金宇智能检测新成果助力钢铁产品质量提升

金宇智能检测新成果

助力提高钢铁产品质量

——钢板全表面相控阵超声自动探伤系统研发及应用项目被评为“国际先进”

前言

我国钢铁产品处于低端过剩、高端依赖进口的困境。 因此，大幅度提高现有产品的综合性能，提高现有产品的质量是各大钢铁企业迫切需要解决的重大问题。

钢材无损检测是保证出厂产品质量的重要手段。 针对目前超声波探伤普遍存在的漏检问题，江苏金宇智能检测系统有限公司联合相关科研单位，研发出国内首套钢板全板相控阵超声波探伤系统。 该系统通过相控阵检测技术，可以对钢铁产品进行高精度检测和缺陷统计。 不仅可以确保所有优质产品出厂，还可以通过缺陷统计分析优化产品生产流程，快速提高钢材综合性能。 ，大大提高了产品质量。 4月20日，中国钢铁工业协会在南京钢铁有限公司组织召开科技成果鉴定会，项目“钢材全断面相控阵超声波自动探伤系统研发与应用”板》被评为“国际先进”。

现状及问题

国内钢厂用于钢板检测的超声波自动探伤仪均从美国、德国进口，采用水膜耦合探伤设备。 探头类型为一发射三缩和一发射四缩的纵波直接射线探测方式。 这种探伤方法只能检测出与钢板轧制面平行的缺陷。 钢板的有效检测范围和检测能力有限，导致钢板周边缺陷和钢板上下近表面缺陷容易被漏检，钢板边缘横向非层状缺陷等。无法检测到钢板。 不能满足核电钢板、军工钢板、海底管道用钢板、压力容器用钢板、桥梁用钢板等优质钢材的要求。 严重影响钢板的质量检验，给客户的安全使用带来隐患。

国内钢板自动检测所使用的非相控阵单通道超声波探头分辨率较低，只能检测靠近平行钢板表面的分层等缺陷。 上下表面盲区大，边缘盲区大，无层状缺陷易渗漏。 查看。 两种探伤方法的对比结果如表1所示。

本项目研发的钢板全表面相控阵超声探伤系统完美解决了上述痛点。 将多达数百个小型超声波元件集成到一个探头中，通过预先计算的相位延迟独立激励每个元件，最终合成所需的声场波形，实现声束在被测钢板中的聚焦和聚焦。 操舵。

研发工作流程

本项目充分利用和选取工业和信息化部、学会及行业协会、国内外高等院校、科研机构、全产业链制造企业的资源优势，对方案进行优化、审核和实施。 。 对于传感器等核心关键技术，检测原理、数据处理和算法，采取多方合作、技术引进、联合开发的方式。 项目研发流程分为9个部分，如图1所示。项目通过打造高水平、高起点的精品示范项目，促进产业链的融合和整体提升。

2019年6月至2020年2月，中厚板探伤设备项目立项。 由于原有设备不具备软件标准定制、无横波检测能力，无法满足现有高端客户的需求，项目组制定了技术方案。

❖ 2020年3月至8月，设计测试方案、现场试块制作及测试。 针对板卷厂的实际需要，经过反复交流，确定了探伤的详细指标和性能要求，并编制了检测方案供实际验证。

2020年9月至12月，确定技术路线，设计并论证技术方案。 通过初步测试验证，明确检测方案可行，并开始整体自动化设计和可行性论证。 通过大量的前期设计分析以及与客户的讨论，识别出相应的风险并制定相应的解决方案。

2021年1月至6月，详细技术方案、详细图纸设计及评审优化。 总体技术方案确定后，开始各功能部件的详细设计，并在设计过程中确认生产的技术指标和验收标准，直至后续生产。

❖ 2021年7月至2022年3月，设备采购、制造、出厂前调试和测试。 通过对多家供应商的现场考察，确认了其生产能力和检验能力，并通过南钢对相关供应商的审核要求，确定了最终的生产单元并开始生产。 设备生产完成后，在总装车间进行了详细的测试和验证。 期间多次邀请用户单位进行调试指导，确保到达现场后满足生产需求。

❖ 2022年4月至6月，设备现场安装。 发货前进行详细的工厂验收，并与用户单位协调维修时间进行安装，并对现场辊道平整度进行校正，确保设备稳定运行。

❖ 2022年7月至9月，调试试产。 与出厂前的调试不同，实际调试过程对信号链接、信息传输、机械结构的稳定性提出了更高的要求，这充分说明了前期测试工作的重要性和必要性。 历时2个月，完成整套设备调试并进入试生产。

2022年10月，设备CNAS校准测试。 为验证设备的可行性和规范性要求，设备上线后进行了CNAS认证，确保设备的标准化。

2022年11月至今，设备稳步投入钢板探伤生产，设备不断优化改进； 经过近半年的运行，系统出现了诸多稳定性问题和设计缺陷。 针对这些问题，在运行过程中进行了动态改进。 并进行调整，以满足不同工况下设备的要求。 期间共改善问题点38个，并持续跟踪使用情况。

产品性能和创新成果

4.1 产品性能

钢板边缘探伤功能可实现边缘剪切波检测，非层状缺陷检测灵敏度可达φ1.6mm垂直通孔水平； 分层检测的灵敏度从仅FBH5提高到FBH2的水平； 钢板上下表面的检测盲区由3mm以上缩小至1.5mm； 钢板周边检测盲区由10多毫米缩小至4毫米。 探伤厚度覆盖范围4-230mm。 产品性能参数见表2。

4.2 创新成果

1）全板相控阵纵波检测+边缘100mm横波检测技术是无损检测领域的重大技术创新，填补了国内钢板相控阵超声检测的空白。

2）实现相控阵探头激活孔径可灵活设置，钢板探伤全过程中超声方向焦距可自由改变，检测厚度覆盖4mm至230mm的实际工业应用，表面盲区<1.5mm。

3）探伤全过程中，声束在钢板内部偏转并改变焦距，缩小边缘盲区检测范围（<5mm），可检测非层状缺陷。

4）设置独立的边缘、头尾相控阵纵横波检测，适应5m宽度钢板的检测，利用超声波连续可调扇形扫描特性，可检测100mm以内不同方向的缺陷钢板的边缘； 边缘检测及中间探针阵列重复覆盖，避免板边偏移造成漏检缺陷。

5）无需更换探头即可实现所有钢板检测标准全覆盖； 软件内置多个标准，可手动添加和自定义探伤标准。

6）内置多种智能算法，重复频率高，检测速度快，可有效避免钢板缺陷的漏检； 它利用解耦表征和机器学习等人工智能算法，实现缺陷的精确定位、量化和直观的三维显示。

7）独特的耦合监测通道虚拟技术，利用一套硬件虚拟生成两个通道，分别调整增益范围等关键参数，实现一次探伤、一次监测功能。 联轴器监测方便灵活，具有自校准和探头性能评估功能，减轻人员劳动强度，防止校准不准确。

工程应用及前景

该项目的成果是国内首台大型全板相控阵钢板超声波探伤设备。 已在南钢集团成功使用，替代国外进口设备。 是目前国内灵敏、全面的中厚钢板探伤机。 同时也是国内唯一的全面板相控阵自动化钢板超声波探伤及探伤机。 国内首创全板相控阵超声（纵波+横波）技术，为国产钢板超声检测设备进军国际高端检测市场创造了条件。

在更高质量目标的驱动下，作为钢厂产品质量保证的手段，未来钢厂大型自动化无损检测设备将能够检测更多类型、更小的缺陷，误报率和漏报率更低满足下游用户的要求和新的行业标准。 项目组研发并量产结合全面板、全相控阵、全焦点深度超声检测技术的自动化无损检测设备。 自主掌握相控阵超声检测传感器相控阵精密控制与采集部分以及缺陷重建算法。 等核心技术，可实现4~230mm不同厚度钢板的缺陷检测，填补了国内高性能钢板全表面探伤仪的空白。 其中，全板相控阵超声（纵波+横波）技术属国内首创。 对于国内钢厂品质提升和数字化、智能化转型发展极具吸引力。

《世界金属导报》

2023年第18期 B07