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金宇智能檢測(cè)新成果助力鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量提升
發(fā)布時(shí)間：2023/8/22 發(fā)布者：jy 點(diǎn)擊次數(shù)：35484
文章來源于《世界金屬導(dǎo)報(bào)》
金宇智能檢測(cè)新成果
助力鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量提升
——鋼板全板面相控陣超聲波自動(dòng)探傷系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用項(xiàng)目獲評(píng)“國際先進(jìn)”
一、前言
我國鋼鐵產(chǎn)品存在低端過剩、高端依賴進(jìn)口的窘迫境地。因此，大幅提升現(xiàn)有產(chǎn)品的綜合性能，提高現(xiàn)有產(chǎn)品的質(zhì)量，是各大鋼鐵企業(yè)急需解決的重大課題。
對(duì)鋼材產(chǎn)品進(jìn)行無損探傷檢測(cè)，是確保出廠產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要手段。針對(duì)目前超聲波探傷常見的漏檢問題，江蘇金宇智能檢測(cè)系統(tǒng)有限公司聯(lián)合相關(guān)科研單位，開發(fā)了國內(nèi)首臺(tái)鋼板全板面相控陣超聲波探傷系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過相控陣檢測(cè)技術(shù)，可對(duì)鋼材產(chǎn)品進(jìn)行高精度檢測(cè)及缺陷統(tǒng)計(jì)，不僅可以確保出廠均為高質(zhì)量產(chǎn)品，也能通過缺陷統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，快速提高鋼材產(chǎn)品綜合性能，大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量。4月20日，中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)在南鋼組織召開科技成果評(píng)價(jià)會(huì)，“鋼板全板面相控陣超聲波自動(dòng)探傷系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲評(píng)“國際先進(jìn)”。
二、現(xiàn)狀和問題
國內(nèi)鋼廠用于鋼板檢測(cè)的超聲波自動(dòng)探傷機(jī)，都是從美國和德國進(jìn)口的采用水膜法耦合探傷設(shè)備，探頭型式為一發(fā)三收和一發(fā)四收的縱波直射法檢測(cè)，此探傷方式僅能檢測(cè)與鋼板軋制面平行的缺陷。鋼板的有效檢測(cè)范圍和檢測(cè)能力都受到限制，造成鋼板四周邊部和鋼板上、下近表面的缺陷容易漏檢，以及鋼板邊部的橫向非分層缺陷不能檢測(cè)。不能滿足核電鋼板、軍用鋼板、海底管線用鋼板、壓力容器用鋼板、橋梁用鋼板等高質(zhì)量鋼材的要求，嚴(yán)重影響了鋼板質(zhì)量檢測(cè)，給客戶安全使用帶來隱患。
國內(nèi)板材自動(dòng)化檢測(cè)采用非相控陣的單通道超聲波探頭分辨率低，只能檢測(cè)分層等接近于平行鋼板表面的缺陷，上下表面盲區(qū)較大，邊部盲區(qū)較大且非分層缺陷易漏檢。兩種探傷方式的對(duì)比結(jié)果見表1。
本項(xiàng)目開發(fā)的鋼板全板面相控陣超聲波探傷系統(tǒng)，完美解決了以上痛點(diǎn)問題。將多達(dá)上百個(gè)小的超聲晶片集成到一個(gè)探頭中，通過預(yù)先計(jì)算的相位延時(shí)對(duì)每個(gè)晶片進(jìn)行獨(dú)立激發(fā)，最終合成所需的聲場(chǎng)波形，實(shí)現(xiàn)在被測(cè)鋼板中的聲束聚焦和轉(zhuǎn)向。
三、研發(fā)工作流程
本項(xiàng)目充分發(fā)揮和優(yōu)選工信部、學(xué)會(huì)和行業(yè)協(xié)會(huì)、國內(nèi)外和全產(chǎn)業(yè)鏈范圍的高校、科研機(jī)構(gòu)、廠商的資源優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行方案優(yōu)化、評(píng)審和實(shí)施。對(duì)于傳感器、檢測(cè)原理、數(shù)據(jù)處理和算法等核心關(guān)鍵技術(shù)，采用多方合作、技術(shù)引進(jìn)、聯(lián)合開發(fā)的方式進(jìn)行。項(xiàng)目研發(fā)工作流程分為9大部分，如圖1所示。項(xiàng)目通過打造高水平、高起點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)示范項(xiàng)目，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的整合和整體提升。
♦2019年6月-2020年2月，中厚板探傷設(shè)備項(xiàng)目立項(xiàng)，項(xiàng)目組針對(duì)原設(shè)備不具備軟件標(biāo)準(zhǔn)自定義及無橫波檢測(cè)能力，無法滿足現(xiàn)有高端客戶需求，進(jìn)行技術(shù)方案制定。
♦ 2020年3月-8月，設(shè)計(jì)檢測(cè)方案、現(xiàn)場(chǎng)試塊制作及測(cè)試。針對(duì)板卷廠的實(shí)際需求，通過反復(fù)交流，確定了探傷的詳細(xì)指標(biāo)和性能要求，并準(zhǔn)備測(cè)試方案進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。
♦ 2020年9月-12月，技術(shù)路線確定，技術(shù)方案設(shè)計(jì)及論證。通過前期的測(cè)試驗(yàn)證，明確了檢測(cè)方案可行，開始進(jìn)行整體的自動(dòng)化設(shè)計(jì)和可行性論證，通過大量的前期設(shè)計(jì)分析和與客戶的研討，識(shí)別出對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，并制定相應(yīng)的解決方案。
♦ 2021年1月-6月，詳細(xì)技術(shù)方案、詳細(xì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及評(píng)審優(yōu)化。整體技術(shù)方案確定后，開始逐一功能部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)過程中確認(rèn)制作的技術(shù)指標(biāo)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，直到后續(xù)的生產(chǎn)制作。
♦ 2021年7月-2022年3月，設(shè)備采購、制造、出廠前調(diào)試及測(cè)試。通過實(shí)地考察多家供應(yīng)商，確認(rèn)其生產(chǎn)能力和檢驗(yàn)?zāi)芰?，并通過南鋼對(duì)相關(guān)供應(yīng)商的審核要求，確定最后的生產(chǎn)單位，開始生產(chǎn)。在設(shè)備生產(chǎn)結(jié)束后，在裝配車間進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)試驗(yàn)證，期間多次邀請(qǐng)用戶單位進(jìn)行調(diào)試指導(dǎo)工作，確保到現(xiàn)場(chǎng)后滿足生產(chǎn)需求。
♦ 2022年4月-6月，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝。發(fā)貨前進(jìn)行了詳細(xì)的出廠驗(yàn)收，并與用戶單位協(xié)調(diào)了檢修時(shí)間進(jìn)行安裝，并整改了現(xiàn)場(chǎng)輥道的平整度，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
♦ 2022年7月-9月，調(diào)試及試生產(chǎn)。與出廠前的調(diào)試不同，在實(shí)際調(diào)試過程中對(duì)于信號(hào)的連鎖，信息的傳輸，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都提出了更高的要求，也充分說明了前期測(cè)試工作的重要性和必要性。2個(gè)月即完成了整體設(shè)備的調(diào)試并進(jìn)入試生產(chǎn)。
♦ 2022年10月，設(shè)備CNAS校準(zhǔn)測(cè)試。為證實(shí)設(shè)備的可行性及規(guī)范性要求，在設(shè)備上線后進(jìn)行了CNAS認(rèn)證，確保了設(shè)備的規(guī)范性。
♦ 2022年11月至今，設(shè)備穩(wěn)定投入鋼板探傷檢測(cè)生產(chǎn)及設(shè)備持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)；通過近半年的運(yùn)行時(shí)間，系統(tǒng)出現(xiàn)了很多穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)不足的問題，針對(duì)這些問題，在運(yùn)行過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)改進(jìn)和調(diào)整，滿足不同工況對(duì)于設(shè)備的要求，期間累計(jì)對(duì)38項(xiàng)問題點(diǎn)做出改進(jìn)，并持續(xù)跟蹤使用情況。
四、產(chǎn)品性能與創(chuàng)新性成果
（一）產(chǎn)品性能
鋼板邊部探傷功能能夠?qū)崿F(xiàn)邊部橫波檢測(cè)，非分層缺陷檢測(cè)靈敏度可達(dá)到φ1.6mm豎通孔的水平；分層檢測(cè)靈敏度從僅為FBH5提升至FBH2的水平；鋼板上、下表面的檢測(cè)盲區(qū)從大于3mm降至1.5mm；鋼板四周邊部檢測(cè)盲區(qū)由大于10mm降至4mm的水平。探傷厚度覆蓋范圍4-230mm。產(chǎn)品性能參數(shù)見表2。
（二）創(chuàng)新性成果
1）采用的全板面相控陣縱波檢測(cè)+邊部100mm橫波檢測(cè)技術(shù)，是無損檢測(cè)領(lǐng)域的重大技術(shù)創(chuàng)新，填補(bǔ)了國內(nèi)鋼板相控陣超聲波檢測(cè)的空白。
2）實(shí)現(xiàn)相控陣探頭激活孔徑可靈活設(shè)置，鋼板探傷全過程超聲波方向焦距自由變換，檢測(cè)厚度覆蓋4mm到230mm的行業(yè)實(shí)際應(yīng)用，表面盲區(qū)＜1.5mm。
3）探傷全過程聲束在鋼板內(nèi)部偏轉(zhuǎn)、變換焦距，縮小邊部盲區(qū)檢測(cè)范圍（＜5mm），且可檢測(cè)出非分層缺陷。
4）設(shè)置獨(dú)立的邊部和頭尾探相控陣縱波和橫波檢測(cè)，適應(yīng)5m寬度鋼板檢測(cè)，利用超聲波連續(xù)可調(diào)扇形掃查特性，檢測(cè)鋼板邊部100mm范圍內(nèi)不同方向的缺陷；邊探與中間探頭陣列重復(fù)覆蓋，避免板邊偏移造成缺陷漏檢。
5）在不更換探頭的情況下，實(shí)現(xiàn)所有鋼板檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的全覆蓋；軟件內(nèi)置多種標(biāo)準(zhǔn)，可人工增添及自定義探傷標(biāo)準(zhǔn)。
6）內(nèi)置多種智能算法，重復(fù)頻率高，檢測(cè)速度快，能有效避免鋼板缺陷漏檢；采用解耦表征、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能算法，實(shí)現(xiàn)缺陷精確的定位、定量以及形貌直觀三維顯示。
7）獨(dú)具耦合監(jiān)控通道虛擬技術(shù)，使用一套硬件，虛擬產(chǎn)生兩個(gè)通道，各自調(diào)整增益范圍等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)探傷一個(gè)監(jiān)視功能。耦合監(jiān)控方便靈活，具有自校驗(yàn)及探頭性能評(píng)判功能，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，防止定標(biāo)不準(zhǔn)。
五、工程應(yīng)用及前景
本項(xiàng)目成果為全國首套鋼板全板面相控陣超聲波探傷大型設(shè)備，已成功應(yīng)用于南鋼集團(tuán)，取代了國外進(jìn)口設(shè)備，是目前國內(nèi)中厚鋼板檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)功能最全面的探傷機(jī)，同時(shí)也是國內(nèi)唯一一臺(tái)全板面相控陣的鋼板超聲自動(dòng)化檢測(cè)探傷機(jī)。國內(nèi)首創(chuàng)的全板面相控陣超聲（縱波+橫波）技術(shù)為國產(chǎn)鋼板超聲檢測(cè)設(shè)備進(jìn)入國際高端檢測(cè)市場(chǎng)創(chuàng)造了條件。
在更高的質(zhì)量目標(biāo)促使下，作為鋼廠產(chǎn)品的質(zhì)量保障手段，未來的鋼廠大型自動(dòng)化無損檢測(cè)裝備，將實(shí)現(xiàn)對(duì)更多類型、更小的缺陷的檢測(cè)，更低的誤報(bào)率和漏報(bào)率，以適應(yīng)下游用戶和行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)的要求。項(xiàng)目組研發(fā)及量產(chǎn)結(jié)合全板面、全相控陣、全聚焦深度的超聲波檢測(cè)技術(shù)的自動(dòng)化無損檢測(cè)設(shè)備，自主掌握相控陣超聲波檢測(cè)傳感器相控陣精密控制和采集部分、缺陷重構(gòu)算法等核心科技，能夠?qū)崿F(xiàn)4-230mm不同厚度鋼板的缺陷檢測(cè)，填補(bǔ)國內(nèi)無高性能鋼板全板面探傷機(jī)的空白，其中全板面相控陣超聲（縱波+橫波）技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，對(duì)于國內(nèi)鋼廠質(zhì)量提升及數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展具有極大的吸引力。