3MA用于钢板残余应力和硬度梯度的在线无损监测

工业需求

  在70年代末的德国核能安全项目中，德国raunhofer IZFP无损检测技术研究院开始研制3MA（微磁、多参数、微结构、及应力分析）技术，缘由是为了发现微结构敏感的NDT技术来表征热处理的质量，例如焊接处的应力消除。3MA对机械性能的测定尤其敏感，因为相关的显微结构控制着机械荷载（强度或韧度）下的材料性能与磁荷载下的磁性能（即磁滞回线中的磁化过程中）的方式类似。由于显微结构和叠加的应力敏感度的复杂性，发展3MA多参数方法对于在线无损检测钢板残余应力同样也是十分必要的。

应用技术

  过去几十年间3MA的大量经验是对钢带的连续机械性能测定，这些钢带设计用于制造车身、以300m/min速度在例如连续镀锌和回火生产线上运动。屈服强度（Rp0.2）、抗拉强度（Rm）、延伸率、平面和垂直各向异性参数（r_m，∆r）是质量保证措施的焦点，所有它们都是通过破坏式测试来界定，并且无法连续测量。因而通过3MA技术的成功应用实现了大幅度降本增效。

  在后来的发展中，用于在线带钢测试的3MA系统也针对不同深度的表面硬度和残余应力进行了校准。这些3MA测试和参考破坏式检测方法的对比结果如图所示。

3MA无损测试和实验室破坏检测的结果对比：表面以及深度为50、100和200μm的（a）硬度和（b）残余应力（RMSE值单位：MPa）。

  使用工具和弹簧钢（75Cr1，CK75、80CrV2）、低合金和非合金钢（C55，C75）、以及可热处理钢（50CrMo4）的不同等级的钢材对硬度和残余应力进行校准， 硬度范围分布为40到54 HRC（洛氏硬度C型）。使用X射线衍射确定残余应力的参考值。

  X射线测量不同深度的残余应力是通过电解抛光挖掘的。同样，将经过校准的3MA系统的测量结果与破坏性测量的结果进行比较。对于硬度，RMSE在1 HRC范围内。对于残余应力，确定的RMSE值介于1 MPa到47 MPa之间，具体取决于钢种牌号和测量深度（参见下表）。

表：钢号和残余应力验证测量结果

  基于这些校准，可以确定硬度和残余应力作为带钢位置的函数。下图显示了一个典型示例。在带钢开始时，可以观察到残余应力的强烈变化。硬度增加。在x ＝ 60m之后，带材已平静下来，即，硬度和残余应力已达到其“正常”值。

3MA在线测量带钢表面和深度为50um、100um和200um时的硬度和残余应力

  同时，上海量博实业有限公司可提供多种用于在线带钢检查的3MA安装系统方案。下图显示了其中两个。在下图的应用照片中，将3MA探测系统应用在大型的偏转导向辊上方。另一方面，探针头也可以应用机器人，如右图所示。 同时，如果探头通过加压空气主动冷却，则可在高达300 ℃的热轧带钢上实现3MA无损检测技术的应用。 探头设计的其他优化方案可实现高达5 mm以上的提离间距。

3MA探头装置在运行中的钢带上的其他变型方案：（a）在大型转向轧辊上，（b）由机器人引导。

  在钢铁工业中的应用，如钢板在热浸镀锌生产线上冷轧后退火，以及在宽厚板轧机上热机械轧制后，可能存在特殊组织和结构梯度的地方。在机械制造工业中，尤其在汽车供应业的原材料方面，也出现了不断增加的3MA技术应用案例。更多相关资讯，请联系3MA总代理上海量博实业有限公司，或点击浏览3MA产品信息库。