文档介绍：上海交通大学
博士后学位论文
轧辊超声波应力测量技术研究
姓名:华云松
申请学位级别:博士后
专业:材料加工工程
指导教师:崔振山;孙大乐
20060601
摘要能直接影响生产的安全、效率和成本以及产品质量。轧辊内部不均匀分布的残余应轧辊是轧制用的重要工具,也是轧制生产中最主要的消耗备件之一,其使用性力是造成轧辊异常失效的原因之一,因此,定量无损测量出轧辊内残余应力的分布状态对指导轧辊使用非常重要。本文在对现有的各种残余应力测量方法进行分析比较的基础上,提出采用基于临界折射纵波的超声波应力测量技术对现场轧辊进行应力测量的方法。对超声波临界折射纵波的产生机理和特性进行了理论研究,在此基础上对基于临界折射纵波的超声波应力测量的基本原理进行了系统的研究,并推导出应力改变量与应力常数和声时差之间的关系,同时对影响超声波应力测量精度的材料织构、组织、温度、工件表面状态、耦合剂和耦合位置等影响因素分别进行了分析。建立了一套采用“一发两收”模式的基于临晃折射纵波的超声波应力测量系统用于轧辊表面残余应力的测量和分析。开发了一套超声波应力测量分析软件,对应力常数进行标定以及对轧辊表面残余应力测量结果进行分析与比较。研制一套超声应力常数的标定装置,对不同材质的材料进行应力常数标定。对趾颓蚰植牧系挠αΤJ辛瞬舛āA俳缯凵渥莶ㄔ诿恐植牧现传播速度的变化量与材料中应力的改变量具有线性关系,但不同材料的应力常数存在一定的差别。对舶逡约扒蚰%标定板进行超声波应力测量的同时,采用湎哐苌浞ê兔た追ㄕ饬街殖墒斓挠αΣ饬考际踅杏αΣ饬浚⒍哉馊植饬方法得到的结果进行了比较,认为基于临界折射纵波的超声波应力测量法可用于进行应力测量。研制了可供现场轧辊进行应力测量的超声波探头装置。该装置与超声波应力测量系统配套使用,对宝钢现场使用的轧辊进行了残余应力测量,得到了较为理想的应力测量结果。关键词:轧辊;超声波应力测量;临界折射纵波;应力常数湎哐苌洌环た追
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第滦髀研究的目的和意义一般她,在整个轧钢过程中,轧辊的消耗占轧制产品成本的病薄轧钢是钢铁工业中的一个重要的工艺过程,大多数的钢材都要经过轧制才能成为产品。轧辊作为轧钢生产的关键工具,必须能够承受相当强烈的力与热的作用。轧辊的耐磨性及抗断裂性能等,是衡量轧辊使用性能的重要指标,这不仅因为轧辊与产品的成本密切相关,而且直接决定轧后产品质量,尤其是其表面质量和板形。轧辊必须承受使带材变形所需的巨大压缩和剪切应力而自身却不产生塑性变形。轧辊在轧制过程中承受着由金属变形抗力而引起的交变应力的作用,并处在剧烈的磨损状况下,受周期性变化的热应力的作用,因而要求轧辊具有较高的强度和耐磨损性能,同时在轧制过程中轧辊的弹性变形及其形位误差,也将直接影响轧制精度】。残余应力是在没有外力作用下仍以平衡状态存在于物体内部的应力,轧辊中不可避免地存在着残余应力T跄诓康挠αΠ雌涑梢蚩煞治H郑旱谝恢质遣杏应力,来源于轧辊的制造工艺过程,特别是那些与辊面硬化有关的工艺方法:第二种是热应力,是由于轧辊内存在的温度差引起的;第三种是工作应力,是外力施加在轧辊产生的结果。在任何给定的条件下,存在于轧辊内部的应力都是这三种应力的组合。轧辊中的应力主要取决于轧辊的生产加工过程以及轧辊的使用过程。轧辊在铸造、锻造以及热处理过程中不可避免地要产生残余应力,这是由于轧辊表面先冷却而对芯部的冷却收缩产生阻碍作用,因此芯部产生了残余拉伸应力,而表面产生了残余压缩应力以与芯部的残余拉伸应力相平衡。轧辊在淬火过程中组织发生了相变,组织由奥氏体向马氏体转变,由于不均匀的体积变化导致在轧辊中产生高的残余应力。轧辊在加工和使用过程中有很多因素会影响它的机械应力【浚辉踉诠ぷ鞴中的加热和冷却循环也会产生相当大的热应力,因此,轧辊内的机械应力和热应力都非常大,这也是难于从理论上预测轧辊中残余应力变化规律的原因。轧辊内部的应力不仅对其使用寿命有影响,而且还直接影响着轧机的稳定性以及产品的质量。轧辊在使用前和使用过程中发生的失效大多与应力过高有关。在某些场合下,因轧制力或辊间压力引起的反复应力变化将导致轧辊的疲劳破坏;同时轧辊表面过高的应力也会导致轧辊磨损过甚以及使辊面粗糙度发生变化。轧辊内部应力对轧机操作和所轧带材质量的影响,来源于残余应力分布状态发生变化所引起
。应力是引起轧辊失效的主要原因,典型的轧辊失效形式有剥落、裂纹和断辊等。轧辊失效一方面增加了辊耗,另一方面占用大量的停机换辊时间,从而制约了轧机实现高速、大负荷轧制以及增加产量的要求。为满足生产的要求,有必要开展防止轧辊失效方面的研究,这