CC BY
119
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.771.08:620.179.16 Лисовская М.А., Савченко Ю.И.
УСТАНОВКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО И ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ РАБОЧИХ ВАЛКОВ ИЗ СТАЛИ МАРОК 9Х И 9Х2МФ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ЭШП
Аннотация. В работе представлена разработанная и изготовленная в лаборатории неразрушающего контроля (кафедра физики, МГТУ) автоматизированная установка ультразвукового и вихретокового контроля рабочих валков, изготовленных методом ЭШП. Данная установка позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты в валках. Внедрение установки на металлургические заводы позволяет осуществлять контроль при изготовлении, входной контроль, то есть первичную паспортизацию валков, а также проводить мониторинг в процессе эксплуатации для своевременно обнаружения дефектов и отслеживания их развития.
Ключевые слова: рабочий валок, электрошлаковый переплав, неразрушающий контроль, ультразвуковой контроль, вихретоковый контроль, автоматизированная установка, качество.
Рабочие валки - это основной инструмент прокатного производства, обеспечивающий надлежащее качество готового проката. Бесперебойная работа мощного прокатного стана и получение высококачественной продукции в значительной степени зависит от качества валков. Стойкость валков - основной параметр, определяющий качество и существенно влияющий на себестоимость готовой продукции [1].
В настоящее время большинство валков списывается в лом по среднестатистическим показателям стойкости или из-за неустранимых дефектов, не достигая полной выработки. На рис. 1 приведена диаграмма причин внепланового списания рабочих валков на различных заводах РФ, где наглядно показано, что основная причина вывода их из эксплуатации -это поверхностные дефекты [2]. По результатам статистического исследования в цехе ленты холодного проката ОАО «ММКЗ» основной причиной выхода из строя рабочих валков из стали марок 9Х, 9Х1 является отслоение и выкрошка (96%) [3].
Дефекты, приводящие к преждевременному разрушению валков, можно разделить на три группы: конструкционные, производственные и эксплуатационные [4].
Конструкционные дефекты приводят к массовым разрушениям валков, причина которых кроется в их конструктивных недостатках в виде несоответствия материала или условий эксплуатации.
Производственные дефекты (плавления и литья, термической и механической обработок) возникают в результате нарушения технологического процесса при изготовлении валков.
Эксплуатационные дефекты зарождаются или развиваются при эксплуатации валков. Основная причина дефектов этой группы - нарушение технологии прокатки.
© Лисовская М.А., Савченко Ю.И., 2015
Рис. 1. Причины списания рабочих валков
Производство валков методом электрошлакового переплава (ЭШП) - это технология утилизации отработанных и дефектных валков в качестве электродов для переплава. Проведенные сравнительные испытания новых и переплавленных валков показали, что их свойства и стойкость практически не отличаются, а стоимость валка после ЭШП в три раза ниже [5, 6]. У валков, изготовленных методом ЭШП, практически отсутствуют дефекты плавки и литья, такие как неметаллические включения, флокены, пористость, плены, ликвация, раковины, что приводит к повышение плотности, однородности структуры и равномерности свойств металла [7, 8]. Тем не менее после термических и механических обработок валка необходимо осуществлять неразрушающий контроль (НК) по-
верхности для обнаружения производственных дефектов [9].
При неразрушающем контроле валков сталкиваются с двумя основными проблемами: методическими и аппаратными [3].
Методические проблемы заключаются в том, что в существующих нормативных документах по контролю стальных опорных и рабочих валков не предусматривается обнаружение поверхностных и подповерхностных дефектов, не регламентированы процедуры вихретокового, магнитного и визуально-измерительных методов неразрушающего контроля (МНК). Кроме того, в действующих нормативных документах одни и те же положения трактуются по-разному, что приводит к разногласиям между изготовителями и потребителями валков.
В таблице приведены МНК, рекомендуемые для контроля прокатных валков [10].
МНК для контроля прокатных валков
Вид контроля Ручной НК Автоматизированный НК
поверхностные дефекты внутренние дефекты поверхностные дефекты внутренние дефекты
Визуально -измерительный + -- + --
Вихретоковый + -- ++ --
Ультразвуковой (акустический) ++* ++ - ++
Магнитопорошковый (магнитный) + -- - --
Капиллярный (проникающими веществами) + -- -- --
Примечание. Значками указана эфе эективность применения мето-
да:++ хорошая; + удовлетворительная; - неудовлетворительная; -непригодная.
* Для обнаружения поверхностных дефектов применяются поверхностные волны.
Из представленных в таблице материалов следует, что ни один методов неразрушающего контроля не являются универсальными. Каждый из них может быть использован наиболее эффективно для обнаружения определенных дефектов в валках, и для повышения качества и надежности контроля необходимо применять комплексный контроль, то есть два или несколько различных МНК.
Обзор современных установок для неразрушаю-щего контроля валков свидетельствует об отсутствии универсальных установок [11, 12]. Каждая настроена, во-первых, на определенный тип отливки, размер и материал валков; во-вторых, на обнаружение конкретного вида дефектов; в-третьих, как уже упоминалось, требует разработки нормативно-технической документации и специальной методики контроля. Следовательно, аппаратная проблема не может быть решена только с помощью закупки соответствующего оборудования (установки).
При разработке установки НК валков были выбраны два МНК: ультразвуковой (УЗК) и вихретоко-вый (ВТ), что позволило обнаруживать в валках как внутренние, так и поверхностные дефекты. Оба метода могут быть реализованы в автоматическом режиме, что позволяет осуществлять контроль качества валков в процессе изготовления, при вводе в производство - входной контроль, а также проводить эксплуатационный контроль.
Объект контроля - рабочие валки станов холодной прокатки диаметром бочки 200 мм и длинной 400 мм из стали марок 9Х, 9Х2МФ, изготавливаемых методом ЭШП.
Для обнаружения дефектов в рабочих валках в лаборатории НК кафедры физики была разработана, сконструирована и изготовлена установка, схема которой приведена на рис. 2 [13, 14]. В ней осуществляется вращение валка вокруг своей оси и осевое перемещения датчика вдоль оси. Состоит установка из станины, на которой расположен двигатель с редуктором 2, и блока шестерен, передающих вращение на валок 3. Валок лежит на четырех роликах 1, находящихся попарно на двух опорных валах, и совершает вращение вокруг своей оси с постоянной скоростью.
Рис. 2. Установка НК валков: 1 - ролик опорный; 2 - привод валка; 3 - валок; 4 - каретка; 5 - направляющие штанги; 6 - серьга, с УЗК (или вихретоковым) преобразователем; 7 - рычаг;
8 - левый и правый концевые выключатели;
9 - датчик числа оборотов валка; 10 - датчик начала движения; 11 - винт перемещения; 12 - системный блок с ультразвуковой платой (для УЗК сканирования);
13 - монитор; 14 - место оператора
На станине расположены винт перемещения 11 и направляющие штанги 5, по которым перемещается каретка 4. На винт перемещения прикреплен датчик начала движения 10. Датчик (УЗК или ВТ) крепится в серьге 6 на каретке 4. Положение каретки относи-
Раздел 6
тельно валка контролируется концевыми выключателями 8 и датчиком числа оборотов 9. В процессе сканирования каретка вместе с преобразователем перемещается параллельно вращающемуся валку с постоянной скоростью. В результате датчик описывает по поверхности валка витки с постоянным шагом 5 мм.
Ультразвуковое сканирование валка осуществляется с помощью преобразователя фирмы «PANAMETRГСS» V309 5 МГц, подключенного к плате ультразвукового дефектоскопа PCUS-10. Процессом управляет персональный компьютер. Частота вращения валка и скорость движения каретки стабилизированы и их значения введены в программу, которая в процессе сканирования рассчитывает положение каретки относительно валка и угол его поворота. Для синхронизации измерений с вращением валка используется датчик начала движения. Процесс записи сигналов с ультразвуковой платы PCUS-10 начинается с момента срабатывания датчика вращения валка и отключения левого концевого выключателя и заканчивается при срабатывании правого выключателя. По завершению процесса на экран монитора выводится «карта валка» с указанием местоположения и размеров дефектов.
Для вихретокового сканирования применяется дефектоскоп «Конастанта ВД1», который предназначен для выявления поверхностных дефектов. Сканирование проводится аналогично ультразвуковому,
результаты передаются на компьютер, где обрабатываются и выдаются также в виде «карты валка».
По полученным «картам валка» делается заключение о его годности. Если валок оказался забракован, то для детального исследования обнаруженных дефектов применяется ручной контроль с использованием ультразвукового дефектоскопа А1212, результатом которого будет отправление валка на утилизацию или на устранение дефектов с помощью механической обработки.
Таким образом, разработана и изготовлена установка для автоматического контроля рабочих валков. Написана инструкция о порядке настройки и работы на установке и форма отчетов результатов контроля. Установка НК валков позволяет обнаруживать поверхностные и внутренние дефекты, которые могут привести к поломке валка, либо к браку продукции. Благодаря непрерывному сканированию всей поверхности валка осуществляется контроль всего его объёма.
Применение автоматизированной установки НК валков на металлургических заводах позволяет проводить контроль при изготовлении, первичную паспортизацию валков (контроль до начала эксплуатации), а также проводить мониторинг в процессе эксплуатации для своевременного обнаружения дефектов и отслеживания их развития. Все это приводит к уменьшению количества аварийных ситуаций, связанных с разрушением валков.
Рис. 3. Установка НК прокатных валков в ручном режиме: а - общий вид; б - вид экрана прибора
б
а
Список литературы
1. Прокатные валки / К.Н. Вдовин, Р.Х. Гималетдинов, В.М. Колокольцев и др. Магнитогорск: МГТУ, 2005. 540 с.
2. Самедов Я.Ю. Проблемы неразрушающего контроля прокатных валков // Дефектоскопия. 2008. №4. С. 3-10.
3. Давыдов А.В. Неразрушающий контроль качества прокатных валков // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. Курск, 2009. Вып. 8. С. 131-132.
4. Физические методы контроля. Дефекты продукции. Контроль качества продукции: учеб. пособие / Савченко Ю.И., Рыскужи-на И.В., Мишенева Н.И., Шефер О.Ю., Вострокнутова О.Н. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015. 48 с.
5. Освоение производства рабочих валков станов холодной прокатки методом электрошлакового переплава / Вдовин К.Н., Вершигора С.М., Адамчук С.В., Семенова О.В. // Теория и тех-
нология металлургического производства. Магнитогорск: МГТУ, 2004. Вып. 4. С.130-133.
6. Вдовин К.Н., Лисовская М.А. Производство стальных валков методом ЭШП и магнитный мониторинг их качества // Металлургические процессы и оборудование. 2013. № 3 (33). С. 3340.
7. Башнин Ю.А. Влияние способа выплавки на структуру и свойства стали для производства прокатных валков // Сталь. 1984. № 10. С. 65-69.
8. Белевский Л.С., Исмагилов Р.Р. Пути повышения служебных свойств валков станов холодной прокатки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. № 1. 2012. С. 56-60.
9. Вдовин К.Н., Лисовская М.А. Магнитный мониторинг рабочих валков при искусственном старении // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 2 (15). С.91-95.
10. Самедов Я.Ю. Особенности НК прокатных валков // В мире НК. Март, 2011. № 1 (51). С. 30-31.
11. Савченко Ю.И., Лисовская М.А., Рыскужина И.В. Обзор современных автоматизированных установок для неразрушающего контроля валков // Физика и физические методы неразрушаю-щего контроля: сб. науч. тр.; под ред. Ю.И. Савченко. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. С. 69-74.
12. Патент на полезную модель 119119 РУБ. Установка ультразвукового контроля крупногабаритных изделий/ Вдовин К.Н., Егорова Л.Г., Армизонов В.А., Лисовская М.А. 27.03.2012.
13. Давыдов А.В. Методика оценки качества прокатных валков при помощи установки ультразвуковой диагностики // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. Курск, 2009. Вып. 10. С. 104-106.
14. Ультразвуковая установка для измерения акустических свойств с помощью ЭМАП / Савченко Ю.И, Рыскужина И.В., Лисовская М.А., Вострокнутова О.Н. // Автоматизированные технологии и производства. 2012. №4. С.35-40.
Сведения об авторах
Лисовская Мария Александровна - ст. преп. кафедры физики, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». Тел.: (3519) 29 84 70. E-mail: lisovskaya.maria@yandex.ru
Савченко Юрий Иванович - канд. физ.-мат. наук, доц., зав. каф. физики, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». Тел.: (3519) 29 84 42. E-mail: sav@magtu.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
INSTALLATION OF ULTRASONIC AND EDDY CURRENT TESTING
OF WORK ROLLS (STEEL GRADES 9CR (9X1) AND 9CR2MOP (9X2M©)) PRODUCED BY ESR
Lisovskaya Maria Aleksandrovna - Assistant Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519) 29 84 70. E-mail: lisovskaya.maria@yandex.ru
Savchenko Yuriy Ivanovich - Ph. D. (Physical and Mathematical), Associate Professor, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519) 29 84 42. E-mail: sav@magtu.ru
Abstract. The article presents the developed and manufactured in the laboratory of nondestructive testing (Department of Physics, Nosov Magnitogorsk State Technical University) automated installation of ultrasonic and eddy current testing of the work rolls, produced by ESR. This installation allows detecting both surface and internal defects in the rolls. Implementation of the installation at the steel mills allows performing manufacture control and inspection test, that is the primary certification of the rolls, as well as monitoring during operation for the timely detection of defects and tracking their development.
Keywords: work roll, electro slag remelting, nondestructive testing, ultrasonic testing, eddy current testing, automated installation, quality.
♦ ♦ ♦
