无损检测技术对冷轧厂的影响范文

《四川冶金杂志》2015年第一期

1轧机测厚仪工作原理、设备组成、日常维护（以RM214测厚仪为例）

RM214测厚仪适用于测量材料为碳钢，测量带钢厚度0．20mm～3．0mm，精度为＋0．1％，测量带钢宽度1200mm，带钢速度1200m／s，空气气隙300mm，入出口深度1000mm。

1.1RM214测厚仪系统的设备组成（1）C型框架。包括下列主要组件：①水平检测室，包括校定盒MG－GAZINE。②射源室，直流100kV的X射线源及射源闸门驱动机构。③标准板。④马达控制箱及C型框架在线／离线的电动驱动机构。（驱动方式是直流电机的链条驱动）⑤C型框架的行走轨道及电气连接盒。⑥射源温度检测、水流量检测、行程等检测装置。（2）微机控制系统。包括下列主要组件：①X射线源控制器和驱动控制。②系统的输入、输出接口。③ACE能量自动校正功能。④硬盘驱动。⑤合金补偿。⑥TCP／IP通讯板（与轧机其他控制柜间的通讯）。⑦双通道隔离模拟输出。⑧带彩显的操作终端。⑨密封的数码盘。⑩12″的操作显示器。（3）主控制柜MEC。包括下列主要组件：①DI／O1数字接口通道，控制C型框架A。②DI／O2数字接口通道，控制C型框架B。③测厚仪操作面板。④DI／O3数字通道（用户接口单元）。⑤射线驱动板（XRD）。⑥电源板。⑦AI／O1模拟输入输出板。⑧MEC计算机系统。（4）连接箱。用于主控制柜与C型框架间的电气连接。（5）连接箱电源单元。

1.2RM214测厚仪的测量工作原理简介RM214测厚仪测量的基本原理依赖于被测物体的物理属性。因为它对射线的吸收和反射与被测物的自然属性以及被测物的厚度有一定的比例关系。对射源的选择和使用方法（射源的透射和散射）依赖于被测物的自然属性和使用要求。射线的传送方式是选择在被测物的两个对立面上，射源（直流X射线发生器）与检测器分别放在被测物（带钢）的上下两面。随着被测物的厚度增加，射源线会因为被测物的吸收增加，透过被测物的射源余量减少，检测器吸收的射源量减少，检测到的射源量将被转换为电信号，再送往微信息处理器处理，最终将处理的数据传送到指定的设备中，参与具体的控制及显示。RM214测厚仪所使用的微型计算机是一台采用新的80486微处理器系统，即使在苛刻的环境中也能够稳定的工作。在C型框架的下层头部区域安装有一个直流X射线发生器，在C型框架的上层头部区域安装有一个X射线检测器，当控制射源闸门打开后，X射线发生器所产生的射线最终进入检测器。X射线发生器所产生的射源量与检测器所接收的射源量满足以下公式。任何物体放在射源与检测器之间，射线强度就会按上述公式进行衰减，衰减的比例取决于被测物的单位面积（厚度）。被测物的厚度增加，射线衰减增强，检测器接收到的离子流强度减弱。上述公式为精确测量被测物的实际厚度提供了理论依据。被接收到的离子流在检测器中相应的转换为0—10V的直流电压信号，该信号送往主控制柜中，经过换算，得到被测物的实际厚度值。该值依靠TCP／IP通讯协议及MEC单元中的DI／O3接口，与轧机其他相应的PLC进行数据的传输、交换，从而参与轧机自动厚度控制（AGC），确保轧机四机架出口带钢厚度偏差满足预定的要求。

1.3RM214测厚仪的日常维护（1）测厚仪的射源部分。射线采用的X射线，长时间受其辐射将对人体造成损伤。在靠近测厚仪时，应确保安全开关在锁定位置，且应在X射线驱动板（XRO）上将BEAMON关闭后方可进入测厚仪的辐射区域。必要时，应该使用辐射仪对测厚仪周围进行辐射量的测定（每小时放射量小于0．25mrem为安全距离）。（2）测厚仪预防性维护。完成空标定及电源周期性检查。为了保持测厚仪的测量精度，轧机应在每次改变钢种、规格时，对测厚仪进行一次离线空标定。空标定前应确认气穴中没有杂物并清洁窗口。（3）周检。ACEPROCESS自动能量校准过程控制，是该系统的控制核心。RM214测厚仪高频电压提供了三个电压等级：K0－32kV；K1－60kV；K2－90kV，三级电压分别对应不同的测量范围。测厚仪在工作一段时间后，射源将有所衰减，能量自动校正过程控制功能能够自动提高电压等级以增强射线强度，确保测量精度。因此每周应对ACEPROCESS进行标定，完成最终电压并观察、记录0、1、2三级标定情况，发现有异常应即时处理。（4）月检。每月要对测厚仪系统的电源、电气连接、C型框架走行机构、射源冷却系统、安全连锁等进行一次全面的检查。（5）半年检。每6个月，应对测厚仪进行一次全部样品的标定，记录样品标定数据，并与样品原始数据进行比较，以确认测厚仪的精度是否满足要求。（6）定期检查C型框架及密封装置，定期对测厚仪进行标定及样品标定，定期对射源窗口及检测器窗口进行清洁检查。

1.4影响测厚仪测量精度的几个因素（1）轧线的距离对厚度精度的影响，带钢越靠近检测器，则带钢吸收量越大，带钢检测值就偏厚。相反，越靠近射源，吸收量就小，检测到的带钢厚度就偏薄。（2）气穴的温度同样也会影响带钢厚度值。当温度上升，则射线速度越大，带钢的吸收量就减小，测出带钢厚度偏薄。（3）带钢的温度。（4）带钢的质量成分不同，其吸收的射线量也不同，都会引起厚度检则精度的变化。（5）1＃机架前后测厚仪的乳化液空气吹扫装置必须投入，以防止升降速时乳化液的雾气堆积，造成测厚偏差。

2轧机板型仪工作原理、设备组成、日常维护

2.1板型仪（stressmeter）全名冷轧板板型平直度测量系统，其硬件可分成以下几部分。（1）板型测量辊部分①测量辊结构：板型测量辊设计成实心钢芯，其直径为313mm，辊长1196mm，测量沿轴向分为23个测量段，即沿带钢宽度方向分为23个测量区，每段宽52mm，所以测量段数及测量辊长可根据带钢最宽尺寸增减。其每个测量段内装有四只磁弹性传感器，传感器位于测量辊钢柱芯轴间槽里，这些槽相互错位90°，为了维护传感器，钢芯外面采用热装方法套上钢环。钢环质硬耐磨，也具有足够弹性以传送带钢所施加的径向作用力。为了实现各测量段各自测量，各环的间隙为0．01mm，环厚10mm。板型辊传动侧装有一个脉冲发生器，用于测量板型辊的速度，板型辊的传动控制单元用ABB全数字直流系统TYRAKMIDIⅡ，通过脉冲发生器的反馈，测量辊的转速调节到与四架出口带钢速度同步。板型辊具有一定的强度，其工作时间可超过十年。②传感器部分：传感器可比作一只变压器，其铁芯由铁磁性材料组成。在铁磁体内有一对互为垂直且以轴为对称的绕组，在一对角线的两个孔内绕一组线圈，称为一次绕组（初级绕组）；在与其垂直的另一对角线的两个孔中绕第二组线圈，称为二次线圈（次级绕组），利用铁磁体的压磁效应，可将作用在铁磁体上的机械力转变成为电信号输出。在传感器不受外力时，在一、二次线圈中不存在磁力，故二次线圈中不产生感应电动势。当传感器受外加径向力的作用，由于铁磁材料的磁效应，沿作用力方向的磁导率降低，使磁通量ф产生变化。当外加径向力越大，则ф就越大，在二次线圈中感应出的电动势E越大，力与感应电动势之间为线性关系。所有一次线圈串连连接，二次线圈以四只传感器为一组，传感器成反向连接，以便减小温度变化和离心力对输出信号的影响。③滑环单元部分：滑环单元位于测量辊操作侧，其作用是向传感器传送次线圈励磁电流，传送各检测段检测到的测量信号。滑环单元由许多银环组成，信号通过与银环相接触的电刷传递。滑环单元装有脉冲发生器，其作用是可以直接读取其旋转位置与速度。（2）控制计算机（3）VDV视频显示装置（4）操作键盘（5）维护用的跟踪球（6）记录仪和硬拷贝（7）过程控制信号接口

2.2板型仪工作原理钢板在轧制中不可避免使带钢具有一定的浪形。由于钢板在横向上延伸较小，因此，带钢相邻的纵向区域带钢的延伸量就不可能完全相等，其相邻区域之间不能自由移动，因而，带钢内部就会形成残留应力。轧制中，带钢张力足以使带钢板形呈平直状态，而一旦张力消失，或处于自然状态，则带钢就会出现“边浪”、“中浪”、“肋浪”等表面板型缺陷。通过测量带钢宽度之间应力分布就可以知道带钢间延伸率差，来评价带钢板形平直度。测量辊装在四机架及卷取机之间，当带钢建张时就在板形辊径向产生一个力，这个力对应于带钢横向压延，在板形辊长度区间分布，基于带钢应力值可计算出各个不同测量段相对于平均应力值的偏差，该偏差值以工程单位N／mm2表示。该应力偏差值用于计算机调节4架弯辊力和乳化液来消除带钢平直度误差。在控制中，我们需要板型控制的目标曲线，这是为了满足用户不同板型的要求。实测应力分布减去目标曲线的差值就是板型偏差，板型偏差用于板型控制，根据板型偏差来改变4架正负弯辊力和乳化液冷却喷淋量，使实测板形趋近于目标曲线。攀钢HC轧机一至四机架具有倾斜及中间辊串辊功能，一至三机架具有工作辊正弯辊功能，四机架具有工作辊正、负弯辊功能，板型仪只修正四架的弯辊及倾斜量，中间辊串辊在轧制前即完成，该部分的重点主要在提高系统响应速度上，经测试后，弯辊及倾斜量的修正效果较为理想，对典型的带钢横断面不对称及楔形板形有较强的修正能力。其次，就是冷却功能，冷却系统用来消除弯辊和倾斜功能不能解决的残余板形偏差，主要为高次复合浪和不规则浪，而在实际生产中，很少出现典型的带钢横断面不对称或斜楔形状的板形，表现出来的板形偏差大部分由冷却系统来修正。板形辊为多段接触辊式，安装于第四机架辊与卷取机之间。当带钢在测量辊经过时，测量辊内部的传感器便向信号处理装置传递信息，同时信号处理装置接收控制主机柜输入的数据参数，比如，带钢的厚度、宽度、速度、张力等。经处理后再将结果传送至控制柜，发出指令，控制4架弯辊系统，倾斜和冷却喷射系统，从而实现板形的矫正与控制。

2.3冷轧厂板形仪控制系统存在的问题及改进方法板形仪闭环控制回路投运后，时有发生实测板形与实际板形不一致的情况，实测板形良好，但轧机操作方及后继工序反映有浪形，板形并不理想，这主要是因为带钢横向压延理论不完善造成。尽管机械执行器将带钢应力分布调节趋于目标曲线，但带钢在辊缝中横向流动并不均匀，这时只要失张时，潜在不良板形就显现出来，板形仪要求的温度条件与工艺要求有冲突。工艺要求：乳化液温度45℃，轧后带钢温度80℃－90℃，四架工作辊温度为60℃－70℃；而板形仪要求：四架工作辊至少高出乳化液温度15℃，理想情况是工作辊温度比乳化液温度高30℃，这时工作辊形随乳化液喷淋量调节变化较显著，但这些工艺要求，在某些方面又无法达到，须进一步解决这方面的问题。另外，联机改造后，我们重新对带钢与辊子包角进行了重新调整，对弯辊、倾斜控制参数也进行优化调整，对冷却系统控制响应ID调节器进行了调整，以提高响应速度，使输出板形偏差量在最短时间内消除，达到预设目标曲线板形一致。这次调试后，操作方反映较好，但冷却系统分段冷却、基本冷却须进一步改进，喷嘴有些都已损坏，须及时更换，以达到最佳控制效果。

3DMC锌层测厚仪系统工作原理、设备组成、日常维护

镀锌机组是一条连续生产的机组，带钢的涂层均匀度必须严格加以控制，既不能过厚也不能过薄，操作人员为了将气刀与带钢的距离、角度、气刀喷咀的风压调整好，就需要通过观察带钢涂层的厚度来进行，锌层测厚仪就起到测量带钢锌层厚度的作用。镀锌机组使用的锌层测厚仪系统是由美国DMC公司提供的。锌层测厚仪测量架安装在镀锌机组高跨33米平台上，2＃冷却段的后面；主控制柜安装在中央操作室；现场监视器安装在锌锅旁；供电部分安装在电气室内。锌层测厚仪对带钢表面进行连续测量得到带钢锌层的平均厚度。

3.1MC锌层测厚仪系统组成（如图1）系统供电电源来自负荷中心，为220VAC、55A，此电源经过线性调节器变压、稳压和分流后通过配电箱输出给各个设备。其中220VAC、6．5A供给主控制柜空调，115VAC、6A供给主控制柜，115VAC、5A供给现场操作控制箱，115VAC、1．5A供给现场监视器。主控制柜内有各种CPU板、I／O接口板、信号控制处理板、模块用于程序运行、数据运算、信号输入输出等，柜内安有显示器显示测量画面、系统设置画面、带钢批号数据画面、气刀闭环控制画面等。键盘用于参数输入，软驱、硬盘用于程序的启动和保存，六个液晶显示模块显示带钢上、下面锌层重量、总重量、测量头状态和机组速度。主控制柜还与线上PLC、气刀控制柜进行数据通讯。现场监视器显示带钢上、下面锌层重量、锌层总重量，操作人员可以通过观看监视器，在现场对气刀就地操作盘进行操作，控制锌层重量的均匀度。33米平台上的O型测量架安有上、下两个测量头用于对带钢上、下面的扫描测量，测量头由一台90VDC伺服电机（带编码器）、控制板、伺服放大器、25∶1的减速器和传输皮带、滑轨组成的传动系统进行驱动。

3.2系统工作原理测量头内的1居里Am241射源发出的γ射线穿透锌层照射到钢板上后，会刺激产生荧光，荧光从钢板上折回并再次通过锌层，由于锌层吸收了一部分辐射能，所以折回的射线强度会减弱，同时射线在锌层表面也会反射一部分辐射能，两种辐射能强度与锌层厚度关系图如图2所示。其中，γ为射线强度，T为锌层厚度，IA为射线在锌层表面上反射回的辐射能，IB为射线在钢板上折回的辐射能。图中可见，锌层越厚，IA越强，IB越弱。在上、下测量头内各有一个电离室，电离室内充满了惰性气体氩气，接有500V的直流高压电源。反射回的射线使电离室内的惰性气体发生电离，产生电离电流I，I的大小与反射回的射线强弱成指数关系。I再由现场控制箱中的前置放大器放大，经过模拟回路检测并转换为低阻抗的直流电压，该电压送到主控制柜内经过A／D转换为数字信号，CPU将此信号在程序中运算转变为与锌层重量成比率的数值，通过数字方式显示出来。

3.3系统的几种主要工作方式（1）待机方式。此方式将测量头射源光闸关闭，测量头离开带钢上方退回到等待位置，这个位置是由一个限位开关检测到，主控制柜的液晶显示块上显示STANDBY。（2）连续扫描方式。在此方式中，测量头离开待机位置运行到带钢的上方，沿带钢的宽度方向按照线上PLC输入的带钢宽度范围来回扫描测量。在上测量头安有前、后两个边缘检测器，它们是用来检测带钢两侧边缘的，如果带钢跑偏，测量头就以边缘检测器检测到的带钢边缘为扫描边限。另外，在焊缝到达时，测量头会暂时离开带钢，等待下一卷带钢的宽度值输入后再投入测量，以避免出现误差。（3）定位测量方式。此方式是由操作人员将预先设置好的测量头扫描位置输入到系统中，测量头运行到该位置后则固定不动，一直测量此位置的带钢锌层厚度，该方式目前未使用。（4）样品测量方式。这种工作方式是为了检测锌层测厚仪的测量准确度而使用的，测量头移动到样品托架的标准镀锌板位置上进行测量，确定测量值与标准值的偏差，液晶块显示SAMPLE。（5）标准化方式。锌层测厚仪系统死机或测量值有偏差时，就需要此方式。测量头会先移动到样品托架的纯锌板上方，测量得出9V～9．5V的电压值；然后又移到纯铁板上方，测量得出0～0．2V的电压值。如果测量值不在上述的电压范围内，说明标准化值有漂移误差，通过调节前置放大板中的相应的补偿电位计使上、下测量头的电压值满足标准范围。在以上的五种工作方式中，上、下测量头必须保持同步，否则测量结果将会出错。在O型测量架的前后边缘各安有一个极限开关，防止测量头误动作撞到边框上，损伤测量头。

3.4DMC锌层测厚仪系统日常维护（1）锌层测厚仪的测量头连续运行在带钢的表面，虽然带钢已经在冷却段进行了冷却，但仍有一定的温度，加上测量头自身的工作温度，所以使用了专门的冷却水回路对测量头进行冷却，测量头的温度要控制在45℃以下，超过此温度测量头将停止测量工作。（2）测量头的射源光闸打开依靠经过滤的压缩空气，如果空气压力不够，测量头将关闭光闸退出工作。压缩空气另一路还用于对测量头的测量窗口表面进行吹扫，防止灰尘杂质落在窗口上影响测量的准确度。（3）主控制柜内的各种板、模块和硬盘都需要一个恒定的温度，该温度控制在35℃以下，超过此温度极可能造成系统死机，因此必须保证控制柜空调运行良好和操作室内环境温度的恒定。（4）测量头的运行滑轨要保持润滑，传动皮带的松紧度要调节好，避免因机械卡阻造成电机烧坏。

4其它几种测厚仪简介

在镀锌入口装有一台美国DMC公司的450TAC型测厚仪，在1＃横切机组、纵切机组各装有一台清华大学所生产的QNT－4型直读式同位素测厚仪。在2＃横切机组、重卷机组各安装一台美国DMC公司的450TAC型测厚仪，这5台测厚仪都用于钢板厚度测量和厚度显示，其设备组成、工作原理、日常维护相差不大，现以清华大学的QNT－4型直读式同位素测厚仪为例进行阐述。

4.1QNT－4型直读式同位素测厚仪设备组成（1）放射源部分（2）C形架底座（3）射源盒（4）241AM源：低能γ射线源，光子能量为59．5KEV，伴衰期为433年。（5）源盒底座：钢制准直屏蔽盒，保证射线只照射电力室，而其他方向的射线被吸收（6）填料：惰性气体氩气（7）探头部分：①DHD－6型高压薄窗电离室，灵敏度为7．2＊10－8A／R／H。②静电计：超低输入电流运算放大器（8）主控制柜（9）现场显示器.

4.2QNT－4型直读式同位素测厚仪工作原理（如图3）由放射源放射出的γ射线进入电离室，其中一部分和电离室壁以及电离室内所充的氩气发生光电效应和散射，其次级电子使电离室内的气体产生正负离子，在电离室电机电压的作用下分别流向正负极。正负极收集到的电流为10－9A量级通过静电即转变为电压信号，工作时由于钢板吸收掉一部分γ射线，使电离室的电离电流减少，静电计的输出电压也随之变化。钢板越厚，电离电流就越小，钢板的半减弱层为0．8mm，也就是钢板厚度每增加0．8mm电离电流就减少一半，即静电计的输出电压V和钢板厚度D存在确定的关系。由静电计输出的电压信号V通过电压／厚度转换器和A／D（模拟量／数字量）转换器得到厚度数字值（精度为0．001mm），通过总线输入8031单片机。单片机计算出厚度绝对值（即实际厚度）和与设定厚度的偏差值锁存于4511，驱动仪表和现场显示器显示厚度和偏差值，偏差值通过D／A转换器（数字量／模拟量）用于自动记录和模拟控制。

4.3QNT－4型直读式同位素测厚仪日常维护（1）电网波动须小于±15％，否则可能出现误码或误调。（2）探测器要求清洁干燥，定期检查碳头内是否潮湿，如果发现碳头圆筒下的铝板或橡胶板破损要及时更换，否则碳头会出现不稳定。（3）每天使用前用标准钢板检查仪器精度，如有变化，调校电位计到应有的厚度值。（4）失效元件更换时要使用内热式20W－25W电烙铁，否则AD515输入电阻很大会引起损害。

5结束语

攀钢冷轧厂所使用的板型测量、厚度测量、涂层测量等无损检测技术只是无损检测技术在工厂应用的一个方面。无损检测技术可用于板材生产厂的工艺控制、产品厚度检测、板型控制等。无损检测技术既可用于钢板、有色金属板材的测量和控制，也可用于非金属板材，如玻璃、橡胶、石膏等的测量和控制。随着我国社会生产经济的发展，无损检测技术必将广泛的应用在各个领域。

作者：罗长军单位：攀枝花钢钒有限公司冷轧厂