже должен быть виден на экране. Если же сигнал отсутству-
ет, то изменяют чувствительность прибора до появления сигнала экрана.
Затем повторно настраивают прибор на величину дефекта.
Основные трудности, возникающие в процессе изготовления и экс-
плуатации тестовой заготовки, заключаются в следующем. Отражатели в
виде отверстий с плоским дном, перпендикулярным к оси ультразвуково-
го пучка, являются наиболее приемлемыми для эталонирования чувстви-
тельности, однако при выполнении сверлений диаметром 2–3 мм на глу-
бину до 112 мм возникают практические трудности. Настройка УЗУ с по-
мощью рекомендованной фирмой–изготовителем тестовой заготовки тре-
бует повышенных затрат времени, связанных с многократными прогона-
ми заготовки мимо испытательных головок и отключением при этом ряда
блокирующих устройств в системе автоматики линии дефектоскопии. В
связи с этим Институтом была предложена новая конструкция тестовой
заготовки, которая представляет собой брусок (образец) квадратного се-
чения размерами 150х150 мм, длиной 200 мм и массой 35 кг [Куцыгин
М.Д, Черниченко В.Г, Онушкевич Г.Ф. А.С. СССР № 1260804. Испыта-
тельный образец для настройки ультразвуковой аппаратуры / Бюл. № 36,
1986]. Предложенная тестовая заготовка может помещаться в желоб 3
УЗУ (см. рис.1) вручную или с помощью цепной тали.
Ha рис.2 изображена предлагаемая тестовая заготовка (испытатель-
ный образец) для ультразвуковой аппаратуры (разрез).
Образец выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда 1 с плос-
кодонными отверстиями 2 и 3, оси которых перпендикулярны. Он содер-
жит телескопические трубки 4 и 5 с центральным стержнем 6 во внутрен-
ней трубке 5, установленные в отверстии 2, и набор сменных заглушек 7,
8, 9 и 10, установленный в отверстии 3. Контактные поверхности элемен-
355
тов образца отшлифованы, а акустический контакт между ними осущест-
вляется за счет нанесения на них контактной смазки.
Рис.2. Испытательный образец
для ультразвуковой установки [1]
Предлагаемый испыта-
тельный образец используют
следующим образом. Для на-
стройки ультразвуковой аппа-
ратуры на дефект заданного размера в отверстие 2 вводят соответствую-
щее количество телескопических трубок, а бездефектное состояние может
быть смоделировано путем дополнительного введения в отверстие стерж-
ня 6. При настройке ультразвуковой аппаратуры на заданную глубину
залегания дефектов в отверстие 3 помещают заглушку соответствующей
высоты или соответствующее количество заглушек. Снижение времени
настройки УЗУ при использовании предлагаемой тестовой заготовки про-
исходит за счет того, что для получения на экране осциллографа сигнала
отраженного от искусственного дефекта, перемещают не собственно заго-
товку, а ее детали – заглушки или трубки. При этом не происходит сме-
щения дефекта по отношению к преобразователю той или иной испыта-
тельной головки. Это, кроме прочего, позволяет повысить точность на-
стройки. Так при наличии достаточно широкого набора заглушек разной
толщины и диаметра, можно с любой точностью настраивать ширину ис-
пытательных зон, устанавливать размер и глубину залегания допустимого
дефекта в зависимости от назначения контролируемой партии проката.
Контроль внутренних дефектов проводили при испытании проката
промышленной плавки из стали 20кп, предназначенного для холодной
высадки.
Чувствительность прибора настраивали с помощью предлагаемой тес-
товой заготовки с глуходонным отражателем диаметром 3 мм и глубиной
75 мм.
Результаты исследования. Исследование внутренних дефектов на 4х
заготовках одного слитка показало, что протяженность отмеченных на
них дефектов составляла 100–250 мм. На головной заготовке отмечен
один дефект, на второй – тоже один, на третьей – 3. На донной заготовке
отмечено 6 дефектов. Оценка макроструктуры темплета, отобранного на
расстоянии 0,71...0,95 мм от заднего конца 2–ой заготовки, показала, что
общая пористость составляет 2,5 балла, а пятнистая ликвация – 3 балла.
По сечению темплета наблюдаются мелкие неметаллические включения.
Оценка макроструктуры темплета, отобранного на расстоянии
0,49...0,61 м от переднего конца донной заготовки (рис.3), показала, что
общая пористость составляет 4,5 балла. По сечению темплета наблюдают-
356
ся грубые неметаллические включения и тонкие трещины в центре. Тем-
плет с дефектом, отобранный от этой же заготовки на расстоянии
2,41...2,52 м от переднего конца, в поперечном сечении имеет грубые не-
металлические включения. Общая пористость – 3,5. Центральная порис-
тость на всех темплетах оценивалась в один балл.
Рис.3. Макроструктура поперечного
сечения темплета донной заготовки
Оценке макроструктуры был подвергнут
также темплет с дефектом протяженностью око-
ло 800 мм. Он был порезан на 6 образцов. Ана-
лиз макроструктуры вырезанных образцов пока-
зал, что на всем протяжении отмеченного дефекта наблюдается усадка,
заполненная шлаком подусадочная рыхлость. По мере удаления от начала
разметки дефекта изменяется степень усадки.
Один из образцов протяженного дефекта был подвергнут металлогра-
фическому исследованию.
Внешний вид дефекта представлен на рис.4,а. Дефект представляет
собой несплошность в виде трещины изогнутой формы.
Металлографические исследования образца, вырезанного из дефект-
ного участка темплета, показали, что дефект представляет собой раска-
танную круглую полость, заполненную шлаком.
На рис.4,б,в представлена микроструктура металла вблизи шлаковых
включений.
а б в
Рис.4. Дефекты на заготовке сечением 150х150 мм из стали марки 20кп: а) –
внешний вид; б) – микроструктура шлакового включения (в продольном разрезе);
в) – микроструктура шлакового включения (в поперечном разрезе)
Исследования подтвердили возможность использования эхо–
импульсного метода для выявления внутренних трещин шлаковых вклю-
чений, скоплений грубых неметаллических включений с достаточной
точностью. Оценка общей пораженности внутренними дефектами проката
исследуемой плавки из стали 20кп, показала, что запороченность состав-
ляет 4,6 % суммарной длины 63 заготовок (при средней длине короткого
дефекта 200 мм). Однако, многие дефекты расположены далеко от концов
357
заготовки и не могут быть удалены без снижения допустимой длины заго-
товки, в связи с чем реальная отсортировка заготовок составила бы при
промышленном контроле около 24 %.
Заключение. Анализ результатов исследований показал, что по со-
гласованию с потребителями можно уменьшить чувствительность уста-
новки за счет настройки ее на отражатели большего размера. При испыта-
ниях опытной плавки надежному контролю были подвергнуты лишь 38 %
заготовок (работали обе испытательные головки), 43 % заготовок контро-
лировали одной испытательной головкой и 19 % – не были подвергнуты
контролю из–за отсутствия контакта между испытательными головками и
поверхностью заготовок.
При промышленном контроле плавок, предназначенных для холодной
высадки, необходимо отсортировать заготовки, имеющие длину дефекта
более 700 мм, если этот дефект не может быть удален без нарушения до-
пустимой длины заготовки. Удаленный дефект в каждом случае целесо-
образно исследовать для выяснения его природы с целью последующей
технологии выплавки и разливки стали.
Анализ результатов ультразвукового контроля позволяет оценить уро-
вень технологии производства и качества проката, определить ряд техни-
ческих и организационных мер, обеспечивающих конкурентоспособность
продукции.
При резком сокращении спроса на традиционную продукцию пред-
приятие ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог» могло бы расширить порт-
фель заказов за счет организации производства квадратных заготовок се-
чением 150х150 мм и 125х125 мм из качественных сталей с использова-
нием линии дефектоскопии, в частности ультразвукового контроля.
Статья рекомендована к печати:
Ответственный редактор
раздела «Организация научных исследований и производства»:
академик НАН Украины В.И.Большаков
докт.техн.наук, проф. В.В.Парусов
В.Г.Черніченко, М.Д.Куцигін, В.К.Спіняков
Ультразвуковий контроль якості заготовок в умовах металургійного під-
приємства
Метою роботи є вивчення можливості використання неруйнівного контролю
якості металопродукції за допомогою ультразвукової установки в умовах сучасно-
го металургійного підприємства. Використано ехо–імпульсний метод для контро-
лю якості заготовок перетином 150х150 мм, що дозволяє достатньо надійно вияв-
ляти дефекти типу шлакових включень, усадкової раковини, внутрішніх тріщин і
розривів, розшарувань. Аналіз результатів ультразвукового контролю дозволяє
оцінити рівень технології виробництва і якості прокату, визначити ряд технічних і
організаційних заходів, що забезпечують конкурентоспроможність продукції.
|