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3MA用于厚鋼板力學性能無損測試和冷端范圍掃查

行業需求

  如今，幾乎所有非合金和合金鋼種都可以生產厚達400 mm或以上的厚板。各種性能范圍，例如屈服強度從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、重型機械，等等。為了減小結構厚度以及隨之而來的建筑自重，越來越需要更高強度的鋼種，而可焊接性和冷韌性仍須是可接受的。

   為了生產這種鋼種，應用了現代制造工藝，例如水/空氣淬火和回火，加速冷卻，正火和熱機械軋制。客戶要求在產品的長度和寬度上均一的幾何尺寸和機械性能，尤其是對于這些高價值牌號。因此，對產品質量的確定和記錄提出了很高的要求。

  在生產流程中已經直接在厚板上進行了全面的尺寸、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，以便確定機械性能。拉伸和韌性測試是根據規范進行的，并由高素質和認證的人員執行，無法將其集成到具有直接反饋的在線閉環控制中。一家中型厚板工廠每年僅憑拉伸試樣廢料一項所產生的成本就高達數萬歐元。由于這些原因，鋼材厚板生產商渴望用無損技術代替試樣的機械破壞式測試，從而使這些測試可以從質量保證實驗室轉移到車間。

應用技術

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

3MA系統在鋼廠的輥道輸送線上的遠程應用：（左圖）3MA檢查推車和（右圖）遠程控制臺。

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

   其次，主要目的是通過準確檢測軋制后的母板中所謂的冷端，從而避免在厚板中產生虛擬廢料。如下圖所示。由于改變了冷卻條件，在板端出現了冷端。冷端的特征是機械性能受損（抗拉強度Rm和屈服強度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廢。為了避免這種偽報廢，需要準確檢測冷端的延伸段。這可以通過上海量博實業有限公司總代理的3MA系統無損地完成。

通過3MA無損技術準確檢測冷端的延伸范圍來避免偽報廢。

   在該項目中研究的板材是由于軋制織構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結合起來很有用。可以證明，在高度組織化的鋼種中，將超聲TOF的相對差異添加到校準功能中可以減少測量誤差。如下表所示。

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

不同類型的校準結果（帶和不帶超聲參數）

   經過校準的3MA + US組合系統可通過準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優質材料分開。下圖顯示了相應的測量過程。首先，在厚板中間的參考點中測量評估測量值（此處為：抗張強度，Rm）。隨后，將3MA + US系統從邊緣逐步移到中間，直到測量值降至預設閾值水平以下，該閾值是參考點處的值加上指定的余量（此處：ΔRm = 15 MPa） 。之后，到達了接受線，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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