无氧铜杆的在线涡流检测

摘　要: 介绍采用“上引法”生产的无氧铜杆的在线检测系统, 该系统具有检测速度快、效率高等特点。沧州欧谱实 验表明所用探头满足现场使用的要求, 能对产品质量作出可靠评价。

关键词: 无氧铜杆; 涡流检测; 在线检测

中图分类号: T G115. 28　文献标识码: A 　文章编号: 167124423 (2003) 06242202 　　

采用“上引法”生产的无氧铜杆具有纯度高、含 氧量低、抗拉强度及延伸率高、电阻率低、导电率高, 而且加工性能良好等特点。无氧铜杆以其优良的性 能得到电线电缆行业的青睐, 已成为我国电线电缆 行业的主要原材料, 但在熔化电解铜过程中, 铜绿、 铜豆的存在会造成铜液中溶解有过量的还原性气体 H 2, 并在铜液结晶成杆时大量析出, 造成针孔、凹陷 等现象, 从而造成铜杆发硬变脆, 在拉制过程中铜线 出现起层、毛刺等现象〔1〕 , 在进一步的深加工中造成 铜杆容易被拉断、影响了制成品的质量和生产效率。 本文采用涡流无损检测方法进行无氧铜杆的在线检 测, 本系统实现了无氧铜杆生产过程中的在线缺陷 检测, 能准确检测出铜杆表面及内部的缺陷, 并能准 确定位缺陷, 有效提高了无氧铜杆的生产质量, 保证 了铜线的质量及生产效率, 降低母线抽断现象的发 生。

1　检测原理 无氧铜杆缺陷检测系统是检测铜杆中微小气 泡、偏析及夹渣, 涡流检测的方法是采用涡流阻抗分 析来确定无氧铜杆中的缺陷, 当有缺陷的无氧铜杆 以一定的速度穿过检测线圈时, 会引起涡流场的大 幅度变化, 从而产生很强的高信噪比的脉冲信号, 据 此判断缺陷并区分缺陷种类。

2　检测

2. 1　检测装置 该涡流检测系统包括限制铜杆波动的扶正装 置、检测系统、定位系统、软件系统。沧州欧谱检测系统由涡流 探伤仪、涡流探头组成, 检测系统是对缺陷准确检 测。定位系统对缺陷进行准确打标定位, 在铜杆的进 一步加工中剔除缺陷。软件系统具有直观的缺陷显 示、报警设备及缺陷信息的存储, 从而在检测完毕后 可对生产质量进行分析和评价, 打印成表。

2. 2　检测探头 生产过程中铜杆的尺寸变化、材质温度变化等 H 1 = 90 mm 和H 2 = 100 mm 探测面上, 扫描线B1 的格数分别为 n1 = 12. 3 格和 n2 = 13. 8 格。同步骤 (3. 2. 2) , 应用公式(2) , 代入H 1、H 2、T n、n1、n 2 有: CL 1 = H 1ö(T n × n 1) = 0. 09 mö (1. 271 × 10 - 6 sö格 × 12. 3 格) = 5757mös CL 2 = H 2ö(T n × n 2) = 0. 100 mö (1. 271 × 10 - 6 sö格 × 13. 8 格) = 5701mös CL 不锈钢(平均) = (CL 1 + CL 2)ö2 = 5729mös 用DM E DL 测得CL 不锈钢 = 5750 mös 4　

结论 从铝试件和不锈钢试件声速的测试结果与用 DM E DL 测厚仪测试结果看, 两者存在一定差别, 这种差别主要是由于模拟仪器的水平线性误差和读 数误差造成的。而从数据看, 两者相差并不大, 其精 确度可以满足实际需要。也说明了本文所述用模拟 超声波探伤仪测金属材料声速方法的可行性。 对探伤的影响都很小, 所以很适合在线探伤检查。铜 杆的涡流检测方法, 按使用的探头形式分类, 有穿过 式线圈法、旋转式点探头法两种, 由于无氧铜杆的生 产速度特别适合于穿过式方法的涡流检查, 本系统 采用的是穿过式自比式线圈。 铜杆的穿过式涡流探伤, 需要确定的检测参数 有探伤速度、填充系数、探伤频率、放大器增益、检波 相位、滤波频带、报警电平等。由于铜杆材质特性, 所 以在上述诸条件中, 填充系数和探伤频率尤为重要。

2. 3　填充系数及检测频率的选定 一般来说, 填充系数 G越大, 探伤灵敏度越高, 但擦伤铜杆表面的可能性也越大, 故最佳填允系数 G的选择, 要综合考虑探伤灵敏度、探伤速度、铜杆 的直径大小和铜杆的弯曲度等各种因素, 一般标准 中规定 G达到 60% 就够了。 在铜杆的检测中, 探伤频率对检出缺陷灵敏度 影响较大, 在选择探伤频率的时候, 除了要考虑所需 检出缺陷的位置、形状和大小, 还要兼顾考虑检测线 圈的匝数、宽度等因素。因而在选择频率时要慎重。

因为铜杆的“上引”速度较慢, 一般为 60 cmöm in, 而 且速度比较平稳, 所以速度波动对缺陷的指示影响 不是很大, 所以频率的选取只考虑以下两点: (1) 涡 流的渗透深度; (2)缺陷和其它参数的阻抗变化。选 择检测频率的方法是利用阻抗平面图, 首先找出有 缺陷引起的阻抗变化最大处的频率, 然后找出与干 扰因素阻抗变化最大之间相位差最大处的频率。 在使用穿过式方法进行探伤时, 对于不同直径, 探伤频率的选择亦不一样。一般铜杆径越大, 使用的 频率越低, 反之则越高。有时为提高其相位分离角, 需要提高其检测频率。

3　检测效果评价 通常影响铜杆探伤结果的因素很多, 材质变化、 铜杆和检测线圈的尺寸、缺陷的形状及所处位置、探 伤条件等等, 都影响着对探伤结果的正确评价。数字超声波探伤仪http://www.shuzichaoshengbotanshangyi.com现就 各种影响因素简述如下: ①缺陷的深度、长度和宽度、缺陷所处的位置、 缺陷的种类(孔、槽)等; ②铜杆对涡流探伤的影响主 要体现在电导率方面, 偏析、残留应力等都会引起电 导率的差异; ③铜杆的尺寸和填充系数, 杆径变化直 接影响填充率的大小; ④铜杆柱面曲率变化时引起 的噪声信号; ⑤铜杆与检测线圈相对位置: 当铜杆在 穿过式线圈内部通过时难免有振动发生, 这种振动 会使铜杆与线圈之间的相对位置发生变化。 在Á 14. 4 mm 无氧铜杆上检测到的缺陷信号 如图 1 (a) , 拉制成Á 8. 0 mm 后的缺陷信号如图 1 (b)。金相图表明在Á 14. 4 mm 无氧铜杆的中央部 位(图 2 (a) ) , 有着若干直径小于 50 Lm、内表面光滑 而深度较大的管状气孔, 即使在拉制成Á 8. 0 mm 后, 在其断口上仍清晰可见(图 2 (b) )。 图 1 (a)直径Á 14. 4 mm 和(b)直径Á 8. 0 mm 杆中缺陷阻抗图 　　 图 2 (a)直径Á 14. 4 mm 和(b)直径Á 8. 0 mm 铜杆中缺陷金相图 　　

引起铜杆中心附近管状气孔, 应该是水汽孔, 它 是在铜液中含氢较多时在凝固的后期产生的。铜杆 的“上引”速度较慢且比较平稳, 所以速度波动对缺 陷的指示影响不是很大。

4　结束语 试验表明该系统能精确、快速地检测出无氧铜 杆中的异物和缺陷, 从而提高了铜线的质量及生产 效率, 满足了实际检测的要求。 参考文献: [1 ] 朱安华. 提高上引法无氧铜杆质量的探讨. 江西 铜业工程, 1998 (3): 58 [ 2 ] 李玉军, 将仕良, 杜雪强. 有缝与无缝不锈钢管 的涡流检测鉴别技术. 无损探伤, 2002, 26 (5): 17