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3MA用于厚鋼板力學(xué)性能無損測試和冷端范圍掃查

行業(yè)需求

  如今，幾乎所有非合金和合金鋼種都可以生產(chǎn)厚達(dá)400 mm或以上的厚板。各種性能范圍，例如屈服強(qiáng)度從200到1100 N/mm²以上，確保了其在橋梁、高層建筑、海上平臺、造船、管線、壓力容器、重型機(jī)械，等等。為了減小結(jié)構(gòu)厚度以及隨之而來的建筑自重，越來越需要更高強(qiáng)度的鋼種，而可焊接性和冷韌性仍須是可接受的。

  為了生產(chǎn)這種鋼種，應(yīng)用了現(xiàn)代制造工藝，例如水/空氣淬火和回火，加速冷卻，正火和熱機(jī)械軋制?？蛻粢笤诋a(chǎn)品的長度和寬度上均一的幾何尺寸和機(jī)械性能，尤其是對于這些高價值牌號。因此，對產(chǎn)品質(zhì)量的確定和記錄提出了很高的要求。

  在生產(chǎn)流程中已經(jīng)直接在厚板上進(jìn)行了全面的尺寸、形狀和表面檢查。另一方面，仍然需要從未修剪的板的邊緣提取測試試樣，以便確定機(jī)械性能。拉伸和韌性測試是根據(jù)規(guī)范進(jìn)行的，并由高素質(zhì)和認(rèn)證的人員執(zhí)行，無法將其集成到具有直接反饋的在線閉環(huán)控制中。一家中型厚板工廠每年僅憑拉伸試樣廢料一項(xiàng)所產(chǎn)生的成本就高達(dá)數(shù)萬歐元。由于這些原因，鋼材厚板生產(chǎn)商渴望用無損技術(shù)代替試樣的機(jī)械破壞式測試，從而使這些測試可以從質(zhì)量保證實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到車間。

應(yīng)用技術(shù)

  首先，德國Fraunhofer IZFP無損檢測技術(shù)研究院將3MA多功能無損測試系統(tǒng)集成到專用手推車中，并集成了專用非接觸探頭系統(tǒng)，從而允許對在鋼廠的輥式輸送機(jī)線上移動的厚板上進(jìn)行3MA測試，無損檢測鋼板硬度、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。下圖顯示了該設(shè)備。推車上同時集成了一個擦除裝置，以去除鐵銹，避免產(chǎn)生任何干擾影響。

3MA系統(tǒng)在鋼廠的輥道輸送線上的遠(yuǎn)程應(yīng)用：（左圖）3MA檢查推車和（右圖）遠(yuǎn)程控制臺。

  校準(zhǔn)是從生產(chǎn)過程中取出的試樣上進(jìn)行的。顯然，如果對每種鋼種和每種鋼板厚度使用單獨(dú)的校準(zhǔn)功能，則可以獲得更佳結(jié)果。在這種情況下，以此項(xiàng)目為例，RMSE對于硬度測定的范圍為4 HB（布氏硬度），抗拉強(qiáng)度Rm為10 MPa，屈服強(qiáng)度Rp0.2為20 MPa。

  其次，主要目的是通過準(zhǔn)確檢測軋制后的母板中所謂的冷端，從而避免在厚板中產(chǎn)生虛擬廢料。如下圖所示。由于改變了冷卻條件，在板端出現(xiàn)了冷端。冷端的特征是機(jī)械性能受損（抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rp0.2）。因此，需要去除它們以確保板在整個長度上都能滿足質(zhì)量要求。為此，切掉通常比冷端大得多的較大部分。由于這些安全余量，產(chǎn)生了偽廢料，即，仍滿足材料合格性要求的材料被不必要地去除和報(bào)廢。為了避免這種偽報(bào)廢，需要準(zhǔn)確檢測冷端的延伸段。這可以通過上海量博實(shí)業(yè)有限公司總代理的3MA系統(tǒng)無損地完成。

通過3MA無損技術(shù)準(zhǔn)確檢測冷端的延伸范圍來避免偽報(bào)廢。

  在該項(xiàng)目中研究的板材是由于軋制織構(gòu)而顯示出明顯的材料特性各向異性的鋼種。因此，將3MA的測量信息與從超聲波（US）的飛行時間（TOF）測量得出的測量參數(shù)結(jié)合起來很有用?？梢宰C明，在高度組織化的鋼種中，將超聲TOF的相對差異添加到校準(zhǔn)功能中可以減少測量誤差。如下表所示。

工作曲線中的參數(shù)	抗拉強(qiáng)度Rm的RMSE [MPa]	屈服強(qiáng)度Rp0.2的RMSE [MPa]	布氏硬度的RMSE [HB]
只用3MA的多參數(shù)	12	23	5
3MA和US的綜合參數(shù)	10	11	4

不同類型的校準(zhǔn)結(jié)果（帶和不帶超聲參數(shù)）

  經(jīng)過校準(zhǔn)的3MA + US組合系統(tǒng)可通過準(zhǔn)確檢測可接受線的位置來確定切割前的冷端，這些接收線將厚板頭部和厚板根部的OK和NOK優(yōu)質(zhì)材料分開。下圖顯示了相應(yīng)的測量過程。首先，在厚板中間的參考點(diǎn)中測量評估測量值（此處為：抗張強(qiáng)度，Rm）。隨后，將3MA + US系統(tǒng)從邊緣逐步移到中間，直到測量值降至預(yù)設(shè)閾值水平以下，該閾值是參考點(diǎn)處的值加上指定的余量（此處：ΔRm = 15 MPa） 。之后，到達(dá)了接受線，可以將其畫在厚板上。

用3MA大范圍掃查來無損確定厚鋼板的板頭和板根處冷端的測量步驟程序。

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