一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法技术

本发明专利技术公开了一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法，涉及V型轧辊质量无损探伤技术领域，通过超声波连续变角入射法测定V型辊裂纹深度，方便快捷地在V型辊斜面上实现对生产现场V型辊的所有可能存在的裂纹深度进行探测。本发明专利技术用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法，以利于轧辊能否继续正常使用的前期安全判断，并为此类轧辊的使用经验积累提供量化手段，可以解决目前V型辊在槽底的较深裂纹无法快捷方便地在现场实施进行深度探测评价的问题。

A method of determining the depth of V type roller crack by ultrasonic continuous variable angle incidence

The invention discloses a method for measuring the crack depth of V roll with continuous angle of incidence of ultrasonic wave, which involves the field of V type roll quality nondestructive flaw detection technology. The crack depth of V roller is measured by ultrasonic continuous angle incident angle incidence method, and all possible crack depth on the production site V roll can be realized conveniently and quickly on the slope surface of the V type roller. Degree is detected. The method of measuring the crack depth of V type roller by continuous angle of incidence of ultrasonic wave is used in this invention to help the roller to continue the normal use of the early safety judgment, and to provide quantitative means for the experience accumulation of this kind of roll, which can solve the deep exploration of the deep crack at the bottom of the V roll at the bottom of the roll. The problem of measuring and evaluating.

【技术实现步骤摘要】
一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法
本专利技术涉及V型轧辊质量无损探伤
，特别是涉及一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法。
技术介绍
国内条钢生产厂家生产小方坯采用的异形轧辊大多从国外进口，轧辊经过轧制一定量小方坯产品后，在V型槽底部会出现开裂情况，经过磁粉探伤后的开裂分布形态如图1所示。其中最深的裂纹大多存在于V型槽底中心位置，且此处裂纹越深，危害越大，有些开裂处，深度可达几十毫米。由于此类轧辊自重较重，适合的方式应该是在现场原地进行裂纹深度的探测。对于V型辊的裂纹深度探测，由于受到外形、尺寸、及裂纹深度等情况的限制，使用磁法检测深度存在一定难度。表面开口裂纹的检测方法，包括有声表面波传播时间测量法、裂缝尖端的端部回波测量法等方法，但是上述检测方法大多用在平面钢材上下表面不穿透类型裂纹的开裂深度探测方面。在涉及到衍射信号探测时候，探测形式多采取一对相同参数的超声传感器对裂纹两侧进行不同形式的测量，在应用在V型辊靠近V型槽底有弧度的表面时，如果采用类似方法，则需要对超声传感器接触面做出适应被测工件弧面的处理，以利于声波传入工件。而V型辊槽底裂纹深浅不定，如果采用诸如端部衍射等方法通常需要固定角度斜探头入射声波的方式，由于距离槽底远近不同，检测面弧度有所差异，势必给传感器制作造成麻烦。同时，上述方法在声信号微弱的情况下会导致衍射或反射信号难以辨识而不好使用。
技术实现思路
本专利技术目的是通过超声波连续变角入射来测定V型辊裂纹深度，本专利技术可以方便快捷地在V型辊斜面上实现对生产现场V型辊的所有可能存在的裂纹深度进行探测，以利于轧辊能否继续正常使用的前期安全判断，并为此类轧辊的使用经验积累提供量化手段。本专利技术所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法，包括以下步骤：S1、在V型辊斜面上通过水耦合作用，将超声波入射到轧辊中；S2、连续改变超声波入射角度，通过便携式量角旋转装置测量超声波入射到V型辊斜面上的入射角度θ；角度θ是固定在一定范围内并连续可变，因为测量前并不知道裂纹深度，也就是裂纹的尖端位置；S3、逐渐变大超声波在轧辊中入射角度θ，超声波在轧辊中折射并与裂纹尖端逐渐靠近，在与尖端相遇时，产生衍射信号，在V型辊斜面另一侧，由超声传感器探测是否出现相应折射横波与裂纹尖端C发生衍射作用的信号CE；传感器可在V型辊另一侧斜面上来回移动，以利于接收到出现的声波衍射信号；S4、确定入射角度θ，进而确定对应的开裂尖端位置C，在探测到衍射信号情况下，确定裂纹尖端出现超声衍射信号时候的声波折射角度α；S5、结合超声波入射点与辊面上裂纹处距离S'V、V型辊断面槽底角度β，计算得出V型辊槽底裂纹深度VC，进一步地，可精确测量和调节控制入射超声波在V型辊斜面上的入射角度θ，入射角度θ的调节范围设定介于水‐钢的第一临界角和第二临界角之间，即14.7°‐27.7°。进一步地，在裂纹较深的情况下，适宜将将便携式量角旋转装置置于斜面上相对远离槽底的位置，这样可以增大折射角度，增强反射信号和衍射信号。进一步地，在裂纹不深的情况下，适宜将便携式量角旋转装置置于斜面上相对靠近槽底的位置，这样可以使得进入轧辊的聚焦超声能量更多地与裂纹端部发生作用，增强反射信号和衍射信号。进一步地，在裂纹与辊身垂直断面，适宜从槽底两侧斜面上都进行一次探测，并将便携式量角旋转装置置于斜面上尽量靠近裂纹的位置，更有利于探测到反射信号。进一步地，所述裂纹深度VC计算如下，本专利技术的有益效果：一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法，可以方便快捷地对生产现场V型辊裂纹深度进行探测，便于解决V型辊较深裂纹无法在现场实施中进行深度探测评价的问题；以利于轧辊能否继续正常使用的前期安全判断，并为此类轧辊的使用经验积累提供量化手段。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明：图1是轧辊V型槽开裂分布形态图；图2是超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度原理示意图；图3是斜入射时的声压往复透射率计算结果图；图4是本专利技术流程图；图5是裂纹与辊身垂直断面测定V型辊裂纹深度原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术技术方案的内容和优势更加清楚明了，下面结合附图对本专利技术的一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法进行进一步描述。具体实施时，探测V型辊槽底裂纹以裂纹处于V型槽底，并沿着辊身垂直断面纵深方向为例。结合图2超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度原理示意图，分析V型辊整体外形和尺寸情况，要采用超声波对V型槽底裂纹深度探测，在V型辊斜面上实现最为合适。同时，涉及到对超声波和裂纹尖端作用后产生的衍射信号的探测，衍射信号声强一般相对较弱，要使得测定得到的返回声信号能量尽量大，以利于被探测到，除了考虑可采用聚焦声波外，还需利用钢内部产生的相对较高的声波往复透射率的波动模式。结合斜入射时的声压往复透射率计算结果图，如图3，用TLL和TLS分别表示水-钢入射波分别转换成纵波和横波时的声压往复透过率，在水-钢入射波入射角αL小于第一临界角(14.53°)和第二临界角(27.27°)时，TLL均在25％以下，TLS能够达到接近40％以下，采用折射横波可获得更大的往复能量。一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法，结合流程图4，包括以下步骤：S1、在V型辊斜面上的某个位置，通过水耦合作用，将超声波入射到轧辊中；超声波入射特点是可以通过连续改变入射角度，比如入射声束可以绕着声束上某个点旋转；S2、连续改变超声波入射角度，通过便携式量角旋转装置测量超声波入射到V型辊斜面上的入射角度θ；角度θ是固定在一定范围内并连续可变，因为测量前并不知道裂纹深度，也就是裂纹的尖端位置；S3、当声束在入射角度逐渐变大的过程中，折射声波会与裂纹尖端逐渐靠近，在与尖端相遇时候，产生衍射信号，在V型辊斜面另一侧，由超声传感器探测是否出现相应折射横波与裂纹尖端C发生衍射作用的信号CE；传感器可在V型辊另一侧斜面上来回移动，以利于接收到出现的声波衍射信号；S4、确定入射角度θ，进而确定对应的开裂尖端位置C，在探测到衍射信号情况下，确定裂纹尖端出现超声衍射信号时候的声波折射角度α；S5、结合超声波入射点与辊面上裂纹处距离S'V、V型辊断面槽底角度β，计算得出V型辊槽底裂纹深度VC，便携式量角旋转装置能够实现关键两点：方便快捷地在V型辊斜面上实现声波与V型辊之间的耦合；可精确测量和调节控制入射超声波在V型辊斜面上的入射角度，入射角度的调节范围设定介于水‐钢的第一临界角和第二临界角之间，即14.7°‐27.7°。本专利技术方法实施过程中，会遇到裂纹不同深度、裂纹与辊身垂直断面，是否能探测到裂纹端部反射信号等多种组合情况。在使用过程中，需要根据裂纹的分布形式，相应调整便携式量角旋转装置在V型辊斜面上距离槽底的远近，根据所探测到的信号，分析并得到测量结果。在裂纹较深的情况下，适宜将将便携式量角旋转装置置于斜面上相对远离槽底的位置，这样可以增大折射角度，增强反射信号和衍射信号；在裂纹不深的情况下，适宜将便携式量角旋转装置置于斜面上相对靠近槽底的位置，这样可以使得进入轧辊的聚焦超声能量更多地与裂纹端部发生作用，增强反射信号和衍射信号；结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在V型辊斜面上通过水耦合作用，将超声波入射到轧辊中；S2、连续改变超声波入射角度，通过便携式量角旋转装置测量超声波入射到V型辊斜面上的入射角度θ；S3、逐渐变大超声波在轧辊中入射角度θ，超声波在轧辊中折射并与裂纹尖端逐渐靠近，在与尖端相遇时，产生衍射信号，在V型辊斜面另一侧，由超声传感器探测是否出现相应折射横波与裂纹尖端C发生衍射作用的信号CE；S4、确定入射角度θ，进而确定对应的开裂尖端位置C，在探测到衍射信号情况下，确定裂纹尖端出现超声衍射信号时候的声波折射角度α；S5、结合超声波入射点与辊面上裂纹处距离S'V、V型辊断面槽底角度β，计算得出V型辊槽底裂纹深度VC，

【技术特征摘要】
1.一种用超声波连续变角入射测定V型辊裂纹深度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在V型辊斜面上通过水耦合作用，将超声波入射到轧辊中；S2、连续改变超声波入射角度，通过便携式量角旋转装置测量超声波入射到V型辊斜面上的入射角度θ；S3、逐渐变大超声波在轧辊中入射角度θ，超声波在轧辊中折射并与裂纹尖端逐渐靠近，在与尖端相遇时，产生衍射信号，在V型辊斜面另一侧，由超声传感器探测是否出现相应折射横波与裂纹尖端C发生衍射作用的信号CE；S4、确定入射角度θ，进而确定对应的开裂尖端位置C，在探测到衍射信号情况下，确定裂纹尖端出现超声衍射信号时候的声波折射角度α；S5、结合超声波入射点与辊面上裂纹处距离S'V、V型辊断面槽底角度β，计算得出V型辊槽底裂纹深度VC，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国星，夏杨青，曹琦，瞿海霞，吴琼，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31