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《四川冶金雜志》2015年第一期

1軋機測厚儀工作原理、設備組成、日常維護（以RM214測厚儀為例）

RM214測厚儀適用于測量材料為碳鋼，測量帶鋼厚度0．20mm～3．0mm，精度為＋0．1％，測量帶鋼寬度1200mm，帶鋼速度1200m／s，空氣氣隙300mm，入出口深度1000mm。

1.1RM214測厚儀系統的設備組成（1）C型框架。包括下列主要組件：①水平檢測室，包括校定盒MG－GAZINE。②射源室，直流100kV的X射線源及射源閘門驅動機構。③標準板。④馬達控制箱及C型框架在線／離線的電動驅動機構。（驅動方式是直流電機的鏈條驅動）⑤C型框架的行走軌道及電氣連接盒。⑥射源溫度檢測、水流量檢測、行程等檢測裝置。（2）微機控制系統。包括下列主要組件：①X射線源控制器和驅動控制。②系統的輸入、輸出接口。③ACE能量自動校正功能。④硬盤驅動。⑤合金補償。⑥TCP／IP通訊板（與軋機其他控制柜間的通訊）。⑦雙通道隔離模擬輸出。⑧帶彩顯的操作終端。⑨密封的數碼盤。⑩12″的操作顯示器。（3）主控制柜MEC。包括下列主要組件：①DI／O1數字接口通道，控制C型框架A。②DI／O2數字接口通道，控制C型框架B。③測厚儀操作面板。④DI／O3數字通道（用戶接口單元）。⑤射線驅動板（XRD）。⑥電源板。⑦AI／O1模擬輸入輸出板。⑧MEC計算機系統。（4）連接箱。用于主控制柜與C型框架間的電氣連接。（5）連接箱電源單元。

1.2RM214測厚儀的測量工作原理簡介RM214測厚儀測量的基本原理依賴于被測物體的物理屬性。因為它對射線的吸收和反射與被測物的自然屬性以及被測物的厚度有一定的比例關系。對射源的選擇和使用方法（射源的透射和散射）依賴于被測物的自然屬性和使用要求。射線的傳送方式是選擇在被測物的兩個對立面上，射源（直流X射線發生器）與檢測器分別放在被測物（帶鋼）的上下兩面。隨著被測物的厚度增加，射源線會因為被測物的吸收增加，透過被測物的射源余量減少，檢測器吸收的射源量減少，檢測到的射源量將被轉換為電信號，再送往微信息處理器處理，最終將處理的數據傳送到指定的設備中，參與具體的控制及顯示。RM214測厚儀所使用的微型計算機是一臺采用新的80486微處理器系統，即使在苛刻的環境中也能夠穩定的工作。在C型框架的下層頭部區域安裝有一個直流X射線發生器，在C型框架的上層頭部區域安裝有一個X射線檢測器，當控制射源閘門打開后，X射線發生器所產生的射線最終進入檢測器。X射線發生器所產生的射源量與檢測器所接收的射源量滿足以下公式。任何物體放在射源與檢測器之間，射線強度就會按上述公式進行衰減，衰減的比例取決于被測物的單位面積（厚度）。被測物的厚度增加，射線衰減增強，檢測器接收到的離子流強度減弱。上述公式為精確測量被測物的實際厚度提供了理論依據。被接收到的離子流在檢測器中相應的轉換為0—10V的直流電壓信號，該信號送往主控制柜中，經過換算，得到被測物的實際厚度值。該值依靠TCP／IP通訊協議及MEC單元中的DI／O3接口，與軋機其他相應的PLC進行數據的傳輸、交換，從而參與軋機自動厚度控制（AGC），確保軋機四機架出口帶鋼厚度偏差滿足預定的要求。

1.3RM214測厚儀的日常維護（1）測厚儀的射源部分。射線采用的X射線，長時間受其輻射將對人體造成損傷。在靠近測厚儀時，應確保安全開關在鎖定位置，且應在X射線驅動板（XRO）上將BEAMON關閉后方可進入測厚儀的輻射區域。必要時，應該使用輻射儀對測厚儀周圍進行輻射量的測定（每小時放射量小于0．25mrem為安全距離）。（2）測厚儀預防性維護。完成空標定及電源周期性檢查。為了保持測厚儀的測量精度，軋機應在每次改變鋼種、規格時，對測厚儀進行一次離線空標定。空標定前應確認氣穴中沒有雜物并清潔窗口。（3）周檢。ACEPROCESS自動能量校準過程控制，是該系統的控制核心。RM214測厚儀高頻電壓提供了三個電壓等級：K0－32kV；K1－60kV；K2－90kV，三級電壓分別對應不同的測量范圍。測厚儀在工作一段時間后，射源將有所衰減，能量自動校正過程控制功能能夠自動提高電壓等級以增強射線強度，確保測量精度。因此每周應對ACEPROCESS進行標定，完成最終電壓并觀察、記錄0、1、2三級標定情況，發現有異常應即時處理。（4）月檢。每月要對測厚儀系統的電源、電氣連接、C型框架走行機構、射源冷卻系統、安全連鎖等進行一次全面的檢查。（5）半年檢。每6個月，應對測厚儀進行一次全部樣品的標定，記錄樣品標定數據，并與樣品原始數據進行比較，以確認測厚儀的精度是否滿足要求。（6）定期檢查C型框架及密封裝置，定期對測厚儀進行標定及樣品標定，定期對射源窗口及檢測器窗口進行清潔檢查。

1.4影響測厚儀測量精度的幾個因素（1）軋線的距離對厚度精度的影響，帶鋼越靠近檢測器，則帶鋼吸收量越大，帶鋼檢測值就偏厚。相反，越靠近射源，吸收量就小，檢測到的帶鋼厚度就偏薄。（2）氣穴的溫度同樣也會影響帶鋼厚度值。當溫度上升，則射線速度越大，帶鋼的吸收量就減小，測出帶鋼厚度偏薄。（3）帶鋼的溫度。（4）帶鋼的質量成分不同，其吸收的射線量也不同，都會引起厚度檢則精度的變化。（5）1＃機架前后測厚儀的乳化液空氣吹掃裝置必須投入，以防止升降速時乳化液的霧氣堆積，造成測厚偏差。

2軋機板型儀工作原理、設備組成、日常維護

2.1板型儀（stressmeter）全名冷軋板板型平直度測量系統，其硬件可分成以下幾部分。（1）板型測量輥部分①測量輥結構：板型測量輥設計成實心鋼芯，其直徑為313mm，輥長1196mm，測量沿軸向分為23個測量段，即沿帶鋼寬度方向分為23個測量區，每段寬52mm，所以測量段數及測量輥長可根據帶鋼最寬尺寸增減。其每個測量段內裝有四只磁彈性傳感器，傳感器位于測量輥鋼柱芯軸間槽里，這些槽相互錯位90°，為了維護傳感器，鋼芯外面采用熱裝方法套上鋼環。鋼環質硬耐磨，也具有足夠彈性以傳送帶鋼所施加的徑向作用力。為了實現各測量段各自測量，各環的間隙為0．01mm，環厚10mm。板型輥傳動側裝有一個脈沖發生器，用于測量板型輥的速度，板型輥的傳動控制單元用ABB全數字直流系統TYRAKMIDIⅡ，通過脈沖發生器的反饋，測量輥的轉速調節到與四架出口帶鋼速度同步。板型輥具有一定的強度，其工作時間可超過十年。②傳感器部分：傳感器可比作一只變壓器，其鐵芯由鐵磁性材料組成。在鐵磁體內有一對互為垂直且以軸為對稱的繞組，在一對角線的兩個孔內繞一組線圈，稱為一次繞組（初級繞組）；在與其垂直的另一對角線的兩個孔中繞第二組線圈，稱為二次線圈（次級繞組），利用鐵磁體的壓磁效應，可將作用在鐵磁體上的機械力轉變成為電信號輸出。在傳感器不受外力時，在一、二次線圈中不存在磁力，故二次線圈中不產生感應電動勢。當傳感器受外加徑向力的作用，由于鐵磁材料的磁效應，沿作用力方向的磁導率降低，使磁通量ф產生變化。當外加徑向力越大，則ф就越大，在二次線圈中感應出的電動勢E越大，力與感應電動勢之間為線性關系。所有一次線圈串連連接，二次線圈以四只傳感器為一組，傳感器成反向連接，以便減小溫度變化和離心力對輸出信號的影響。③滑環單元部分：滑環單元位于測量輥操作側，其作用是向傳感器傳送次線圈勵磁電流，傳送各檢測段檢測到的測量信號。滑環單元由許多銀環組成，信號通過與銀環相接觸的電刷傳遞。滑環單元裝有脈沖發生器，其作用是可以直接讀取其旋轉位置與速度。（2）控制計算機（3）VDV視頻顯示裝置（4）操作鍵盤（5）維護用的跟蹤球（6）記錄儀和硬拷貝（7）過程控制信號接口

2.2板型儀工作原理鋼板在軋制中不可避免使帶鋼具有一定的浪形。由于鋼板在橫向上延伸較小，因此，帶鋼相鄰的縱向區域帶鋼的延伸量就不可能完全相等，其相鄰區域之間不能自由移動，因而，帶鋼內部就會形成殘留應力。軋制中，帶鋼張力足以使帶鋼板形呈平直狀態，而一旦張力消失，或處于自然狀態，則帶鋼就會出現“邊浪”、“中浪”、“肋浪”等表面板型缺陷。通過測量帶鋼寬度之間應力分布就可以知道帶鋼間延伸率差，來評價帶鋼板形平直度。測量輥裝在四機架及卷取機之間，當帶鋼建張時就在板形輥徑向產生一個力，這個力對應于帶鋼橫向壓延，在板形輥長度區間分布，基于帶鋼應力值可計算出各個不同測量段相對于平均應力值的偏差，該偏差值以工程單位N／mm2表示。該應力偏差值用于計算機調節4架彎輥力和乳化液來消除帶鋼平直度誤差。在控制中，我們需要板型控制的目標曲線，這是為了滿足用戶不同板型的要求。實測應力分布減去目標曲線的差值就是板型偏差，板型偏差用于板型控制，根據板型偏差來改變4架正負彎輥力和乳化液冷卻噴淋量，使實測板形趨近于目標曲線。攀鋼HC軋機一至四機架具有傾斜及中間輥串輥功能，一至三機架具有工作輥正彎輥功能，四機架具有工作輥正、負彎輥功能，板型儀只修正四架的彎輥及傾斜量，中間輥串輥在軋制前即完成，該部分的重點主要在提高系統響應速度上，經測試后，彎輥及傾斜量的修正效果較為理想，對典型的帶鋼橫斷面不對稱及楔形板形有較強的修正能力。其次，就是冷卻功能，冷卻系統用來消除彎輥和傾斜功能不能解決的殘余板形偏差，主要為高次復合浪和不規則浪，而在實際生產中，很少出現典型的帶鋼橫斷面不對稱或斜楔形狀的板形，表現出來的板形偏差大部分由冷卻系統來修正。板形輥為多段接觸輥式，安裝于第四機架輥與卷取機之間。當帶鋼在測量輥經過時，測量輥內部的傳感器便向信號處理裝置傳遞信息，同時信號處理裝置接收控制主機柜輸入的數據參數，比如，帶鋼的厚度、寬度、速度、張力等。經處理后再將結果傳送至控制柜，發出指令，控制4架彎輥系統，傾斜和冷卻噴射系統，從而實現板形的矯正與控制。

2.3冷軋廠板形儀控制系統存在的問題及改進方法板形儀閉環控制回路投運后，時有發生實測板形與實際板形不一致的情況，實測板形良好，但軋機操作方及后繼工序反映有浪形，板形并不理想，這主要是因為帶鋼橫向壓延理論不完善造成。盡管機械執行器將帶鋼應力分布調節趨于目標曲線，但帶鋼在輥縫中橫向流動并不均勻，這時只要失張時，潛在不良板形就顯現出來，板形儀要求的溫度條件與工藝要求有沖突。工藝要求：乳化液溫度45℃，軋后帶鋼溫度80℃－90℃，四架工作輥溫度為60℃－70℃；而板形儀要求：四架工作輥至少高出乳化液溫度15℃，理想情況是工作輥溫度比乳化液溫度高30℃，這時工作輥形隨乳化液噴淋量調節變化較顯著，但這些工藝要求，在某些方面又無法達到，須進一步解決這方面的問題。另外，聯機改造后，我們重新對帶鋼與輥子包角進行了重新調整，對彎輥、傾斜控制參數也進行優化調整，對冷卻系統控制響應ID調節器進行了調整，以提高響應速度，使輸出板形偏差量在最短時間內消除，達到預設目標曲線板形一致。這次調試后，操作方反映較好，但冷卻系統分段冷卻、基本冷卻須進一步改進，噴嘴有些都已損壞，須及時更換，以達到最佳控制效果。

3DMC鋅層測厚儀系統工作原理、設備組成、日常維護

鍍鋅機組是一條連續生產的機組，帶鋼的涂層均勻度必須嚴格加以控制，既不能過厚也不能過薄，操作人員為了將氣刀與帶鋼的距離、角度、氣刀噴咀的風壓調整好，就需要通過觀察帶鋼涂層的厚度來進行，鋅層測厚儀就起到測量帶鋼鋅層厚度的作用。鍍鋅機組使用的鋅層測厚儀系統是由美國DMC公司提供的。鋅層測厚儀測量架安裝在鍍鋅機組高跨33米平臺上，2＃冷卻段的后面；主控制柜安裝在中央操作室；現場監視器安裝在鋅鍋旁；供電部分安裝在電氣室內。鋅層測厚儀對帶鋼表面進行連續測量得到帶鋼鋅層的平均厚度。

3.1MC鋅層測厚儀系統組成（如圖1）系統供電電源來自負荷中心，為220VAC、55A，此電源經過線性調節器變壓、穩壓和分流后通過配電箱輸出給各個設備。其中220VAC、6．5A供給主控制柜空調，115VAC、6A供給主控制柜，115VAC、5A供給現場操作控制箱，115VAC、1．5A供給現場監視器。主控制柜內有各種CPU板、I／O接口板、信號控制處理板、模塊用于程序運行、數據運算、信號輸入輸出等，柜內安有顯示器顯示測量畫面、系統設置畫面、帶鋼批號數據畫面、氣刀閉環控制畫面等。鍵盤用于參數輸入，軟驅、硬盤用于程序的啟動和保存，六個液晶顯示模塊顯示帶鋼上、下面鋅層重量、總重量、測量頭狀態和機組速度。主控制柜還與線上PLC、氣刀控制柜進行數據通訊。現場監視器顯示帶鋼上、下面鋅層重量、鋅層總重量，操作人員可以通過觀看監視器，在現場對氣刀就地操作盤進行操作，控制鋅層重量的均勻度。33米平臺上的O型測量架安有上、下兩個測量頭用于對帶鋼上、下面的掃描測量，測量頭由一臺90VDC伺服電機（帶編碼器）、控制板、伺服放大器、25∶1的減速器和傳輸皮帶、滑軌組成的傳動系統進行驅動。

3.2系統工作原理測量頭內的1居里Am241射源發出的γ射線穿透鋅層照射到鋼板上后，會刺激產生熒光，熒光從鋼板上折回并再次通過鋅層，由于鋅層吸收了一部分輻射能，所以折回的射線強度會減弱，同時射線在鋅層表面也會反射一部分輻射能，兩種輻射能強度與鋅層厚度關系圖如圖2所示。其中，γ為射線強度，T為鋅層厚度，IA為射線在鋅層表面上反射回的輻射能，IB為射線在鋼板上折回的輻射能。圖中可見，鋅層越厚，IA越強，IB越弱。在上、下測量頭內各有一個電離室，電離室內充滿了惰性氣體氬氣，接有500V的直流高壓電源。反射回的射線使電離室內的惰性氣體發生電離，產生電離電流I，I的大小與反射回的射線強弱成指數關系。I再由現場控制箱中的前置放大器放大，經過模擬回路檢測并轉換為低阻抗的直流電壓，該電壓送到主控制柜內經過A／D轉換為數字信號，CPU將此信號在程序中運算轉變為與鋅層重量成比率的數值，通過數字方式顯示出來。

3.3系統的幾種主要工作方式（1）待機方式。此方式將測量頭射源光閘關閉，測量頭離開帶鋼上方退回到等待位置，這個位置是由一個限位開關檢測到，主控制柜的液晶顯示塊上顯示STANDBY。（2）連續掃描方式。在此方式中，測量頭離開待機位置運行到帶鋼的上方，沿帶鋼的寬度方向按照線上PLC輸入的帶鋼寬度范圍來回掃描測量。在上測量頭安有前、后兩個邊緣檢測器，它們是用來檢測帶鋼兩側邊緣的，如果帶鋼跑偏，測量頭就以邊緣檢測器檢測到的帶鋼邊緣為掃描邊限。另外，在焊縫到達時，測量頭會暫時離開帶鋼，等待下一卷帶鋼的寬度值輸入后再投入測量，以避免出現誤差。（3）定位測量方式。此方式是由操作人員將預先設置好的測量頭掃描位置輸入到系統中，測量頭運行到該位置后則固定不動，一直測量此位置的帶鋼鋅層厚度，該方式目前未使用。（4）樣品測量方式。這種工作方式是為了檢測鋅層測厚儀的測量準確度而使用的，測量頭移動到樣品托架的標準鍍鋅板位置上進行測量，確定測量值與標準值的偏差，液晶塊顯示SAMPLE。（5）標準化方式。鋅層測厚儀系統死機或測量值有偏差時，就需要此方式。測量頭會先移動到樣品托架的純鋅板上方，測量得出9V～9．5V的電壓值；然后又移到純鐵板上方，測量得出0～0．2V的電壓值。如果測量值不在上述的電壓范圍內，說明標準化值有漂移誤差，通過調節前置放大板中的相應的補償電位計使上、下測量頭的電壓值滿足標準范圍。在以上的五種工作方式中，上、下測量頭必須保持同步，否則測量結果將會出錯。在O型測量架的前后邊緣各安有一個極限開關，防止測量頭誤動作撞到邊框上，損傷測量頭。

3.4DMC鋅層測厚儀系統日常維護（1）鋅層測厚儀的測量頭連續運行在帶鋼的表面，雖然帶鋼已經在冷卻段進行了冷卻，但仍有一定的溫度，加上測量頭自身的工作溫度，所以使用了專門的冷卻水回路對測量頭進行冷卻，測量頭的溫度要控制在45℃以下，超過此溫度測量頭將停止測量工作。（2）測量頭的射源光閘打開依靠經過濾的壓縮空氣，如果空氣壓力不夠，測量頭將關閉光閘退出工作。壓縮空氣另一路還用于對測量頭的測量窗口表面進行吹掃，防止灰塵雜質落在窗口上影響測量的準確度。（3）主控制柜內的各種板、模塊和硬盤都需要一個恒定的溫度，該溫度控制在35℃以下，超過此溫度極可能造成系統死機，因此必須保證控制柜空調運行良好和操作室內環境溫度的恒定。（4）測量頭的運行滑軌要保持潤滑，傳動皮帶的松緊度要調節好，避免因機械卡阻造成電機燒壞。

4其它幾種測厚儀簡介

在鍍鋅入口裝有一臺美國DMC公司的450TAC型測厚儀，在1＃橫切機組、縱切機組各裝有一臺清華大學所生產的QNT－4型直讀式同位素測厚儀。在2＃橫切機組、重卷機組各安裝一臺美國DMC公司的450TAC型測厚儀，這5臺測厚儀都用于鋼板厚度測量和厚度顯示，其設備組成、工作原理、日常維護相差不大，現以清華大學的QNT－4型直讀式同位素測厚儀為例進行闡述。

4.1QNT－4型直讀式同位素測厚儀設備組成（1）放射源部分（2）C形架底座（3）射源盒（4）241AM源：低能γ射線源，光子能量為59．5KEV，伴衰期為433年。（5）源盒底座：鋼制準直屏蔽盒，保證射線只照射電力室，而其他方向的射線被吸收（6）填料：惰性氣體氬氣（7）探頭部分：①DHD－6型高壓薄窗電離室，靈敏度為7．2＊10－8A／R／H。②靜電計：超低輸入電流運算放大器（8）主控制柜（9）現場顯示器.

4.2QNT－4型直讀式同位素測厚儀工作原理（如圖3）由放射源放射出的γ射線進入電離室，其中一部分和電離室壁以及電離室內所充的氬氣發生光電效應和散射，其次級電子使電離室內的氣體產生正負離子，在電離室電機電壓的作用下分別流向正負極。正負極收集到的電流為10－9A量級通過靜電即轉變為電壓信號，工作時由于鋼板吸收掉一部分γ射線，使電離室的電離電流減少，靜電計的輸出電壓也隨之變化。鋼板越厚，電離電流就越小，鋼板的半減弱層為0．8mm，也就是鋼板厚度每增加0．8mm電離電流就減少一半，即靜電計的輸出電壓V和鋼板厚度D存在確定的關系。由靜電計輸出的電壓信號V通過電壓／厚度轉換器和A／D（模擬量／數字量）轉換器得到厚度數字值（精度為0．001mm），通過總線輸入8031單片機。單片機計算出厚度絕對值（即實際厚度）和與設定厚度的偏差值鎖存于4511，驅動儀表和現場顯示器顯示厚度和偏差值，偏差值通過D／A轉換器（數字量／模擬量）用于自動記錄和模擬控制。

4.3QNT－4型直讀式同位素測厚儀日常維護（1）電網波動須小于±15％，否則可能出現誤碼或誤調。（2）探測器要求清潔干燥，定期檢查碳頭內是否潮濕，如果發現碳頭圓筒下的鋁板或橡膠板破損要及時更換，否則碳頭會出現不穩定。（3）每天使用前用標準鋼板檢查儀器精度，如有變化，調校電位計到應有的厚度值。（4）失效元件更換時要使用內熱式20W－25W電烙鐵，否則AD515輸入電阻很大會引起損害。

5結束語

攀鋼冷軋廠所使用的板型測量、厚度測量、涂層測量等無損檢測技術只是無損檢測技術在工廠應用的一個方面。無損檢測技術可用于板材生產廠的工藝控制、產品厚度檢測、板型控制等。無損檢測技術既可用于鋼板、有色金屬板材的測量和控制，也可用于非金屬板材，如玻璃、橡膠、石膏等的測量和控制。隨著我國社會生產經濟的發展，無損檢測技術必將廣泛的應用在各個領域。

作者：羅長軍單位：攀枝花鋼釩有限公司冷軋廠