基于无损检测技术的轧辊表面缺陷检测研究.pdf

冶金与材料第 44 卷基于无损检测技术的轧辊表面缺陷检测研究宋华南（上海金艺检测技术有限公司，上海201999）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 2 期2024 年 2 月Vol.44 No.2Feb.2024摘要：本研究旨在基于无损检测技术改进轧辊表面缺陷检测方法。针对传统检测方法中效率低、准确性不高等问题进行分析，对轧辊表面缺陷检测的相关理论与应用进行详细阐述，对不同的无损检测技术进行比较，最后提出适合轧辊表面缺陷检测的最佳技术方案。研究结果表明，基于无损检测技术的轧辊表面缺陷检测方法具有高效、准确、可靠的特点，可以提高轧辊生产的质量和效率。通过文章的分析和研究，以期为技术人员提供参考。关键词：无损检测技术；轧辊表面缺陷；缺陷检测研究作者简介：宋华南（1983），男，上海奉贤人，主要研究方向：冶金设备无损检测。轧辊是钢铁工业中重要的生产设备之一，其表面缺陷对生产质量和效率有着重要的影响。传统的轧辊表面缺陷检测方法存在效率低、准确性不高等问题，因此，基于无损检测技术的轧辊表面缺陷检测研究具有重要的研究意义和应用价值。文章旨在通过对无损检测技术在轧辊表面缺陷检测中的应用进行研究，提高轧辊表面缺陷检测的效率和准确性，为轧辊生产提供技术支持和参考。1轧辊表面缺陷检测的相关理论与应用分析1.1轧辊表面缺陷的分类和特征轧辊表面缺陷是指在轧辊表面出现的各种缺陷和损伤，可能对轧制过程和产品质量产生不良影响。轧辊是金属加工过程中的关键部件，特别是在热轧和冷轧过程中。轧辊表面的完整性对于确保产品的质量至关重要。根据不同的分类标准，轧辊表面缺陷可以分为多个类别，并具有各自的特征。轧辊表面缺陷的主要分类如下：（1）表面裂纹是最常见的轧辊表面缺陷类型之一，包括热裂纹、冷裂纹和疲劳裂纹。热裂纹主要是由于轧辊在高温下工作时产生的热应力造成的，通常会在轧辊表面形成较大的裂缝；冷裂纹则是在轧辊冷却过程中由于温度变化引起的，通常较小但更深；疲劳裂纹是由于轧辊长期使用和循环加载引起的，往往是微小的，但会随着时间的推移而扩大。（2）表面剥落和剥蚀缺陷是由于轧辊表面的材料疲劳、腐蚀或磨损造成。剥落通常表现为轧辊表面的小片材料脱落，而剥蚀则是表面材料逐渐被侵蚀或磨损，导致表面粗糙或有沟槽。（3）表面凹坑和凸起缺陷通常是由于轧辊表面应力分布不均、材料变形或杂质引起的。其中凹坑是由于局部压力过大或杂质嵌入导致的，而凸起则是由于材料在加工过程中的不均匀流动造成的。（4）在某些环境下，轧辊表面可能会因氧化和污染物的存在而出现颜色变化、斑点和污渍。这些缺陷不仅影响轧辊的外观，还可能影响其性能，例如导致摩擦系数变化或材料强度降低。轧辊表面缺陷的特征取决于缺陷的类型和严重程度。一般来说，这些缺陷可能表现为可见的裂纹、凹坑、剥落等，也可能需要通过显微镜或其他专业的检测方法来观察。缺陷的形状、大小、分布和密度也是其特征的重要方面。例如，裂纹的长度、宽度和方向可以提供有关其成因的线索，而剥落或剥蚀的区域大小和深度则可以指示材料疲劳或腐蚀的程度。了解轧辊表面缺陷的分类和特征对于轧机的运行和维护至关重要。通过定期检查和适时维修，可以有效预防或减少这些缺陷的发生，从而保证轧制过程的顺利进行和产品质量的稳定。同时，对轧辊表面缺陷的研究也有助于改进轧辊的设计和材料选择，进一步提高轧辊的性能和使用寿命咱1暂遥1.2无损检测技术在轧辊表面缺陷检测中的应用无损检测技术是指在不破坏被检测物体的情况下，利用物理、化学、电磁等原理和方法，对被检测物体的内部或表面进行检测和分析，以此来检测和评估材料、构件或产品的质量和完整性的技术手段。该技术在钢铁企业中，尤其是轧辊表面缺陷检测中具有广泛的应用。常见的无损检测技术包括：1.2.1超声波检测超声波检测是较为常用的无损检测技术，通过发送超声波信号并接收回波来检测轧辊表面缺陷，可以检测到裂纹、凹坑、剥落等缺陷，并能提供缺陷的位置、尺寸和形状信息。1.2.2磁粉检测利用磁场和磁粉颗粒来检测轧辊表面的裂纹和疲82第 2 期劳裂纹。磁粉检测具有高灵敏度和快速检测的优点，可以有效地检测到微小的裂纹和疲劳裂纹。1.2.3热红外检测利用红外热像仪来检测轧辊表面的温度变化，从而发现表面缺陷。热红外检测可以快速、非接触地检测到轧辊表面的热点和异常温度区域，用于检测表面裂纹和热点。1.2.4涡流检测涡流检测是一种非破坏性检测方法，它利用交变磁场来感应轧辊表面的涡流。当涡流在轧辊表面流动时，它们会受到表面缺陷的影响，从而改变涡流的分布。这种变化可以通过涡流检测仪器捕捉，并转换为电信号，以此来识别和定位缺陷。涡流检测特别适用于发现轧辊表面的裂纹和凹坑等微小缺陷。它具有高灵敏度和快速检测的特点，能够提供缺陷的精确位置、深度和大小信息，是轧辊维护和质量控制中不可或缺的技术。1.2.5光学检测光学检测则利用高分辨率的光学设备，如显微镜和高清摄像机，来观察和分析轧辊表面的状况。通过对光线的反射、折射和散射的分析，光学检测可以揭示轧辊表面的剥落、污染、凹坑等缺陷。这种方法的优势在于它能提供非常清晰、详细的图像，有助于缺陷的识别和分类。光学检测通常用于较为细致地检查，尤其是针对轧辊表面的整体质量和微观结构的检查。1.3目前存在的问题和挑战首先，缺陷检测灵敏度不足，对于微小或深层缺陷的检测，现有技术的灵敏度有限，难以准确识别和定位缺陷，导致漏检或误判。其次，对于复杂表面几何形状的影响，轧辊表面通常具有复杂的几何形状，如凹槽、凸起等，这些形状会干扰无损检测信号的传播和接收，降低检测的准确性。同时，检测速度与生产效率所产生的矛盾，传统的无损检测方法需要耗费大量时间进行逐点或逐片检测，与高速轧辊生产线的要求相冲突，难以满足实时检测的需求。再次，轧辊在高温、高压、高速等复杂工作环境下运行，给无损检测技术带来了挑战，如传感器的稳定性、耐受能力和适应性等方面。最后，数据处理和分析的复杂性，由于无损检测技术产生的数据量庞大，需要进行有效的数据处理和分析，提取有效信息并进行缺陷识别和评估，这对算法和计算能力提出了要求。为了解决这些问题和挑战，需要加强无损检测技术的研发与创新，提高检测灵敏度和速度，同时结合先进的数据处理和分析方法，实现自动化的缺陷识别和评估。此外，还需要加强与轧辊制造商和用户的合作，深入了解实际需求，开展定制化的解决方案，推动无损检测技术在轧辊表面缺陷检测中的应用。2基于无损检测技术的研究方法2.1选取适用的无损检测技术对不同工况下的轧辊表面缺陷检测，需要综合考虑技术的灵敏度、准确性、速度、成本和操作难度等因素。同时，还需要考虑轧辊表面的特殊情况，如高温、高压和复杂几何形状等，以确保所选技术能够在实际环境中有效应用。例如，超声波检测可以提供高分辨率和灵敏度，适用于检测小尺寸的表面缺陷咱2暂，可以测量缺陷的深度和尺寸，并提供定量的数据，但对于复杂几何形状的轧辊表面，可能需要使用多个探头进行扫描。磁粉检测适用于检测表面缺陷，如裂纹和划痕，可以提供高灵敏度和快速检测的能力。但无法提供缺陷的深度和尺寸信息，只能提供缺陷的位置和形状。涡流检测可以提供高灵敏度和快速检测的能力，适用于检测表面缺陷，可以提供缺陷的位置和形状信息，但无法提供缺陷的深度和尺寸。热红外检测可以提供快速检测的能力，适用于检测表面缺陷，可以提供缺陷的位置和形状信息，但无法提供缺陷的深度和尺寸。2.2设计实验方案和采集数据对轧辊表面缺陷检测需要明确检测目标，明确需要检测的轧辊表面缺陷类型和尺寸范围，例如裂纹、划痕等。首先选择适用的无损检测技术，根据轧辊表面缺陷的特点和要求，选择适用的无损检测技术，如超声波检测、磁粉检测、涡流检测或热红外检测。其次，确定实验的具体步骤和参数设置，包括检测设备、探头选择、检测参数（如频率、功率等）、扫描速度、扫描模式等。还需要考虑实验环境的因素，如温度、湿度等。接着需要准备样品，选择一些具有不同类型和尺寸的轧辊表面缺陷样品，可以是真实的轧辊或制作的人工缺陷样品。确保样品的表面清洁和平整。随后按照实验方案进行无损检测实验。根据技术要求，可能需要对样品进行预处理，如清洗、涂粉等。确保实验过程中的操作准确、稳定和一致。最后根据无损检测技术的特点，选择合适的数据采集方法。例如，超声波检测可以采集幅值、时间和频谱等数据；磁粉检测可以采集磁粉堆积的图像；涡流检测可以采集涡流感应电流的变化等，同时对采集的数据进行分析和评估，根据实验目标和要求，判断轧辊表面缺陷的存在与否、位置、形状、尺寸等，可以使用图像处理、信号处理、统计分析等方法进行数据分析，再根据实验结果，验证检测的准确性和可靠性，并根据需要进行实验方案的优化和改进。2.3数据处理和分析方法对于磁粉检测、光学检测或热红外检测等技术采集的图像数据，可以使用图像处理算法进行缺陷的提取和增强咱3暂。常见的图像处理方法包括灰度变换、滤波、宋华南：基于无损检测技术的轧辊表面缺陷检测研究83冶金与材料第 44 卷边缘检测、二值化等。对于超声波检测或涡流检测等技术采集的信号数据，可以使用信号处理算法进行缺陷的提取和分析。常见的信号处理方法包括滤波、傅里叶变换、小波变换等。对于多个样品或多个检测位置的数据，可以使用统计分析方法进行数据的比较和评估。常见的统计分析方法包括均值、标准差、方差、相关性分析等。先根据缺陷的特征和无损检测技术的数据，可以选择合适的特征提取方法。例如，对于超声波检测数据，可以提取幅值、时间和频谱等特征；对于磁粉检测数据，可以提取缺陷区域的面积、形状等特征。再根据无损检测数据和特征提取结果，可以进行缺陷的评估和分类。可以使用分类算法、模式识别方法或人工智能技术进行缺陷的识别和判定。在进行数据处理和分析时，需要注意：在对采集的数据进行处理前，需确保数据的准确性和一致性，排除可能的噪声和干扰。根据实际情况和要求，选择合适的数据处理和分析方法，避免过度处理和过度解释并结合实际情况和领域知识，对结果进行解释和评估，判断缺陷的存在与否、位置、形状、尺寸等。不同的无损检测技术和数据处理方法可能会有不同的优缺点，需要综合考虑实际需求和限制，选择合适的方法进行数据处理和分析。3实验结果与讨论3.1对比不同无损检测技术的检测效果对比不同无损检测技术的轧辊表面缺陷检测效果，可以从灵敏度检测、检测速度、操作难度、适用范围来进行对比。首先，检测灵敏度，不同的无损检测技术对于不同类型和大小的缺陷具有不同的灵敏度。可以比较不同技术在检测相同类型和大小的缺陷时的检测能力和准确度。例如，对于小尺寸的裂纹缺陷，超声波检测可能更敏感，而磁粉检测可能更适用于大尺寸的裂纹缺陷。其次，检测速度，不同的无损检测技术在检测速度方面也存在差异。可以比较不同技术在相同条件下的检测速度，以评估其在实际应用中的效率。例如，磁粉检测通常可以快速完成，而超声波检测可能需要更长的时间。接着，评估操作的难度，不同的无损检测技术在操作上的难易程度也不同，可以比较不同技术的操作步骤、所需设备和培训要求，以评估其在实际应用中的可操作性和可靠性。最后，根据不同的无损检测技术适用于不同的材料和缺陷类型。可以比较不同技术在不同材料和缺陷类型上的适用性和效果。例如，磁粉检测对于磁性材料的缺陷检测效果较好，而超声波检测对各种材料的缺陷检测都具有一定的适用性。3.2分析检测结果与实际缺陷情况的一致性分析无损检测技术检测轧辊表面缺陷的结果与实际缺陷情况的一致性，可以将无损检测技术检测到的缺陷结果与已知的实际缺陷进行对比。如果检测结果能够准确地检测到已知的实际缺陷，那么可以认为检测结果与实际缺陷情况一致。评估检测灵敏度，检测灵敏度是指无损检测技术能够检测到的最小缺陷尺寸，可以将已知的缺陷尺寸与检测结果进行对比，评估无损检测技术的检测灵敏度。如果检测结果能够检测到已知的较小缺陷，那么也可以认为检测结果与实际缺陷情况一致。对于大量的检测样本，可以进行统计分析，通过比较检测结果与实际缺陷情况的一致性，就可以计算准确率、误报率、漏报率等指标，评估检测结果的可靠性和一致性。对于特定的样本，可以进行多次重复检测，以验证检测结果的一致性。如果多次检测的结果相似或一致，那么可以认为检测结果与实际缺陷情况一致。同时，可以对不同的无损检测技术进行对比，比较其在检测轧辊表面缺陷方面的一致性。如果多种技术的检测结果相似或一致，那么可以认为检测结果与实际缺陷情况一致。4结束语文章通过对无损检测技术在轧辊表面缺陷检测中的应用进行研究，通过对不同的无损检测技术进行比较和分析，寻找轧辊表面缺陷检测的最佳技术方案。然而，文章还存在一些局限性和不足之处。在实际生产中，无损检测技术的应用还面临一些挑战，如环境条件、材料特性等因素的影响。因此，未来的研究还需要对这些问题进行深入地探索和解决。通过进一步的研究和探索，相信可进一步提高轧辊表面缺陷检测的效率和准确性，为轧辊生产提供更好的技术支持和保障。参考文献1 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