Оборудование и инжиниринг в сфере неразрушающего контроля и испытаний
Контроль качества листового проката тепловым методом
Известно, что дефекты металлопроката (трещины, расслоения, пустоты, флокены и др). снижают выход годного продукта.
Аппаpaтура для неразрушающего контроля таких дефектов должна быть компактной, оперативной и выдерживать высокие температуры. На металлургических предприятиях, в основном, используют УЗ-метод, причем ввод и съем ультразвукового звукового излучения производится через струю воды, что не очень удобно. Известны также разработки в области радиационного метода, однако необходимость защиты от радиации сужает область их применения.
Оптимальным методом контроля на наш взгляд является тепловой контроль. В настоящие время существует системы теплового контроля дефектов металлопроката, в которых нагрев движущегося по рольгангу металлического листа производятся с помощью лампочного нагревателя (применяются газовые горелки или линейчатые лампы типа КГ-220-1000). Съем информации о распределении температуры на поверхности листа, противоположной нагреву, производят с помощью нескольких тепловизоров или линейных сканеров.
В промышленной системе предусмотрено использование нескольких тепловизоров (оптических головок) для того, что бы обеспечить полное перекрытие движущегося листа по ширине с сохранением требуемого пространственного разрешения. Плотность энергии нагрева должна быть от 100 до 400 кВт/м", а время нагрева каждой точки 0,5 ... I с при скорости перемещения сортового металлопроката от 100 до 2200 мм/с. При указанных параметрах контроля время анализа одного кадра составляет 1 с, причем 0,04 с уходит на запись температуры, а 0,96 с отводится на обработку информации.
В момент начала движения металлопроката с датчика перемещения в компьютер поступает стартовый сигнал, который инициирует блок управления нагревателем и программу ввода и анализа температурных полей. Через оптимальное время контроля, величина которого задается оператором, нагретый участок поверхности проката визируется тепловизором.
В программном обеспечении предусмотрено решение обратной задачи ТК, что позволяет оценить площадь, глубину и раскрытие (толщину) обнаруженных дефектов.
Основными факторами помех являются: наличие окалины, ржавчины, полированных зон, трещин, изменения толщины листа и температуры окружающей среды. Окалина и ржавчина являются теплоизоляторами, что приводит к локальным повышениям температуры листа, однако параллельный больший отток тепла в этих местах не приводит к существенным изменениям средней температуры листа.
Участки с полированной поверхностью ведут себя аналогичным образом, однако в момент их прохождения в поле зрения тепловизора они создают блики, которые могут фиксироваться автоматизированной системой в качестве дефектов. Биения листа металлопроката в пределах 50 мм изменяют поглощенную мощность на 10%, но не сказываются на достоверности выявления дефектов, поскольку основным информативным критерием является текущий контраст. Аналогичным образом слабо сказываются на результатах ТК изменения толщины листа. Влиянием трещин также можно пренебречь в силу малых размеров зон возмущения. Температура окружающей среды вносит постоянную составляющую в основной сигнал и не сказывается на принятии решения о качестве.
Для метрологической аттестации системы ТК металлопроката использованы стандартные образцы, в которых расслоения имитированы воздушными полостями, закрытыми пробками из металла. Автоматизированная система ТК обеспечивает обнаружение дефектов диаметром 5 мм и раскрытием 0,05 мм с погрешностью оценки площади и контура дефектов не более 12 %. Очевидно, что столь высокие параметры обнаружения требуют использования специальных алгоритмов обработки информации, которые способны существенно увеличить отношение сигнал/шум.
В таблице приведено сравнение систем теплового и ультразвукового методов неразрушающего контроля. Видно, что параметрам, предъявляемым потребителями к гипотетической оптимальной системе НК. в наибольшей степени соответствует система ТК.
Сравнительные характеристики систем теплового и ультразвукового неразрушающего контроля металлопроката:
| Технический параметр системы | Система ТК | Система УЗ НК | Требуемое (желательное) |
| Размер минимального выявляемого дефекта | 2 | 5 | 2 |
| Толщина контролируемого материала, мм | 0,5 - 30 | 3 - 30 | 0,5 - 30 |
| Ширина контролируемого участка, мм | 50- 4000 (зависит от нагревателя) | 50 - 2500 (ограничено линейкой УЗ- преобразователей) | 50 - 5000 |
| Максимальная температура | 500 | 100 | 800 |
| Максимальная скорость перемещения материала, м/с | 3 | 1 | 3 |
| Возможность контроля неподвижного объекта | Имеется | Не имеется | Имеется |
| Диапазон изменения толщины объекта контроля, % | 80 | 10 | 100 |
| Возможность контроля изделий произвольной формы | Имеется | Не имеется (только листы) | Имеется |
| Точность определения | 10 | 15 | 5 |
| Точность определения глубины залегания дефектов, % | 10 | 30 | 10 |
| Наличие контакта с контролируемым объектом | Бесконтактный (3000 мм) | Контактный (10мм через иммерсионную среду) | Бесконтактный |
| Уровень требований к качеству контролируемой поверхности | Средний | Высокий | Низкий |
| Уровень требований к состоянию окружающей среды | Средний | Высокий | Низкий |
(статья написана на основании данных опубликованных в справочники «Неразрушающий контроль» под общей редакцией В.В. Клюева, данных предоставленных производителем тепловизоров ThermoView (Fluke)).