Методы и способы определения дефектов при прокатке

Содержание

1. Введение……………………………………..…………………………………2

2. Виды брака при прокатке . Способы его предупреждения………………..2

3. Причины брака и способы его устранения…………………….....…………..4

    3.1 Второй способ определения смещение оси прокатки……………..…..5

4. Брак по металлу……………………………………………………..…………5

5. Применение и принцип  работы измерительного оборудования………..…..6

6. Дефекты поверхности,  обусловленные качеством слитка  и литой заготовки (таблица 1)………………………………………………………………………..9

7. Дефекты поверхности,  образовавшиеся в процессе деформации.

(таблица 2)………………………………………………………………………..12

8. Общие выводы…………………...……………………………………………18

9. Список литературы……………………………………………………………19

                                                     Введение

    В металлообработке постоянно повышаются требования к качеству выпускаемой продукции, в связи с этим прогнозирование появления дефектов и минимизация вредных последствий от них остается актуальной задачей. Для исследования дефектообразования и его влияния на последующую технологию используются различные методы: оптической металлографии, рентгеновской микротомографии, физического моделирования с последующими расчетами и применением численных методов, или специально разработанными конечно-разностными способами.

   Настоящий стандарт устанавливает термины и определения дефектов поверхности проката из нелегированных и легированных сталей и сплавов: горячекатаных и кованых прутков круглого, квадратного и шестигранного сечения, горячекатаных профилей, листов и полос, холоднокатаных листов и лент, холоднокатаных и холоднотянутых прутков и профилей, а также дефекты формы листов, лент и рулонов.

     2 Виды брака при прокатке . Способы его предупреждения

  Наиболее часто при прокатке прослеживаются следующие виды брака: закат, вмятины, чрезмерная волнистость, раковины и задиры на внутренней поверхности, отклонение - диаметра и толщины стенки от заданных размеров.

     3  Причины брака и способы его устранения

   Закат. Во время рабочего хода клети металл попадает в зазоры между калибрами, образуя на поверхности рабочего конуса острые боковые выступы. При обратном движении клети выступы вдавливаются калибрами в поверхность рабочего конуса и остаются на прокатанной трубе в виде рванин , называемых закатом. Рванины расположены на поверхности трубы по спирали в соответствии с углом поворота трубы. Образованию боковых выступов (”усов”) на рабочем конусе и заката на трубах способствуют чрезмерные зазоры между калибрами, неравномерное их распределение, недостаточная ширина отдельных участков ручья, несоответствие размеров оправки профилю ручья, большая выработка ручья по глубине и несоответствие ширины ручья высоте, неравномерная подача или броски заготовки, подача заготовки, превышающая расчетную, прекращение поворота прокатываемой трубы. Чрезмерные зазоры между калибрами необходимо уменьшить и перераспределить, пользуясь способом, изложенным выше. При недостаточной ширине отдельных участков ручья необходимо отыскать места, где металл “закусывает” кромками ручья калибров. Для этого клеть останавливают в исходном положении. Ускоренным движением патрона заготовку подают вперед на величину, равную примерно 1, 5 нормальных подач, затем настроечной скоростью клеть перекатывают в переднее положение. Необкатанный рабочий конус извлекают из стана вместе с оправкой и стержнем. Осмотром поверхности рабочего конуса и ручья калибров довольно точно определяют участки, где металл переполняет ручей и где необходимо, в связи с этим, увеличить развалку. Достигается это расшлифовкой ручья в стане с помощью пневматической роторной машинки модели СД-8М. Несоответствие размеров оправки профилю ручья вызывает сосредоточенное обжатие металла, избыток которого попадает в зазоры между калибрами. Устранение указанного достигается чаще всего установкой новой оправки с большим диаметром цилиндрической части ее, т. е. увеличением угла наклона образующей конуса оправки.

  При большой выработке ручья по глубине и несоответствии ширины ручья высоте (наблюдается при длительной работе калибров) необходимо увеличить развалку ручья, максимально сблизить калибры, не допуская работы их в “обкат” (если позволяют размеры прокатываемых труб) и несколько уменьшить подачу. Если указанными мерами закаты не устраняются, необходимо сменить калибры. Способы настройки стана при неравномерной подаче или бросках заготовки изложены выше. При прекращении поворота прокатываемой трубы необходимо отрегулировать работу переднего патрона. Следует учитывать, что, закаты на трубах образуются не только по какой-либо из перечисленных причин в отдельности, но и совокупностью нескольких из них.

  Вмятины на поверхности труб возникают чаще всего в предготовом участке ручья и при обратном движении клети на оправке не раскатываются. Причины образования вмятин: большие зазоры между калибрами и крутая развалка в предготовом участке ручья, относительное смещение калибров в горизонтальной плоскости, изъяны на поверхности калибров.

   Для устранения вмятин необходимо уменьшить крутизну развалки в предготовом участке ручья, используя для этого шлифовальную роторную машинку СД-8М. Кроме того, следует уменьшить зазоры между калибрами в местах образования вмятин. Смещение калибров относительно друг друга в горизонтальной плоскости (рис. 152) вызывает подрезы на поверхности рабочего конуса в предготовом и калибрующем участках ручья При обратном движении клети они не раскатываются, а остаются на поверхности труб в виде вмятин. В этом случае необходимо восстановить симметрию валков и тщательно закрепить в станине рабочей клети кассеты валковых подшипников.

   Изъяны - смятия на отдельных участках поверхности калибров возникают в результате попадания в зазоры между ними осколков металла от прокатываемых труб. Такие повреждения наблюдаются чаще всего при низкой твердости калибров. Смятые кромки в предготовом или калибрующем участках ручья при, водят к образованию на поверхности труб вмятин. При этом необходимо зачистить смятые края калибров и восстановить в этих местах требуемую ширину ручья. Вмятины возникают также при чрезмерной и неравномерной подаче и бросках заготовки. Вмятины чаще всего наблюдаются при прокатке тонкостенных труб.

   Чрезмерная волнистость. Причинами чрезмерной волнистости могут быть износ поверхности калибрующего участка ручья и превращение его из цилиндрического в конический, некачественная обработка зева поворота, неправильная настройка механизма поворота трубы, Чрезмерная волнистость в результате увеличенного износа калибрующего участка наблюдается при повышенном обжатии в предготовом участке ручья. В этом случае калибровкой (и настройкой) инструмента следует предусмотреть минимальное обжатие по диаметру и стенке рабочего конуса в предготовом участке.

   При некачественной обработке зева поворота на поверхности труб появляются кольцеобразные вмятины. Во избежание этого при расточке, шлифовке и полировке ручья необходимо сделать плавный переход от поверхности ручья к зеву. В стане зев шлифуют при помощи переносной шлифовальной машинки.

   В случае неверной настройки механизма поворот трубы начинается тогда, когда труба еще не высвобождена калибрами. На поверхности труб при этом получаются вмятины и поперечные задиры. Правильная настройка поворота исключает образование волнистости по указанной причине.

    3.1 Второй способ определения смещение оси прокатки

   Клеть при этом перекатывают в переднее положение, кулачками переднего патрона зажимают тщательно выправленный кусок трубы таким образом, чтобы конец ее попал в выточку на валках. Затем измеряют отклонение выточки от центра трубы. По данным измерений регулируют валки.

   Второй способ определения направления и величины смещения оси прокатки выполняется значительно быстрее в сравнении с первым.

   Волнистость увеличивается также при неравномерной подаче и бросках заготовки. Кольцеобразные отпечатки на внутренней поверхности труб.Кольцеобразные отпечатки на внутренней поверхности труб образуются в случае, когда стержень с оправкой отведены назад настолько, что передний конец оправки попадает в предготовый участок ручья. Во время прокатки острие конца оправки наносит на внутренней поверхности труб кольцеобразные отпечатки. Поломка конца оправки в предготовом участке также приводит к образованию кольцеобразных отпечатков внутри труб.

   Предотвращение этого вида брака достигается правильной установкой оправки, т. е. так, чтобы передний конец ее (при наиболее удаленном от калибров положении стержня) находился у зева поворота, а также систематической проверкой состояния конца оправки во время перезарядки на станах с боковой загрузкой заготовки и контролем качества внутренней поверхности труб, если осмотр оправки затруднен (на станах с тор новой загрузкой заготовки).

  4 Брак по металлу

   Брак по металлу получается в случае прокатки заготовки с дефектами - пленами, рванинами, волосовинами, ужимами, глубокими раковинами, задирами. Пороки заготовки в процессе прокатки не устраняются, а раскатываются, изменяя очертание и глубину залегания.

   Заготовку, направляемую на холодную прокатку, следует тщательно осмотреть и в случае обнаружения дефектов отремонтировать. Только при этом условии можно получить холоднокатаные трубы без дефектов, указанных выше. Удаление дефектов на готовых трубах в большинстве случаев невозможно из-за малых размеров труб (особенно затруднено или совершенно невозможно удаление дефектов на внутренней поверхности) и экономически нецелесообразно. Применение пескоструйных аппаратов для удаления дефектов на внутренней поверхности холоднокатаных труб, как правило, не дает нужного эффекта.

    5. Применение и принцип работы измерительного оборудования

    Мы рассмотрим принцип работы измирительного оборудования на примере работы на примере двухклетевого дрессировочного стана фирмы Rasselstein .

(Рис.1)

   В дрессировочный стан встроено следующее измерительное оборудование: три рентгеновские системы измерения толщины полосы с интегрированным лазером измерения скорости; два измерительных ролика плоскостности полосы; детекторы дефектов кромок и поиска сквозных дырок; для измерения ширины и положения полосы; для измерения содержания остаточных жиров; для измерения и оценки вибрации; для офлайн-измерения плоскостности и формы полосы.

   Измерение толщины  полосы  осуществляется по принципу рентгеновского просвечивания измеряемого материала, в результате чего в детектор передается измерительный сигнал. Каждый измеритель толщины, установленный на дрессировочном стане, оснащен четырьмя детекторами с постоянной времени 1 мс. Высокоскоростное измерение детектирует со временем сканирования 250 мкс. Для определения скорости движения полосы в каждый измеритель толщины интегрирована лазерная система.

(Рис.2)

   Для оценки  плоскостности  и натяжения полосы используется система роликов. Оценку плоскостности полосы в цехах холодной прокатки с помощью изме-рительных роликов производят уже в течение многих лет. Все известные методы в качестве измеряемой ве-личины используют распределение напряжения в полосе и применимы в случае нахождения полосы под натяжением. Измерение плоскостности полосы происходит один раз за оборот ролика. После математической обработки полученные значения передаются в системы регулировки клети 1 и клети 2.

(Рис.3)

   Для обнаружения сквозных дырок и рванин кромок в систему измерения толщины полосы на выходе дрессировочного стана инсталлированы две высокопроизводительные строчные камеры. Время сканирования камер – 30 мкс. Это позволяет обнаруживать дефекты размером до 1 мм при скорости движения полосы более 30 м/с. Одновременно с измерением дефектов полосы камеры регистрируют ширину и положение полосы. Данные о дефектах кромок полосы и сквозных дырках являются критерием качества рулона, допускающим дальнейшую обработку в чистовых линиях. Если дефекты превышают максимально допустимые значения, то рулон инспектируется, а дефекты устраняются.

    Остатки жиров и остаточное загрязнение на полосе измеряется после клети Метод измерения основан на физическом эффекте, при которомлинейно поляризованные лазерные лучи, в зависимости от слоя масла или жира получают эллиптическое изменение уровня поляризации. Это вращение регистрируется фотодетектором. Оптическая система, эллипсометр, регистрирует угол поворота. Если масса остаточных жиров составляет 20 мг/м2, то это соответствует примерно толщине слоя 20 нм.

(Рис.4)

    Системы измерения  вибрации  и оценка результатов. При прокатке полосы могут возникать различного вида дефекты (через регулярные интервалы времени или на равных участках полосы). На фирме Rasselstein в прокатный стан на этапе последующей прокатки интегрирована система измерения и диагностики. При этом сигналы качества, такие как изменения толщины полосы и дополнительные сигналы об ускорении ее движения, анализируются на предмет доминирующей частоты ошибок и автоматически сравниваются с матрицами частот ошибок.

    Для измерения вибрации клетей на каждой из них установлены три датчика ускорения (на главном поперечном направлении, со стороны двигателя и со стороны обслуживания и привода). Время считывания сигнала толщины полосы составляет 1 мс, а сигналов ускорения – 250 мкс. Эти сигналы анализируются посредством быстрого преобразования Фурье.

    Качество продукта и стабильность процесса. Предшествующие примеры показали возможность определения параметров, характеризующих качество полосы непосредственно в процессе производства и возможность использования этих параметров для его оптимизации, с целью не допустить возникновения отклонений качества продукции. Часто причины недостаточного качества находятся не в производственном оборудовании, а на предварительной стадии.

    6. Дефекты поверхности, обусловленные качеством слитка и литой заготовки.

                                                                                                             Таблица 1

7. Дефекты поверхности, образовавшиеся в процессе деформации.

                                                                               Таблица 2

                                Общие выводы

1.    Описанные выше измерительные системы следует рассматривать как высокотехнологичные решения в области техники прокатного производства. При разработке измерительных установок учитывалась необходимость их применения в жестких условиях прокатных станов с целью обеспечения высокой надежности эксплуатации и исключения помех. Высокая точность измерения, связанная с малыми константами времени, достигается за счет применения современной рентгеновской техники, быстродействующих детекторов, высокоточной оптики, а также современной компьютерной техники. Описанные методы измерения и технологии, наряду с оптимизированными моделями процесса и прецизионной техникой управления и регулирования, являются определяющими условиями для достижения необходимого качества продукции в быстропротекающих непрерывных процессах производства. Система контроля и управления качеством, охватывающая процесс в целом, дает возможность его полностью оптимизировать. Постоянное совершенствование оборудования позволяет достигать новые цели. Технические достижения сегодняшнего дня уже завтра будут повседневной практикой и, возможно, уже послезавтра полностью будут заменены новыми технологиями.
2.    В металлообработке постоянно повышаются требования к качеству выпускаемой продукции, в связи с этим прогнозирование появления дефектов и минимизация вредных последствий от них остается актуальной задачей. Для исследования дефектообразования и его влияния на последующую технологию используются различные методы: оптической металлографии, рентгеновской микротомографии, физического моделирования с последующими расчетами и применением численных методов, или специально разработанными конечно-разностными способами.

Список литературы:

1. Кофф З. А. и др., “Холодная прокатка труб”, Свердловск, Металлургиздат, 1962.

2. ГОСТ 1920-80. Отливки из  чугуна и стали. Термины и  определения дефектов. М.: Издательство  стандартов, 1980. 13 с.

3. С.В. Брусницын и др.Дефекты слитков черных и цветных металлов, предназначенных для пластической деформации . Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 167 с.

4. Логинов . ЮТ-Ё: Решения технологических задач прессования; с .применением системы; анализа процессов пластического деформирования «РАПИД 2Д». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 78 с.порошковой; ; металлургии . и 1972. 336 с.

5. Е. П. Уиксов. Теория пластических деформаций металлов/.М.: Машиностроение, 1983. 598 с.

6. ГОСТ 21014-88. Прокат черных металлов. Термины и определения дефектов поверхности. М.: Издательство стандартов, 1988. 60 с.

7. Колмогоров В.Л., Логинов Ю.Н. Совместный анализ, напряжений т деформаций; при прессовании пористой; заготовки в . контейнере ,// Сборник трудов: "Обработка; металлов? давлением". Труды- вузов: РСФСР:.Вып. 17; Свердловск: УПИ^1990лС:.122-127.

8.Колмогоров В.Л. Механика : обработки;; металлов давлением.; Екатеринбург: 2001.6с