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3MA用于钢板残余应力和硬度梯度的在线无损监测

工业需求

  在70年代末的德国核能安全项目中,德国raunhofer IZFP无损检测技术研究院开始研制3MA(微磁、多参数、微结构、及应力分析)技术,缘由是为了发现微结构敏感的NDT技术来表征热处理的质量,例如焊接处的应力消除。3MA对机械性能的测定尤其敏感,因为相关的显微结构控制着机械荷载(强度或韧度)下的材料性能与磁荷载下的磁性能(即磁滞回线中的磁化过程中)的方式类似。由于显微结构和叠加的应力敏感度的复杂性,发展3MA多参数方法对于在线无损检测钢板残余应力同样也是十分必要的。

应用技术

  过去几十年间3MA的大量经验是对钢带的连续机械性能测定,这些钢带设计用于制造车身、以300m/min速度在例如连续镀锌和回火生产线上运动。屈服强度(Rp0.2)、抗拉强度(Rm)、延伸率、平面和垂直各向异性参数(rm,?r)是质量保证措施的焦点,所有它们都是通过破坏式测试来界定,并且无法连续测量。因而通过3MA技术的成功应用实现了大幅度降本增效。

  在后来的发展中,用于在线带钢测试的3MA系统也针对不同深度的表面硬度和残余应力进行了校准。这些3MA测试和参考破坏式检测方法的对比结果如图所示。

两种测试方法的表面硬度对比 两种测试方法的残余应力对比

3MA无损测试和实验室破坏检测的结果对比:表面以及深度为50、100和200μm的(a)硬度和(b)残余应力(RMSE值单位:MPa)。

  使用工具和弹簧钢(75Cr1,CK75、80CrV2)、低合金和非合金钢(C55,C75)、以及可热处理钢(50CrMo4)的不同等级的钢材对硬度和残余应力进行校准, 硬度范围分布为40到54 HRC(洛氏硬度C型)。使用X射线衍射确定残余应力的参考值。

  X射线测量不同深度的残余应力是通过电解抛光挖掘的。同样,将经过校准的3MA系统的测量结果与破坏性测量的结果进行比较。对于硬度,RMSE在1 HRC范围内。对于残余应力,确定的RMSE值介于1 MPa到47 MPa之间,具体取决于钢种牌号和测量深度(参见下表)。

表:钢号和残余应力验证测量结果

钢种 残余应力,RS
表面 50um深处 100um深处 200um深处
RMSE [MPa] RMSE [MPa] RMSE [MPa] RMSE [MPa]
75Cr1 47< 1 3 4
CrV2 15 1 9 31
50CrMo4 4 4 4 11

  基于这些校准,可以确定硬度和残余应力作为带钢位置的函数。下图显示了一个典型示例。在带钢开始时,可以观察到残余应力的强烈变化。硬度增加。在x = 60m之后,带材已平静下来,即,硬度和残余应力已达到其“正常”值。

钢板残余应力在线非接触式监测

3MA在线测量带钢表面和深度为50um、100um和200um时的硬度和残余应力

  同时,上海js金沙所有登入网址_js55555金沙老品牌实业js金沙所有登入网址可提供多种用于在线带钢检查的3MA安装系统方案。下图显示了其中两个。在下图的应用照片中,将3MA探测系统应用在大型的偏转导向辊上方。另一方面,探针头也可以应用机器人,如右图所示。 同时,如果探头通过加压空气主动冷却,则可在高达300 ℃的热轧带钢上实现3MA无损检测技术的应用。 探头设计的其他优化方案可实现高达5 mm以上的提离间距。

3MA探头系统侧置安装方式 3MA探头系统顶置机器人式操作方式

3MA探头装置在运行中的钢带上的其他变型方案:(a)在大型转向轧辊上,(b)由机器人引导。

  在钢铁工业中的应用,如钢板在热浸镀锌生产线上冷轧后退火,以及在宽厚板轧机上热机械轧制后,可能存在特殊组织和结构梯度的地方。在机械制造工业中,尤其在汽车供应业的原材料方面,也出现了不断增加的3MA技术应用案例。更多相关资讯,请联系3MA总代理上海js金沙所有登入网址_js55555金沙老品牌实业js金沙所有登入网址,或点击浏览3MA产品信息库

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