серия «север - Нординкрафт

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ
ЛИСТОВОГО ПРОКАТА
СЕРИЯ «СЕВЕР»
Современные требования к средствам ультразвукового контроля листового проката
Листовой прокат является наиболее распространенным, массовым видом металлургической продукции. Повсеместное
и безальтернативное использование стальных листов для производства труб большого диаметра, в объектах атомной
промышленности и котлонадзора, в судостроении является главным фактором, стимулирующим развитие мировой
металлургии. Ежегодное повышение потребностей в высококачественном листовом прокате выдвигает естественные
требования к интенсификации производства, поиску и быстрому внедрению новых металлургических технологий.
«Весь объем листового проката ответственного назначения должен быть подвергнут сплошному ультразвуковому
контролю» – актуальный тезис, отражающий веление времени, состояние современной цивилизации. Предотвращение
техногенных катастроф, естественное желание людей жить в гармонии с окружающей их природой – таковы основные
предпосылки бурного, опережающего развития науки и техники в области физических методов контроля качества.
Рост темпов производства листового проката ответственного назначения, ужесточающиеся требования к его качеству
предполагают разработку адекватного комплекса современных методов и средств надежного и высокопроизводительного ультразвукового контроля.
Новая генерация стандартов, норм, специфических требований потребителей листового проката, стремительное развитие науки и техники делают уже неприемлемыми характеристики оборудования ультразвукового контроля, которые еще
несколько лет назад считались вполне достаточными.
В таблице приводятся данные, характеризующие современные тенденции и требования к системам ультразвукового
контроля. Под системами понимается совокупность методов и средств (оборудования) УЗК листового проката.
Характеристики систем УЗК, прием- Современные требования к техноло- Комментарии
лемые до недавнего времени (при- гии и оборудованию УЗК листового
мерно до 2003 года)
проката
2
1. Выборочный контроль – контролю
подвергается лишь часть листов из
партии.
Контролю должны подвергаться все
без исключения листы, отгружаемые
потребителю.
Требование стало обязательным после появления и широкого развития
средств автоматизированного УЗК,
обеспечивших техническую возможность проведения контроля в индустриальных масштабах.
2. Полосовой, статистический контроль основного металла, когда сканирование осуществляется только по
части площади листового материала.
Сплошной ультразвуковой контроль
проката по всей его площади.
В будущем, вероятно, станет актуальным требование к частичному «перекрытию» линий сканирования.
3. Контроль только продольных кромок листов.
Контроль как продольных, так и поперечных кромок.
См. примечание к п.1.
4. Контроль на завершающих стадиях производства листового проката.
Прокат имеет температуру не выше
+100 оС.
Качество уже сформировано, активное управление технологическими
параметрами не представляется возможным.
Контроль на возможно более ранних
стадиях производства проката, когда
еще возможна эффективная коррекция технологических параметров.
Температура листов – до +650 оС.
Появление технической возможности
осуществлять УЗК проката в «горячем» состоянии позволяет не только
упростить технологию прокатного
производства, но и удешевить контроль, повысить экономические показатели предприятия в целом.
5. Обнаружению подлежали только
«внутренние» несплошности.
Осуществление контроля не только на
предмет выявления «внутренних», но
и «поверхностных» и «подповерхностных» дефектов.
Это требование усложняет методологию УЗК и конфигурацию дефектоскопического оборудования, однако
существенно повышает надежность
контроля.
6. Диапазон температуры поверхности
проката: от +1 до +99 0С.
Расширенный диапазон температур
проката: от - 30 до +650 оС.
Необходимость диктуется требованиями повышения устойчивости и интенсификации металлургического и
трубного производств в условиях континентального климата.
7. Допустимость «ручного» или механизированного контроля. Допустимость участия оператора в основных
процессах УЗК: сканировании, составлении и анализе дефектограмм, принятии решения о качестве металла.
Полная автоматизация всех процессов УЗК. Резкое снижение или даже
исключение участия оператора в осуществлении процесса сканирования,
сбора и интерпретации данных УЗК.
Минимизация «человеческого фактора» при контроле проката.
Тенденция основана на современном
тезисе о необходимости исключения так называемого «человеческого
фактора». Физиологический предел
возможностей человека существенно
ограничивает производительность и
качество ультразвукового контроля.
8. Фиксации подлежали несплошности, с эквивалентным диаметром более
5 мм.
Должны выявляться несплошности, с
эквивалентным диаметром от 3 мм. В
качестве измеряемых характеристик
несплошностей все чаще используется не эквивалентный диаметр, а коэффициент отражения.
В соответствии с современными представлениями о промышленной безопасности резко повысились требования к исходному качеству проката.
Коэффициент отражения более точно характеризует степень опасности
плоскостных дефектов, наиболее типичных для листового проката.
9. Дублирующий контроль не требовался ни в условиях производителя,
ни у потребителя. Считалось достаточным осуществление УЗК у производителя проката.
Повторный или дублирующий контроль, осуществляемый производителем и (или) потребителем становится
обязательным. Осуществление повторного контроля должно также проводиться с помощью автоматических
устройств, в которых участие человека
сведено к минимуму или полностью
исключено.
Дублирующий контроль позволяет исключить риск пропуска сравнительно
редких, но неприятных «развивающихся» несплошностей, которые могли и не существовать на момент проведения основного контроля.
10. Данные УЗК редко использовались
в системе оперативного управления
качеством. Стандарты предприятий не
выдвигали особых требований к форме и формату данных УЗК.
Стандартизованные данные УЗК должны в режиме реального времени поступать в заводскую систему управления качеством и технологическими
процессами для принятия оперативных решений.
Изготовители конечной продукции все
чаще выдвигают требование обеспечить им доступ к оперативным данным
системы управления качеством предприятий поставщиков материалов и
комплектующих. Эта тенденция будет
только усиливаться.
3
УСТАНОВКИ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО И АВТОМАТИЧЕСКОГО
УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ СЕРИИ «СЕВЕР». КЛАССИФИКАЦИЯ
«Север» – общее название оборудования для автоматизированного и автоматического УЗК листового или рулонного проката, производимое Компанией «Нординкрафт».
По типу применяемых ультразвуковых преобразователей установки можно
разделить на:
классические, базирующиеся на использовании пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) с обязательным применением воды в качестве контактной среды;
бесконтактные, оснащенные электромагнитно-акустическими преобразователями (ЭМАП), для которых жидкая контактная среда не нужна.
Фиг. 1. Четырехканальный блок ЭМАП.
Практически все «мокрые» установки Компании «Нординкрафт» могут выпускаться и в «бесконтактном» варианте.
Установки с пьезоэлектрическими преобразователями конструктивно проще и
обычно на 10 – 20 % дешевле аналогичного бесконтактного оборудования.
На фотографиях Фиг. 1 и 2 приведен внешний вид блоков ЭМАП, применяемых
нами для контроля листового проката.
По виду исполнения установки делятся на:
встраиваемые в основной технологический рольганг;
отдельно стоящие, располагаемые вне технологического рольганга.
В первом случае прокат движется относительно неподвижного измерительного
модуля. Во втором случае листы выгружаются на специальную площадку, где подвижный измерительный модуль осуществляет их поиск и автоматический контроль. В обоих случаях процесс ультразвукового контроля осуществляется без
участия человека.
По завершении процесса контроля печатается протокол, в котором содержится
дефектограмма проконтролированного листа или рулона и решение о соответствии металла заданным требованиям.
По температурным условиям установки можно условно разделить на:
обычные (от +1о до +99 оС);
с расширенным диапазоном температуры объекта контроля (примерно от
– 15о до +250 оС);
высокотемпературные (до + 650 оС).
Второй и третий варианты достижимы только при использовании ЭМАП.
По типу применяемых ЭМАП установки бесконтактного УЗК можно разделить на:
установки с общей подмагничивающей системой;
установки с системой индивидуального подмагничивания.
Фиг. 2. Двухканальный блок ЭМАП.
Электромагнит
Магнитопровод ЭМАП
Активный элемент ЭМАП
Фиг. 3. Принцип построения общей подмагничивающей системы.
Магнитопровод ЭМАП
Электромагнит
Объект
контроля
Силовые линии
магнитного
поля
Принцип использования общей подмагничивающей системы приведен на Фиг. 3
и Фиг. 4. В данном варианте общее для всех ЭМАП магнитное поле создается с
помощью специального электромагнита. При такой конструкции линейка ЭМАП с
магнитопроводами является частью общей магнитной системы.
Фиг. 4. Конфигурация магнитного поля в
рабочей зоне.
Особенностью системы индивидуального подмагничивания (см. Фиг. 5) является
применение мощных постоянных магнитов, обеспечивающих высокие технические и эксплуатационные характеристики устройства. Специальная конструкция
обеспечивает механическое отключение магнитного поля после завершения рабочего цикла. Каждый блок ЭМАП с системой индивидуального подмагничивания
осуществляет контроль полосы листового проката шириной 68 мм. Неравномерность чувствительности в указанной полосе не превышает ±1,5 дБ. В центральной
зоне листа толщиной 100 мм выявляются дефекты, эквивалентный диаметр которых превышает 1,2 мм. Великолепные характеристики.
Магнитная
система в рабочем
положении
Магнитная
система в
положении
отключенного
магнитного поля
Магнитопровод ЭМАП
Корпус магнитной системы
Подложка
Силовые линии
магнитного поля
Объект контроля
Установки УЗК серии «Север» сертифицированы Госстандартом Российской Федерации и Госстандартом Украины и введены в соответствующие государственные
реестры средств измерений.
4
Фиг. 5. Конструкция ЭМАП с системой индивидуального подмагничивания.
«СЕВЕР-6-08-V» – ОБОРУДОВАНИЕ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ
Установки «Север-6-08-V» пятого поколения обладают, повидимому, наилучшими на сегодняшний день техническими
и эксплуатационными характеристиками. Оборудование не
только полностью удовлетворяет требованиям самых современных норм и стандартов, но и на долгие годы учитывает тенденции развития этих требований.
Обычный
дефектоскоп
Контактная
жидкость
Оборудование базируется на применении ЭМАП с системой
индивидуального подмагничивания. Применение этой системы позволило существенно облегчить массу измерительного модуля, снизить инерционность системы слежения за
траекторией сканирования, повысить уровень автоматизации процесса до значения «Полностью автоматический».
Использование новых преобразователей позволило в несколько раз повысить чувствительность дефектоскопической аппаратуры.
Ультразвуковые
волны
Высочайшая помехозащищенность новой аппаратуры может быть проиллюстрирована на следующем примере.
ЭМАП
Пьезоэлектрический (или электромагнитно-акустический
преобразователь), подключенный к стороннему импульсному дефектоскопу (назовем его «обычный дефектоскоп»),
располагается на фрагменте листа прямо напротив преобразователя «Север-6-08-V» (см. Фиг. 6). Акустические оси
преобразователей совпадают, поэтому при включении обоих устройств можно ожидать проявления мощной взаимной
помехи.
И действительно, на экране обычного дефектоскопа эта
помеха наблюдается в виде паразитных, огромных по амплитуде импульсов, заставляющих непрерывно срабатывать
систему автоматической сигнализации дефектов (АСД)
обычного дефектоскопа, о чем свидетельствует горящая
красная лампочка.
Невероятно, но присутствие постороннего излучателя абсолютно никак не проявляется на работе системы «Север6-08-V». Ее АСД даже «не замечает помеху»!
Новое поколение ЭМАП демонстрирует высочайшую механическую прочность. Как и в других установках для контроля
листового проката, защиту преобразователей от истирания
обеспечивает воздушная подушка. Впервые примененный
для указанных целей сжатый воздух (патенты № 2258218,
№ 2247978 и № 2247979) великолепно защищает преобразователи и от действия высокой температуры.
Эффективность воздушной подушки можно продемонстрировать на следующем примере. При отключенном воздухе
ЭМАП так плотно прижимается к поверхности листа, что
сдвиг его можно осуществить только силой более 500 Н.
Включение воздуха с давлением 4 Атм. на входе в питающий коллектор приводит к свободному скольжению ЭМАП
над поверхностью листа. Если бы прокат имел идеально
плоскую форму, протектор преобразователя можно было
бы считать «вечным».
Компания «Нординкрафт» изготовила и продала три установки «Север-6-08-V». Одна из них изготовлена на экспорт,
другие для ОАО «Уральская сталь» и ОАО «Амурметалл».
Объект контроля
Дефектоскопическое оборудование
«Север-608-V»
Фиг. 6. Схема эксперимента.
Фиг. 7. Регистрация помехи
обычным дефектоскопом.
Контроль в таких условиях
невозможен.
Донный сигнал
Второй
донный сигнал
Импульсы помехи
в стробе ожидания
дефекта
Донный сигнал
Второй
донный сигнал
Фиг. 8. Экран установки «Север-6-08-V» при
перекрестном влиянии
«обычного дефектоскопа». Система подавления помех включена.
Импульсная
помеха
полностью отсутствует!
Строб ожидания Строб ожидания
дефекта
дефекта
5
СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК СЕРИИ «СЕВЕР»
В типовой состав оборудования установок ультразвукового контроля серии «Север» входят:
многоканальный измерительный модуль с комплектом блоков ЭМАП (ПЭП), установленный на выдвижной или сканирующей платформе;
оборудование дефектоскопической электроники;
оборудование управляющего вычислительного комплекса, размещаемое в помещении поста управления;
оборудование автоматики и электропитания;
вспомогательное оборудование (устройства позиционирования листа на рольганге, устройства измерения геометрии
и температуры листов, система телевизионного наблюдения, дефектоотметчики и т.д.).
В каждом конкретном случае определяется и согласовывается с заказчиком оптимальная конфигурация оборудования,
тип и количество ультразвуковых преобразователей.
ДЕЙСТВУЮЩИЕ УСТАНОВКИ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ЛИСТОВОГО И ПОЛОСОВОГО ПРОКАТА СЕРИИ «СЕВЕР»
Ни одна фирма мира не обладает таким богатым и успешным опытом разработки, производства, внедрения и сервиса установок автоматического контроля листового проката, как Компания «Нординкрафт».
В период с 1997 по 2007 год коллектив Компании разработал, изготовил и внедрил в промышленную эксплуатацию пятнадцать установок автоматического УЗК листового проката.
Эти установки успешно эксплуатируются в листопрокатных цехах металлургических предприятий ОАО «Северсталь», ОАО
«Волжский трубный завод», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ОАО «Уральская сталь», ОАО «Амурметалл»,
ОАО «Алчевский металлургический комбинат».
Еще одна установка последнего поколения «Север-6-08-V», изготовлена для одного из металлургических предприятий Японии.
6
Фиг. 9. Установка УЗК листового проката «Север-6-08-2800» –
«Магнитогорский металлургический комбинат», г. Магнитогорск
(Россия).
Фиг. 10. Установка УЗК «Север 6-08-5000-ВТ» – ЛПЦ-3, ОАО «Северсталь», г. Колпино (Россия).
Фиг. 11. Установка УЗК «Север-10-3000» – ЛПЦ-1, ОАО «Северсталь», г. Череповец (Россия).
Фиг. 12. Установка УЗК «Север-6-08-V». Контрольная сборка в цехе
Компании «Нординкрафт» перед отгрузкой на экспорт.
Фиг. 13. Измерительный модуль установки «Север-6-08». Линейка
блоков ЭМАП с индивидуальной системой подмагничивания ОАО «Уральская сталь», г. Новотроицк (Россия).
Фиг. 14. Измерительный модуль установки «Север-6-08». Линейки
блоков ЭМАП с групповой системой подмагничивания - ОАО «Алчевский металлургический комбинат», г. Алчевск (Украина).
Фиг. 15. Дефектограмма листа и запись амплитуд сигналов в
выбранном канале.
Фиг. 16. Осциллограмма сигналов на участке листа с расслоением.
7
ООО «Компания «Нординкрафт»
162626 Россия, Вологодская область, г. Череповец, ул. Годовикова, 12
Тел./факс: +7 (8202) 31 30 09
E-mail: tech@nordinkraft.com, sales@nordinkraft.com
WWW.Nordinkraft.com