阅读说明：本技术 快速探测型钢轧辊v型槽底部全周向裂纹深度的测试装置及测试方法 (Testing device and testing method for rapidly detecting depth of full circumferential cracks at bottom of V-shaped groove of profile steel roller ) 是由 吴琼 张国星 瞿海霞 夏杨青 于 2019-02-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种快速探测型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度的测试装置和测试方法,该装置包括一可定位于轧辊辊转轴上并可沿该轴相对转动的环座体,所述环座体具有一第一臂和一第二臂,所述第一臂上设有用于发射探测信号的第一超声波传感器,所述第二臂上设有用于接收所述第一超声波传感器所发射探测信号的第二超声波传感器；所述第一臂和第二臂的相对位置可调；所述第一超声波传感器和第二超声波传感器设置于轧辊辊肩以外的轧辊侧壁处,所述第一超声波传感器的发射位置点与所述第二超声波传感器的接收位置点距离轧辊轴线的距离相等,并且,所述发射位置点和接收位置点两点的连线与V型槽底所形成的圆在同一轧辊断面上的投影相交叉。(The invention discloses a testing device and a testing method for rapidly detecting the depth of a full circumferential crack at the bottom of a V-shaped groove of a profile steel roller, wherein the testing device comprises a ring seat body which can be positioned on a rotating shaft of the roller and can relatively rotate along the shaft, the ring seat body is provided with a first arm and a second arm, the first arm is provided with a first ultrasonic sensor for transmitting a detection signal, and the second arm is provided with a second ultrasonic sensor for receiving the detection signal transmitted by the first ultrasonic sensor; the relative positions of the first arm and the second arm are adjustable; the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor are arranged on the side wall of the roller outside the roller shoulder, the distance between the transmitting position point of the first ultrasonic sensor and the receiving position point of the second ultrasonic sensor is equal to the distance between the receiving position point of the second ultrasonic sensor and the axis of the roller, and the connecting line of the transmitting position point and the receiving position point is crossed with the projection of a circle formed by the V-shaped groove bottom on the same roller section.)

快速探测型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度的测试装置及 测试方法

技术领域

本发明涉及型钢轧辊V型轧辊质量无损探伤技术领域，具体涉及一种快速测定型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度的测试装置和测试方法。

背景技术

目前，型钢及条钢生产厂家利用异形有孔型轧辊生产棒材或小方坯时，经轧制一定量产品后，在型钢轧辊的孔型处，如V型槽底部会出现开裂情况，如果不及时处理，在生产过程中就会断裂并造成事故，观察V型辊外观、端部、裂纹及断裂后形态，其中最深的裂纹大多存在于V型槽底中心位置，且此处裂纹越深，危害越大，有些开裂处，深度可达几十毫米。由于此类轧辊自重较重，适合的方式比较局限。

而现有技术中，虽然有关钢材裂纹深度探测的技术方法较多，但对于型钢轧辊V型辊的裂纹深度探测，由于外形、尺寸及裂纹深度情况的限制，使用着色、磁法检测深度存在一定难度。目前，业内一般采用交流电位法，但是存在材质和深度数据需要校准，检测纯手工操作，每次只能测一个位置，效率很低等缺点，并且该方法受干扰因素多，可靠性也较差。

另一方面，有关表面开口裂纹的检测方法，有声表面波传播时间测量法、裂缝尖端的端部回波测量法等，这些方法大多用在平面钢材上下表面不穿透类型裂纹的开裂深度探测方面，在涉及到衍射信号探测时候，探测形式多采取一对相同参数的超声传感器裂纹两侧进行不同形式的测量。在应用在型钢轧辊V 型辊靠近V型槽底有弧度的表面时，如果采用类似方法，则需要对超声传感器接触面做出适应被测工件弧面的处理，以利于声波传入工件。而V型辊槽底裂纹深浅不定，如果采用诸如端部衍射法等通常需要固定角度斜探头入射声波的方式，则距离槽底远近不同，检测面弧度有所差异，势必给传感器制作造成麻烦。同时，上述方法在声信号微弱的情况下会导致衍射或反射信号难以辨识而不好使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种快速测定型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度的测试装置，以更方便操作人员实施的方式，在辊身端部不仅能够对型钢轧辊V型辊孔型底部开裂实施深度探测，还可以使得深度探测不再局限于在某一个位置点，能更方便地、在生产现场不需要挪动V型辊的情况下，连续完成对轧辊整个槽底一圈所有位置的开裂深度的探测，实现一次性地对型钢轧辊V型辊V形槽底周身可能存在的所有裂纹深度进行探测，找出最具危害的开裂深度位置。以彻底有效地进行轧辊能否继续正常使用的前期安全判断，并为此类轧辊的使用经验积累提供定量评价手段。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种快速探测型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度的测试装置，包括一可定位于轧辊辊转轴上并可沿该轴相对转动的环座体，所述环座体具有一第一臂和一第二臂，所述第一臂上设有用于发射探测信号的第一超声波传感器，所述第二臂上设有用于接收所述第一超声波传感器所发射探测信号的第二超声波传感器；所述第一臂和第二臂的相对位置可调；所述第一超声波传感器和第二超声波传感器设置于轧辊辊肩以外的轧辊侧壁处，所述第一超声波传感器的发射位置点与所述第二超声波传感器的接收位置点距离轧辊轴线的距离相等，并且，所述发射位置点和接收位置点两点的连线与V型槽底所形成的圆在同一轧辊断面上的投影相交叉。

作为本技术方案的进一步改进，所述发射位置点和接收位置点两点的连线与V型槽底所形成的圆在同一轧辊断面上的投影相切。

也作为本技术方案的进一步改进，所述第一超声波传感器所发射的超声波频率范围在1MHz-5MHz之间。

还作为本技术方案的改进，所述第一超声波传感器所发射的超声波为纵波或横波。

同样作为本技术方案的进一步改进，所述发射位置点距离轧辊侧壁边缘 57mm范围内。

作为该技术方案的优选实施例之一，所述第一超声波传感器所发射超声波到达V型槽底时，其设定声场宽度大于环状开裂面预估宽度。

作为该技术方案的另一优选实施例，所述环座体为一支架体，所述支架体设置有可贴合轧辊辊面滑动的滚轮；所述第一臂和第二臂为两个可相对所述支架体沿横向和竖向移动的杆体。

还作为该技术方案的另一优选实施例，所述发射位置点和接收位置点相对于所述轧辊轴线的距离可调节。该设置可以保证在辊面出现磨损后通过调整该距离来实现检测的准确度和更具有针对性。

本发明所要解决的另一技术问题在于一种上述测试装置快速探测型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度的测试方法。

为了实现上述方法，本发明包括如下步骤：

1)、依据轧辊使用及磨损情况设定和调整好所述第一超声波传感器和第二超声波传感器的位置；

2)、沿轧辊转轴转动环座体，选取不同的周向位置进行扫查。

采用上述技术方案的快速测定型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度的装置和方法，可以解决目前型钢轧辊V型辊的槽底裂纹无法高效便捷地在现场得到探测的问题。通过该方法，在辊身端部不仅能够对型钢轧辊V型辊孔型底部开裂实施深度探测，还可以使得深度探测不再局限于某一个位置点的结果，而是更方便地、在生产现场不需要挪动V型辊的情况下，连续完成对轧辊整个槽底一圈所有位置的开裂深度的探测，实现一次性地对型钢轧辊V型辊V形槽底周身可能存在的所有裂纹深度进行探测。

附图说明

图1为本发明快速测定型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度方法中的功能位置侧视图；

图2为本发明快速测定型钢轧辊V型槽底部全周向裂纹深度方法中的功能位置断面投影分布图；其中，左侧图为V1孔型侧视图，右侧图为检测区在辊断面上的投影图；

图3为本发明测试装置中机械环座及架体其中一种实施例相对于型钢轧辊其中一个方向的结构示意；

图4为图3另一个方向的结构示意；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

如图2所示，V型辊上的V型槽开裂(裂纹11)一般处于V型槽10的槽底，虽然对于V型辊来说，还有其它类型的孔型底部的裂纹，如圆形底部的裂纹，但由于圆形槽的绝对深度不大，远小于V型槽深度，所以较容易得到检测。而深度最大的V型槽由于深度大(在本实施例中，V型槽10的深度为 113mm，远大于深度分别为79mm和56mm的另外两个圆形底20和30)，这意味着按照V型辊的外形来看，如果采用超声波从较浅的圆形槽20和30的槽底发射声波入射到V型槽10槽底的开裂面上，将难以接收到反射回来的信号。并且由于辊身侧壁还存在辊肩40，对检测的实施也造成了阻碍(本实施例中，轧辊肩部留出来的侧壁边缘高度H也只有57mm)，也面临着和借助圆型孔来实施常规检测同样的困难。

在开裂初期，V型辊上的V型槽开裂大多沿着辊身垂直断面纵深方向发展，考虑到上述常规检测的困难，本技术方案通过一种快速测定型钢轧辊V 型槽底部全周向裂纹深度的方法，根据型钢轧辊V型辊工作侧一端的整体外形和尺寸情况，在探测深度时，通过在轧辊工作侧辊肩上安装周向扫查机械环座，该环座与轧辊断面圆同心，并有一对机械臂固定在环座上，该机械臂可在环座上绕轧辊以同心圆的轨迹周向旋转运动。

该对机械臂110和120的前端用来固定探测深度的超声传感器111和121，一个为用来固定发射探测信号的超声波传感器111，一个为用来固定接收探测信号的超声波传感器121，通过调节机械臂上两超声传感器111和121之间的相对位置和间距，使得该对机械臂上的超声传感器可在预先设定好的、可以执行探测开裂深度的距离和方向条件下配合工作。

图1中显示了本方法中安装在轧辊靠近V型孔型一侧辊肩40上的周向扫查机械环座100、环座上的机械臂110，和安装在机械臂上的超声传感器111 的相对位置，以及在侧壁边缘上执行深度探测的信号发射和接收点在轧辊断面上的投影位置。裂纹深度测量采用两个超声波传感器，一个用作发射，另一个用作接收，图1中圆形区域所标注的H，说明了超声波传感器探测深度的入射点和接收点所处环形区域范围内的工作位置侧视图。

通过调节机械臂上超声传感器之间的相对位置和间距，使得该对机械臂上的超声传感器可在预先设定好的、可以执行探测开裂深度的距离和方向条件下配合工作。而这种调节只有由于轧辊经过修磨、轧辊外形尺寸发生了改变后(孔型尺寸一直不变，修磨后只是轧辊直径尺寸变小)才会涉及到传感器在探测深度工作中的绝对位置的相应改变。

本实施例方法中，型钢轧辊V型槽底裂纹深度探测采用两个超声波传感器，一个用作发射传感器，发射超声波进入轧辊中、并与V型槽底的开裂断面发生作用，另一个超声波传感器用作接收传感器，接收发射传感器经开裂断面反射后的超声波信号。发射位置点和接收位置点均位于轧辊侧壁的环状边缘 (即图中检测入射点和接收点所处的辊身侧壁的环带60的位置，标号61的圆为其检测点点所处的环带内沿)，该环状边缘是除去了轧辊辊肩40安装区域后，在辊身侧壁自然留出来的、宽度为57mm的环状区域(即图中H的区域所形成的环状带)。本方法的检测发射/接收点处于该环状区域内，且在检测过程中，要求两点距离轧辊轴线的距离相同，也就是检测点和入射点位于轧辊侧壁距离边缘57mm范围内、同一个与侧面圆形同心的圆弧上。

图2中显示了安装在轧辊靠近V型孔型一侧辊肩上的周向扫查机械环座 100、环座上的机械臂110和120、安装在机械臂110和120上的超声传感器 111和121的相对位置、开裂面(裂纹11)，以及在侧壁边缘上执行深度探测的信号发射和接收点在与轧辊垂直的断面上的投影位置分布图。

从图中可以看到，由于一般V型槽底10的裂纹11一般都是环绕辊身的、沿着垂直于辊身方向向内发展的开裂，所以开裂断面在轧辊断面上投影图假设可以视为一个与辊身投影同心的圆环，该圆环(参见图中的开裂环50)在检测深度时，就是可以对入射超声波进行反射的裂纹反射面。图2中标出了用于检测深度的传感器入射点A和接收点B的位置，该两点距离轧辊轴线的距离(AO与BO)相同，在轧辊侧壁距离边缘57mm范围内、同一个与侧面圆形同心的圆弧上，并且在断面投影分布图上，两位置点的连线与裂纹反射面圆弧基本相切(因为开裂有一定深度，为了达到更好的探测效果，声束轴线需稍许靠近中心一定距离)，如图中所示，由于从侧视图分析，入射点A和接收点B 处于轧辊侧壁，而开裂断面位于与侧壁相平行的开裂断面平面内(本实施例中为相距255mm)，如果以断面圆环上的切点T为从入射点A入射到轧辊内的声束与开裂面相交的位置，那么在轧辊侧壁的接收点B则可以接收到与裂纹断面相作用后的声波信号，由于该声信号的设计宽度大于预计的开裂深度，所以开裂面积与声束作用的面积大小，就会直接影响到声信号的强弱，而在入射声场分布稳定的情况下，该面积大小则只受到裂纹深度的影响。

当型钢轧辊V型槽底位置T处的深度得到探测后，旋转固定在环座100 上的两个机械臂110和120(两个机械臂之间的相对位置不变)，即为旋转固定在该对机械臂上的一对深度探测超声传感器111和121，即可实现连续不断的对轧辊V型槽底所有位置点进行开裂深度探测。

在本技术方案中，采用的超声波频率范围在1MHz-5MHz之间，与V型槽底环状开裂断面发生作用的声波，可以采用纵波和横波，设计超声传感器到达 V型槽底时候的声场宽度大于实际环状开裂面的宽度。

如图3和图4所示，为该测试装置的一种实现形式，架体200通多多个脚轮210可以实现相对于轧辊70的同心转动，在轧辊侧壁71处，沿周向，在辊肩外侧设置的两个机械臂220和230上分别设置相应的一组超声传感器用于发射和接收相关信号。保持机械臂220和230与架体200的联动，通过调整机械臂220和230之间的距离，实现两传感器发射点和接收点距离轧辊轴心距离相等的要求。进一步，按照前面的思路来实现裂纹深度的检测和测试任务。

本技术方案中所述方法涉及到探测位置点能够实现旋转连续探测，并且随着轧辊被磨削后辊身直径减小，两个探测传感器只需平行地、相对位置不变地向辊身中心适当调节即可实现对不同磨削深度的裂纹深度探测。而“超声波连续变角入射法测定V型辊裂纹深度”，则是采用探测衍射信号的方法来确定裂纹端部位置，进而确定裂纹深度的。

该方法适合在现场原地进行裂纹深度的探测，其中V型槽位于辊身靠近驱动一侧的位置处。