圆钢无损检测误报原因及解决措施_荣莎莎.pdf

金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期圆钢无损检测误报原因及解决措施荣莎莎，黄杨（湘潭钢铁集团有限公司，湖南 湘潭 411101）摘要：介绍了漏磁探伤检测与相控阵超声探伤检测的技术原理。在实际探伤检测中，发现了在线漏磁探伤机与相控阵超声探伤机存在有大量误报的现象，通过对矫直料、扒皮料、穿水料、抛丸料进行试验、分析后发现，圆钢表面氧化铁皮、粗糙度是造成误报的主要原因，圆钢弯曲度，探伤线设备同心度是造成误报的次要原因。采取增加矫直与抛丸工序、定期修复探伤线设备同心度等措施后，漏磁探伤机误报率不超过0.1%，相控阵超声误报率为0%，从而提高了生产效率，降低了职工工作劳动强度。关键词：无损检测；误报；圆钢；氧化铁皮中图分类号：TG115.285文献标识码：A文章编号：2095-5014（2023）01-0060-05Cause Analysis and Measures of False Alarm in NDTRONG Shasha，HUANG Yang（Xiangtan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Xiangtan 411101，China）ABSTRACT：The technical principles of magnetic flux leakage testing and phased array ultrasonictesting are introduced.In the actual flaw detection，it was found that the online magnetic flux leakageflaw detector and the phased array ultrasonic flaw detector had false alarms.Through the test andanalysis of straightening materials，peeling materials，water-piercing materials and shot blastingmaterials，it was found that the iron oxide scale and roughness on the surface of round steel were themain causes of false alarms，and the bending of round steel and the concentricity of flaw detectionline equipment were the secondary causes of false alarms.By taking measures to increase thestraightening and shot blasting procedures and regularly repair the concentricity of the flaw detectionline equipment，the false alarm rate of the magnetic flux leakage flaw detector is not more than0.1%，and the false alarm rate of the phased array ultrasonic is 0%，thus improving the productionefficiency and reducing the labor intensity of the staff.KEY WORDS：non-destructivetesting；falsepositives；roundsteel；ironoxidescale收稿日期：2022-11-24第一作者简介：荣莎莎（1991），女，工程师，硕士，主要从事棒材探伤、质量管理工作。金 属 材 料 与 冶 金 工 程Metal Materials And Metallurgy Engineering第51卷第1期2023年2月Vol.51 No.1Feb.2023探伤无损检测利用物质的电、磁、声、光等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，并评估其连续性、完整性、完全可靠性及某些物理性能1-3。漏磁检测属于表面无损检测的一种，适合检测铁磁性材料。其原理是材料表面被磁化后形成磁力线，当其表面或近表面存在缺陷时磁力线因缺陷的阻断，在缺陷处发生畸变，一部分磁力线直接通过缺陷或在材料内部绕过缺陷，2023年第1期荣莎莎，等：圆钢无损检测误报原因及解决措施另一部分磁力线会在材料表面缺陷处形成漏磁场4。漏磁检测元件在材料表面检测到漏磁场后，利用磁感应传感器将其转换成电信号后送入计算机进行信号处理5。相控阵超声探伤检测由超声探伤无损检测发展而来，其原理是相控阵超声探伤检测技术采用由多个阵元组成的阵列换能器，通过电子控制各阵元晶片的超声激励接收延时时间，根据惠更斯原理，在试件内部生成具有特定偏转角度及聚焦深度的检测声束6，借助机械与电子扫描互相结合的方式实现成像，从而实现100%检测。2020年湘潭钢铁集团有限公司棒材厂从国外购进了自动化漏磁探伤机与相控阵超声探伤机，对产品出厂前进行检测。在检测过程中，部分钢种出现误报现象，不合格品在无任何处理情况下再次探伤，合格率至少上升 50%。由于误报造成虚假不合格品增多，不仅降低了生产效率，而且增加了职工劳动强度。因此必须采取相应措施降低误报率。1探伤试验1.1试验材料试验选取 60 mm 规格 40Cr，其化学成分见表1所示。表1 40Cr钢主要化学成分（质量分数）Table 1 Chemical composition of 40Cr（wt%）协议C0.3700.440Si0.1700.370Mn0.5000.800S0.025Cr0.8001.100P0.025Al0.0150.0401.2试验方法试验选用矫直料、扒皮料、穿水料、抛丸料四种不同表面状态的圆钢分别进行联合探伤检测试验。联合探伤检测采用DB漏磁探伤设备检测表面缺陷，检测精度为人工缺陷槽（深宽长）0.2 mm0.3 mm20 mm，采用OLYMPUS相控阵超声探伤设备纵波检测内部缺陷，横波检测浅表缺陷，检测精度为人工缺陷横通孔0.5 mm15 mm。2探伤实验结果2.1矫直料探伤情况2.1.1圆钢表面蓬松氧化铁皮没有矫直前，圆钢表面氧化铁皮多且蓬松，容易掉落；矫直后，圆钢表面氧化铁皮少，表面光滑，但有轻微矫直纹。其探伤波形如图1、图2所示。（a）矫直前波形图；（b）矫直后波形图图1 表面有蓬松氧化铁皮的圆钢矫直前与矫直后漏磁探伤波形图Fig.1 MFLT flaw detection waveform of round steel with fluffy scale on thesurface before and after straightening61金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期通过图1、2可知，圆钢矫直前与矫直后缺陷反射波形对比反差大，圆钢矫直前漏磁探伤有两处缺陷报警，矫直后该位置的漏磁探伤缺陷反射波消失。圆钢矫直前相控阵超声探伤的闸门1缺陷反射波波高达到90%；闸门2缺陷反射波高在20%30%，矫直后相控阵超声探伤的缺陷反射波消失。2.1.2圆钢表面粗糙没有矫直前，表面粗糙，有大量可见的氧化铁皮，不容易脱落。矫直后，圆钢表面氧化铁皮少，表面光滑，有矫直纹。其探伤波形如图3、图4所示。（a）矫直前波形图；（b）矫直后波形图图2 表面有蓬松氧化铁皮的圆钢矫直前与矫直后相控阵超声探伤波形图Fig.2 PAUT flaw detection waveform of round steel with fluffy scale on thesurface before and after straightening（a）矫直前波形图；（b）矫直后波形图图3 表面粗糙圆钢矫直前与矫直后漏磁探伤波形图Fig.3 MFLT flaw detection waveform of round steel with rough surface before and after straightening（a）矫直前波形图；（b）矫直后波形图图4 表面粗糙圆钢矫直前与矫直后相控阵超声探伤波形图Fig.4 PAUT flaw detection waveform of round steel with rough surface before and after straightening622023年第1期通过图3、4可知，圆钢矫直前漏磁探伤有多处缺陷反射波，经过矫直后所有缺陷反射波消失。圆钢矫直前相控阵超声横波有缺陷反射波形，反射波波高可达100%，矫直后相控阵超声探伤的缺陷反射波完全消失。综上所述，说明经过矫直的钢，合格率高，误报少。2.2扒皮料探伤情况用采用酸洗有裂纹的缺陷钢，经过0.1 mm扒皮，用磁粉探伤标记好缺陷后，进行联合探伤检测。检测结果如表2所示。从表2可知，磁粉标记的缺陷位置，漏磁与相控阵超声探伤都能对应检测出来，没有产生误报。表2 磁粉、漏磁、相控阵检测结果Table 2 Magnetic particle，magnetic flux leakage and phased array test results编号12缺陷数量35位置距离头部4.784.89 m、5.045.12 m、6.286.4 m处距离头部0.60.8 m、0.880.98 m、1.141.41 m、2.62.7 m、2.82.88 m处缺陷数量36位置距离头部4.8 m、4.95.1 m、6.36.6 m处距离头部0.6 m、0.9m、1.21.4 m、2.6 m、2.8 m、4.5 m处缺陷数量35位置距离头部4.85 m、5.15 m、6.4 m处距离头部0.65 m、0.9m、1.21.4 m、2.553.25 m、4.5 m处2.3穿水料探伤情况通过高压水除鳞，降低终轧温度，使表面形成青褐色致密氧化铁皮的圆钢，称为穿水料。对其进行两次联合探伤，第一次合格率为70.24%，第二次合格率为90.35%，第二次合格率比第一次合格率高，说明漏磁与相控阵超声产生了误报，因此穿水料会导致误报。2.4抛丸探伤情况没有抛丸前，圆钢表面有大量氧化铁皮且表面粗糙。抛丸后，圆钢表面无氧化铁皮、表面光滑。其探伤波形如图5所示。对比图1（a）、图3（a）、图5（a）可知，抛丸前与抛丸后的漏磁探伤波形图不同，抛丸后漏磁缺陷反射波消失。由图 1（b）、图 3（b）、图 5（b）可以看出，抛丸前与抛丸后的相控阵超声探伤波形图不同，抛丸后相控阵超声缺陷反射波消失，说明抛丸后漏磁与相控阵超声检测波形无异常，探伤无误报。（a）漏磁波形图；（b）相控阵超声波形图图5 抛丸后漏磁与相控阵超声探伤波形图Fig.5 Waveform diagrams of magnetic flux leakage and phased array ultrasonic flaw detectionafter shot blasting3分析与改进3.1氧化铁皮导致的误报矫直料、抛丸料、扒皮料不会导致探伤机误报，而穿水料会造成误报，说明大部分误报是氧化铁皮造成。荣莎莎，等：圆钢无损检测误报原因及解决措施63金 属 材 料 与 冶 金 工 程第51卷第1期漏磁探伤时，漏磁探伤机的探头通过耐磨靴贴近圆钢表面高速旋转检测，圆钢表面氧化铁皮多且蓬松、不致密，一部分氧化铁皮贴在耐磨靴上，导致探头检测到漏磁场，产生误报。圆钢表面粗糙，经过漏磁探伤时报警，但对其表面进行矫直或抛丸或扒皮处理后，经过漏磁探伤时无报警；这是由于磁轭在磁化圆钢表面时，粗糙的圆钢表面会导致磁场分布不均匀，产生畸变，探头检测到畸变磁场产生误报。相控阵超声探伤为水浸式探伤，如果圆钢氧化铁皮较多，氧化铁皮间的孔隙会造成空气残留，经过水浸之后，形成气泡，超声波在钢和空气中的传播速度不一样，探头在检测时会把气泡误认为缺陷，从而造成误报。如果圆钢表面很粗糙，经过相控阵超声探伤时报警，但取样分析时，并无缺陷；因为圆钢表面粗糙度对声耦合有明显的影响，对于同一耦合剂，表面粗糙度大，耦合效果差，反射回波低7，如图6 所示。声阻抗低的耦合剂（如水的声阻抗 Z=1.5），随粗糙度的变大，耦合效果会降低得更快，从而导致误报。3.2弯曲度导致的误报通过矫直料探伤情况分析后发现，圆钢弯曲度（大于5 mm/m或小于 2 mm/m，探伤设备要求值）是造成误报的原因之一。漏磁探伤时，如果圆钢弯曲度达不到设备要求值，探伤机两边的夹送辊在输送圆钢时产生震动，从而导致漏磁探伤机误报。相控阵超声探伤时，一组六个探头为不同角度分布排列检测，如果圆钢弯曲度达不到设备要求值，探伤时，圆钢的中心偏离设备中心，检测声程位置不一致，底波进入报警闸门，导致相控阵超声探伤机误报。3.3同心度偏差导致的误报对探伤设备情况分析后发现，探伤线同心度偏差过大也会产生误报。探伤线由辅机辊道、夹送辊、探伤平台、探伤设备等组成，如果辅机辊道磨损，夹送辊歪斜，探伤平台不平，探伤机的三辊定心与其他设备的中心偏差大于 2mm，将会对探伤结果造成影响。针对三种探伤误报原因，采取了不同的改进措施：（1）联合探伤前，增加抛丸工序；（2）联合探伤前，增加矫直工序；（3）每月定期对探伤线的同心度进行测量，其公差不得超过2 mm，发现偏差立即调整。改进后，通过一段时间的观察，漏磁探伤机误报率不超过0.1%，相控阵超声误报率为0%，这说明，圆钢的外观质量决定探伤机误报率，设备的定期维护对探伤机误报率有一定影响。4结论（1）圆钢表面氧化铁皮和粗糙度是造成误报的主要原因，这是由漏磁和相控阵超声探伤的原理决定的。因此在探伤前增加矫直、抛丸工序，从而保证探伤结果的准确性。（2）探伤设备的不良状态是造成误报的次要原因，每月定期对设备进行测量维护，减少探伤结果误报。参考文献：1云飞.钢材表面缺陷无损检验技术漏磁探伤法N.世界金属导报，2019-02-12（B07）.2荣莎莎，黄杨.F38MnVS棒材缺陷分析与改进 J.金属材料与冶金工程，2022，50（1）：34-39.3王军.无损探伤技术在钢结构检测中的应用 J.化工设计通讯，2020，46（7）：138-139.4沈功田，王宝轩，郭锴.漏磁检测技术的研究与发展现状 J.中国特种设备安全，2017，33（9）：43-52.5曾虎军.无损探伤的优越性与影响漏磁探伤结果因素分析 J.科技与企业，2016（7）：247，249.6汪春晓，张浩，高晓蓉，等.超声相控阵技术在车轮轮辋探伤中的应用 J.中国铁路，2009（5）：69-71.7高显利，张仕宁.超声波探伤机误报原因分析及改进措施 J.鞍钢技术，2014（2）：55-58.图6 表面粗糙度对耦合的影响Fig.6 Effect of surface roughness on coupling64