FI87019C - Foerfarande foer upptaeckande och registrering av fel i heta metallurgiska halvfabrikat - Google Patents

Description

1 87019

Menetelmä vikojen havaitsemiseksi ja rekisteröimiseksi kuumista metallurgian puolivalmisteista Tämä keksintö liittyy menetelmään vikojen havaitsemiseksi ja rekisteröimiseksi kuumista metallurgian puolivalmisteista .

Metallurgian puolivalmisteet, kuten esimerkiksi teräsvalan-teet, -tangot tai harkot, riippumatta siitä, onko ne valmistettu harkkovalulla vai jatkuvalla valulla, muutetaan yleensä levyiksi kuumavalssaamalla.

Pyrkiessään jatkuvasti säästämään energiaa ja pienentämään tuotantokustannuksia terästeollisuuden harjoittaja pyrkii käyttämään mahdollisimman hyvin hyväksi valusta tulevan puolivalmisteen lämpöä tämän valssausvaiheen suorittamiseksi.

Puolivalmisteissa voi kuitenkin olla niiden pinnan lähellä joko näkyviä tai näkymättömiä särön-, halkeaman-, taitteen-tai muuntyyppisiä vikoja, jotka saattavat jäädä valssattui-hin tuotteisiin tai jopa laajentua ja aiheuttaa siten niiden romuttamisen, puhumattakaan mahdollisesta valssaimen telojen vahingoittumisesta.

Sen vuoksi näyttää olevan tarpeen ennen mainittuun valssaukseen ryhtymistä tarkastaa puolivalmisteet, jotta saadaan selville, voidaanko ne valssata välittömästi vai joudutaanko niitä etukäteen käsittelemään niissä olevien vikojen poistamiseksi tai korjaamiseksi vai ovatko ne laadultaan siinä määrin huonoja, että ne on syytä kierrättää uudelleen .

Tähän asti tämä tutkimus vikojen havaitsemiseksi on edellyttänyt käytössä olevan menetelmän ja käytetyn materiaalin vuoksi puolivalmisteen jäähdyttämistä etukäteen, mikä ei 2 87019 vastaa metallurgisen teollisuuden harjoittajan pyrkimystä säästää energiaa.

Senpä vuoksi metallurgit niin Euroopassa kuin Yhdysvalloissa ja Japanissakin ovat ryhtyneet tutkimuksiin löytääkseen menetelmän, joka mahdollistaisi samalla kertaa sekä virheiden havaitsemisen kuumista puolivalmisteista että niiden korjaamisen ja joka voitaisiin mahdollisesti sisällyttää valu- ja valssausvaiheketjuun, niin että saataisiin täysin jatkuvatoiminen menetelmä.

Kun puolivalmisteet ovat kuumia, niitä ei pystytä suoraan tutkimaan. Kaikki tähän asti suoritetut tutkimukset ovatkin siksi perustuneet periaatteeseen saada etäältä vioista kuva, joka sitten toimisi ohjeena vikojen automaattisessa korjaamisessa.

Tällä periaateella on kehitelty koko joukko enemmän tai vähemmän pitkälle vietyjä menetelmiä, jotka eroavat toisistaan sekä kuvan saamistapojen että tämän kuvan rekisteröi-mistapojen osalta ja siinä, miten tätä rekisteröintiä käytetään puolivalmisteiden korjäämiseen.

Mutta näihin menetelmiin, sen lisäksi että ne vaativat pitkää ja hankalaa tarkentamista, liittyy yleensä haittoja, etenkin vikojen ilmaisussa. Saatu kuva ei nimittäin heijasta sitä, minkä havainnoija saattaisi nähdä, vaan useimmiten kokoelmaa seikkoja, jotka perustuvat fysikaalisiin ominaisuuksiin, joiden arvioidaan edustavan puolivalmisteiden "terveyttä". Tästä syystä havainnoijan on käytännössä mahdotonta erottaa seikkoja, jotka todella vastaavat puolivalmisteiden tilaa, ja harhauttavia seikkoja, jotka johtuvat häiriöistä näistä ominaisuuksista saatujen signaalien välityksessä; ihmisen tulkinta- ja arvostelukyky joutuu näin jokseenkin mitätöidyksi. Kun korjaaja rekisteröi tällaisia kuvia ja käyttää niitä, saattaa syntyä valssaukseen sopimattomia puolivalmisteita.

8701 9

Jokaisessa näistä menetelmistä on myös erityispuutteita. Niinpä esimerkiksi käytetystä ilmaisutyypistä riippuen havaitaan, että: - infrapunakamera ja -televisio antavat kuvia, joissa esiintyy kokillien voitelujauheiden, hapettumistäplien ja kokil-lien tärinästä johtuvien pinnan epätasaisuuksien aiheuttamia häiriöitä, jotka vaikeuttavat analyysin tekemistä. Lisäksi nämä järjestelmät eivät anna mitään tietoa vikojen syvyydestä, - television ja pyörrevirtojen avulla saadaan kuva vikojen syvyydestä, mutta vain lyhyiltä matkoilta (1-5 mm), sähkömagneettiset ja ultraääni järjestelmät ovat Curien pisteen lähellä (600-700°C) alttiita metallurgisille muutoksille, jotka häiritsevät aaltojen siirtymistä ja aiheuttavat lois ilmiöitä. Lisäksi puolivalmisteiden pinta joudutaan niissä hapettamaan etukäteen, jotta saadaan aikaan sopiva hydraulinen transduktori-teräskytkentä, - järjestelmissä, jossa käytetään induktioesikuumennusta ja infrapunailmaisua, saadaan tuloksia, jotka riippuvat vikojen kulmasta mittausakseliin nähden, sillä poikittaissuuntaiset tai sellaiset virheet, jotka ovat alle 15 asteen kulmassa poikittaisakseliin nähden, saadaan huonosti ilmaistuiksi .

Kunkin näistä menetelmistä asettamien ongelmien voittamiseksi hakija on etsinyt ja kehittänyt menetelmän, jossa käytetään suhteellisen yksinkertaisia ilmaisutapoja, joilla saadaan kuva, joka heijastaa todella ja erittäin luotettavasti puolivalmisteiden pinnan makrostruktuuria ja jonka pohjalta työntekijä pystyy jatkamaan vikojen havainnointi- ja tulkit-semistehtäväänsä kuten hän on tehnyt sen tähän saakka kylmiä puolivalmisteita tarkastellessaan.

Näihin ilmaisukeinoihin hakija on yhdistänyt kuvan rekiste-röimislaitteita, jotka antavat korjaajalle mahdollisuuden puuttua asiaan tehokkaasti ja yksinomaan silloin, kun puoli- 4 87019 valmisteiden pinta on tosiaan viallinen.

Tämä menetelmä vikojen havaitsemiseksi ja rekisteröimiseksi kuumista metallurgian puolivalmisteista on tunnettu siitä, että tutkittavaan pintaan kohdistetaan happileikkauspolttimen liekki määrätyssä kulmassa siten, että kohdistuskohtaan muodostetaan sulametallikylpy, että kohdistuskohtaa siirretään määrätyllä nopeudella, että videokamera kuvaa kohdistuskohdan ja siirtää sen etäämmällä olevaan kuvaruutuun ja että havainnoija muodostaa tätä kuvaruutua seuratessaan tutkitun pinnan kartan rekisteröiden havaittujen vikojen mitat ja laadun.

Niinpä keksinnön mukaisessa menetelmässä ensiksi kohdistetaan tutkittavaan pintaan happihöyläyspolttimen liekki ja siirretään sen kohdistuskohtaa tällä pinnalla. Näissä olosuhteissa liekki vaikuttaa aluksi niin, että puolivalmisteen pinta läm-penee ja kuumenee sellaiseen lämpötilaan, että sen jälkeen yksinomaan happi reagoidessaan eksotermisesti raudan kanssa riittää muodostamaan pintaan kohdistumiskohdassa sulavan metal likylvyn.

Hapen kineettisen energian vaikutuksesta sula metalli höyläy-tyy vähitellen pois, niin että metalli irtoaa paikallisesti. Koska tämä irtoaminen riippuu siitä, miten kauan pinta on alttiina liekille, kylvyn syvyys annetulla polttimella riippuu sen siirtymisnopeudesta. Yleensä käytetään olosuhteita, joilla saadaan 1-2 mm:n kylpysyvyys eli paksuus, jolta metalli irto aa.

Kun liekki siirrettäessä puolivalmisteen pinnalla osuu vikaan, joka avautuu pintaan, lämmön lisäys, joka johtuu raudan hapettumisesta, tulee tässä kohdassa liialliseksi metallimassassa olevan katkon vuoksi ja aiheuttaa tällöin metallin paikallisen ylikuumentumisen. Tämä ylikuumentuminen ilmenee valkoisena läiskänä, joka eroaa väriltään kylvyn keltaisesta taustasta.

5 87019 Tällä tavoin havainnoimalla valkoisia läiskiä voidaan saada erittäin tarkka tieto puolivalmisteiden pinnassa olevista vioista. Lisäksi kun ylikuumentumista tapahtuu ja siten läiskä on olemassa niin kauan kuin katko säilyy, voidaan läiskän muotoa seuraamalla saada tietoa vian koosta ja sen suunnasta liekin suuntaan verrattuna. Lisäksi kun poltinta siirretään vakionopeudella ja kun kylvyn syvyys siten pysyy vakiona, jos vika on syvempi kuin irrotetun metallin paksuus, läiskä pysyy edelleen ja näin saadaan tieto vikojen syvyydestä.

Kun kysymys on vioista, jotka eivät ulotu puolivalmisteen pintaan, kuten esimerkiksi ilmakuplista eli rakkuloista, tämäntyyppiset viat paljastuvat metallin poistamisen jälkeen hetkellä, jolloin katko saavuttaa pinnan, ja se ilmenee samoin valkoisina läiskinä.

Käyttämällä happihöyläyspoltinta on siis käytettävissä keino, jolla saadaan ei ainoastaan ilmaistuksi vikoja, vaan myös määritetyksi niiden laatu ja koko pinnan ja syvyyden osalta.

Suurinta osaa tunnetuista polttimista, riippumatta siitä, ovatko ne pyöreitä vai monimuotoisia, voidaan käyttää ilmaisemiseen.

Eräissä tapauksissa tarvitaan vain yksinkertaisia sovellutuksia.

Hyvien tutkimustulosten aikaansaamiseksi järjestetään yleensä niin, että puolivalmisteelle saadaan polttimen kohdistus-alueita, jotka ovat pinta-alaltaan noin 300-500 mm^, polttimen akselin ollessa tutkittavaan pintaan nähden noin 5-15 asteen verran kalteva.

Polttimen siirtymisnopeus puolestaan on mieluiten 15-30 m/minuutti.

6 87019

Myös hapen virtausnopeutta voidaan säädellä toivotun kylpy-syvyyden aikaansaamiseksi.

Kun menetelmää sovelletaan kuumaan puolivalmisteeseen, jonka lämpösäteily on huomattava, ihminen ei pysty käsittelemään poltinta tarkastuspaikalla. Sen vuoksi se sovitetaan yleensä puolivalmisteen yläpuolella sijaitsevaan portaali-runkoon ja sitä ohjataan loitommalta. Polttimen kohdistus-kohtaa tutkittavaan pintaan nähden voidaan siirtää siirtämällä portaalirunkoa tai päinvastoin pitämällä portaalirun-ko paikallaan ja antamalla puolivalmisteen sen sijaan siirtyä polttimen alta. Tätä viimeksi mainittua menettelytapaa voidaan soveltaa esileikattuihin telaradalle sijoitettuihin puolivalmisteisiin, mutta se soveltuu erityisen hyvin jatkuvatoimisesta valusta tulevien puolivalmisteiden käsittelyyn.

Koska puolivalmisteet voivat olla useita metrejä leveitä ja kun polttimen osumisleveys on korkeimmillaan 5-6 cm, voidaan ajatella, että on välttämätöntä lisätä polttimien lukumäärää tai järjestää tutkittavan pinnan järjestelmällinen pyyhintä yhdellä polttimella, jotta saadaan aikaan oikea havainnointi. Asia ei ole suinkaan niin, sillä tilastolliset tutkimukset ovat osoittaneet, että yhtäältä ilmakuplien tila riippuu valamisolosuhteista ja toisaalta halkeamat ja viat, jotka avautuvat pintaan, johtuvat joko valetun puolivalmisteen koostumuksesta, hehkuhilseen poistamisolosuhteis-ta, puolivalmisteen oikaisemisesta valun aikana tai sitten mekaanisista tarttumislaitteista; kaikki ne ovat tekijöitä, jotka vaikuttavat symmetrisesti. Sen vuoksi riittää yleensä puolivalmisteen ollessa suhteellisen kapea yhden ainoan polttimen käyttäminen ja leveillä puolivalmisteilla järjestetään enintään kolme poltinta, joista kaksi sijoitetaan reunojen lähelle ja yksi reunojen puoliväliin.

Puolivalmisteen siirtämisen aikana polttimen tai polttimien kohdistumiskohdat piirtävät siten puolivalmisteen pitkit- 7 87019 täissuunnan kanssa samansuuntaisia suoria ja puolivalmiste tulee siten tutkituksi ainoastaan pituussuuntaisina kaistoina. Tämä tutkimus antaa mahdollisuuden ekstrapoloinnin avulla rekonstruoida luotettavasti puolivalmisteen koko pinnan terveydentila. Kuitenkin puolivalmisteen laadun niin vaatiessa joudutaan lisäämään tutkittujen kaistojen lukumäärää. Tämä voidaan suorittaa helposti siten, että poltinta voidaan siirtää 10-20 kertaa suuremmalla nopeudella kuin millä puolivalmiste liikkuu.

Samoista symmetriasyistä puolivalmisteen tutkiminen rajoittuu yleensä puolivalmisteen yhteen puoleen, joka on yläpinta tai sisäpinta kysymyksen ollessa jatkuvatoimisesta valusta.

Polttimen tai polttimien portaalirungon tai puolivalmisteen liikkeestä aiheutuvan siirtymisen lisäksi poltinta voidaan kuitenkin kallistaa eri tavoin tutkittuun pintaan nähden kulmassa, joka on huomioitava vikaa tulkittaessa. Poltin tekee myös pyyhkimisliikettä suuntaan, joka on poikittainen sen siirtymissuuntaan nähden, jolloin voidaan määrittää viallisten alueiden laajuus.

Tämä pyyhkiminen, joka voidaan saada aikaan millä tahansa tunnetulla etäämmältä tapahtuvalla ohjaamistavalla, ei tapahdu portaalirungon tai puolivalmisteen siirtymissuuntaa vastaan kohtisuoraan suuntaan, vaan viistoon suuntaan, jolloin vältetään sulan metallin suihkuaminen portaalirungon pystytankoihin.

Tämä viisto pyyhkiminen voidaan suorittaa jatkuvana siirtämällä poltinta edestakaisin leveyssuunnassa puolelta toiselle tai sarjoissa; jokaisen sarjan välissä on tällöin jaksoja, jolloin poltin piirtää puolivalmisteen akselin kanssa samansuuntaisen suoran; tällä tavoin saadaan aikaan sarja pitkittäissuuntaisia ja viistoja kaistoja, joiden avulla puolivalmisteet saadaan paremmin tutkituiksi.

8 87019

Keksinnön keinoihin kuuluu myös polttimen tai polttimien pinnasta antaman kuvan ottaminen ja sen siirtäminen etem-mäs.

Todettiin nimittäin, että välitön havainnointi puolivalmisteiden vianetsintäpaikalla ei ollut mahdollista puolivalmisteiden lämmönsäteilyn vuoksi. Kuva vioista on siis siirrettävä tästä paikasta etäämmällä olevaan kohtaan.

Tähän käytetään CCD-videokameraa (jossa on fotodiodimatrii-sijärjestelmä), joka yleensä on kiinnitetty portaalirunkoon ja jonka objektiivi on keskiöity polttimen kohdistuspistee-seen. Tämä kamera siirtää ottamansa kuvat kuvaruutuun, jolloin laitteen käyttäjä voi seurata valkoisten läiskien esiintymistä yhtä helposti kuin jos hänellä olisi puolivalmiste silmiensä edessä.

Tämänlaatuinen kuvan ottaminen ja siirtäminen etäältä on yleisesti tunnettua. Mutta se mikä tekee asian edulliseksi tässä keksinnössä, on laitteen käyttäjän mahdollisuus toimia edelleen vikojen laadun, koon ja syvyyden analysoijana ja pystyä sitten määräämään korjausohjeet asiasta täysin perillä ollen.

Tässä ei nimittäin saada puolivalmisteista loiskuvia tai enemmän tai vähemmän fiktiivisiä tai epäluotettavia kuvia, jollaisia on voitu saada tunnetuilla tavoilla, vaan todellisia kuvia asianomaisesta kohteesta, joissa kuvissa kaikenlainen ilmaisujärjestelmästä itsestään aiheutuva deformaatio on poissuljettu.

Koska nämä kuvat ovat lyhytikäisiä, ne kun muuttuvat polttimen asennon mukaan, on tarpeen tallentaa ne muistiin. Tätä varten havainnoija laatii kuvaruutua katsellessaan tutkittua pinnanosaa edustavan kartan, jolle hän rekisteröi havaitsemansa viat tarkentamalla samalla kertaa niiden sijainnin, niiden mitat sekä laadun ja niiden syvyyden, jotka voi- 9 87019 daan materialisoida tavanomaisin merkein tai eri värein.

Rekisteröinti voidaan tehdä käsin tai mieluummin sopivilla tunnetuilla tiedonkäsittelymenetelmillä.

Tämä kartta annetaan sitten korjaajalle, joka syöttää sen automaattisen mekanisoidun hiomislaitteen muistiin ja puolivalmisteen korjaaminen käy yhtä tehokkasti kuin aikaisemmin, kun hioja sai visuaaliset ohjeet niiden kohtien, joihin hänen oli määrä puuttua, merkinnästä.

Keksintö esittelee siis yksinkertaisia keinoja vikojen havaitsemiseksi ja rekisteröimiseksi kuumista metallurgian puolivalmisteista, jotka keinot mahdollistavat viimeksi mainittujen ohjaamisen joko suoraan valssaukseen tai korjaukseen tai uudelleenkierrätykseen ja samalla antaa teräksen valmistajalle tiedon valussa esiintyvistä poikkeavuuksista jopa ennen valujakson päättymistä.

Keksintöä voidaan valaista seuraavan sovellutusesimerkin avulla:

Teräsvalanne, jonka mitat olivat 12 x 2,1 x 0,22 mm ja jonka lämpötila oli 900°C, asetettiin lappeelleen nopeudella 20 m/minuutti liikkuvan portaalirungon alle. Tähän portaa-lirunkoon oli kiinnitetty poltin siten, että kohdistuskoh-dan muoto oli ellipsi, jonka isoakseli oli 90 mm ja pikkuak-seli 50 mm ja syvyys 3 mm. Tätä poltinta siirrettiin valanteen pitkittäissuunnassa sekä keskellä että reunoilla.

Läiskät, joita esiintyi kun poltin kohdistettiin puolivalmisteen koko pituudelle, tallennettiin Ultricom-tyyppisellä videokameralla. Kuvaruutuun, joka sijaitsi 50 metrin päässä ilinaisupaikasta, siirrettyjen kuvien perusteella havainnoija saattoi rekisteröidä kuviossa 1 esitetyt viat ja laatia kuviossa 2 esitetyn korjauskartan. Kuviossa 1 nähdään kuva valanteesta 1, jossa erotetaan polttimen pitkittäis- 10 87019 suuntaiset kohdistuskaistat: reunakaistat 2 ja 3 ja keski kaista 4.

Jokaisella näistä kaistoista havaittiin virheettömiä vyöhykkeitä 4, vyöhykkeitä 5, joissa oli ilmarakkuloita ja valun-kutistumisvikoja, vyöhykkeitä 6, joilla oli kulmahalkeamia. Kuvioon 2 on rekisteröity korjattava ilmarakkuloita sisältävä pinta 7 vastaavine reunoineen ja reunojen lähellä olevat pinnat 8 ja 9, joista on poistettava halkeamat.

Hioja käytti tätä karttaa ja hän saattoi sen perusteella suorittaa korjaukset niin että valssauksesta saadussa lit-teässä tuotteessa ei enää ollut mitään vikaa.

Claims (6)

1. Menetelmä vikojen havaitsemiseksi ja rekisteröimiseksi kuumista metallurgian puolivalmisteista, tunnettu siitä, että tutkittavaan pintaan kohdistetaan happileikkauspolttimen liekki määrätyssä kulmassa siten, että kohdistuskohtaan muodostetaan sulametallikylpy, että kohdistuskohtaa siirretään määrätyllä nopeudella, että videokamera kuvaa kohdistuskohdan ja siirtää sen etäämmällä olevaan kuvaruutuun ja että havainnoija muodostaa tätä kuvaruutua seuratessaan tutkitun pinnan kartan rekisteröiden havaittujen vikojen mitat ja laadun.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttimen akselin ja tutkittavan pinnan tason välinen kulma on 5-15 astetta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttimen kohdistuskohdan siirtymisnopeus on 15-30 m/mi-nuutti.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että polttimen kohdistuskohta noudattaa puolivalmisteen pituusakseliin nähden samansuuntaista suoraa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttimen kohdistuskohta noudattaa puolivalmisteen pituusakseliin nähden viistoa viivaa.

6. Patenttivaatimuksen 4 ja 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttimen kohdistuskohta noudattaa peräkkäisinä jaksoina puolivalmisteen pituusakseliin nähden samansuuntaista suoraa ja viistoa viivaa. 12 87019