철봉과 빌렛의 결함 검사 방법

봉재를 커버하는 네 가지 방법

단순 육안 검사를 제외한 철봉 검사의 거의 전부는 네 가지 방법 중 하나 또는 이들의 조합으로 수행됩니다. 이들은 자분 탐상, 액체 침투, 초음파 및 전자기 검사입니다. 각각 다른 물리적 특성에 기반하므로 각각 다른 방법이 보는 것을 보지 못하며, 특정 주문에서의 선택은 그 주문이 배제해야 하는 결함에 따릅니다.

철봉에 사용되는 네 가지 방법으로, 각각이 발견하는 것과 출처 기사에 명시된 한계를 보여주며, ASM Handbook, Volume 17의 Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets에서 재현한 것입니다. 업계는 또한 봉재 단계에서 봉재를 검사하는 추가 이유를 언급하는데, 이는 나중에 실패할 부품을 가공하는 데 시간과 에너지를 소비하기 전에 허용할 수 없는 재료를 제거하기 위함입니다.

봉재의 자분 탐상

자분 탐상 검사는 봉재에 자기장을 가하고 결함이 표면에서 자속을 누출하게 하여 미세한 철 분말이 누출부에 침전하여 결함을 윤곽으로 나타냅니다. 이는 이음, 균열 및 랩을 발견하며 표면 아래 짧은 거리까지 도달합니다. 일반적으로 이 방법은 표면 아래 2.5 mm (0.1 in.) 이상의 결함을 검출할 수 없으며, 누출은 깊이에 따라 빠르게 감소하므로 표면 아래 지시는 같은 크기의 표면 지시보다 항상 약합니다.

자기장은 결함을 따라가기보다 결함을 가로질러 흘러야 합니다. 환형 코일 또는 솔레노이드는 종방향 자기장을 형성하여 봉재를 가로지르는 결함을 발견하고, 봉재를 통해 직접 흐르는 전류는 원주 방향 자기장을 형성하여 종방향 결함을 발견합니다. 접촉 패드는 전류가 들어가는 곳에서 봉재를 아크 손상으로부터 보호합니다. 교류는 표면 근처를 이동하며 표면 아래 결함에는 적합하지 않고, 직류는 더 깊이 도달합니다. 대부분의 봉재는 잔류 자기가 거의 없으므로 검사 중 자기장을 유지하며, 완성된 봉재는 이후 가공 중 칩이 달라붙지 않도록 탈자를 수행합니다.

이 방법은 밀 도구보다는 가공 현장 도구입니다. 대량 생산 검사에는 너무 느리고 비용이 많이 드는 것으로 간주되므로, 봉재에서는 압연 라인의 전체 생산량보다는 소량 또는 의심 그룹에 사용됩니다.

인발 봉재 및 와이어의 초음파 검사

초음파 검사는 1~25 MHz의 음파를 봉재에 보내고 결함에서 돌아오는 에코를 읽습니다. 표면 방법으로는 볼 수 없는 내부 결함을 발견하며, 대구경 봉재 및 높은 건전성이 요구되는 곳에 사용됩니다. 봉재에서의 두 가지 약점은 유지해야 하는 커플런트와 전자기 방법보다 느린 라인 속도입니다. 봉재에서는 일반적으로 표면 방법 대신이 아니라 함께 운영됩니다.

기존의 수직 빔 기법은 표면 바로 아래에 미검사 영역을 남기는데, 이는 냉간 인발 봉재가 최악의 결함을 가지는 바로 그 위치입니다. 각도 빔 기법은 그 영역을 채우며, 둘을 함께 운영하면 전체 단면을 커버합니다. 공개된 생산 시스템에서 봉재는 직선으로 공급되고 프로브는 고속으로 주위를 회전하며, 가이드 슬리브와 롤러가 봉재를 잡아 입사각이 진동이나 굽힘에 따라 변하지 않도록 합니다. 표면 바로 아래의 결함에 대해 각도 빔 기록은 0.2~0.3 mm만큼 작은 결함을 검출하며, 이렇게 작은 에코는 수직 빔 기법의 범위를 벗어납니다.

냉간 인발 원형 봉강, 냉간 인발 육각 봉강 및 냉간 인발 선재용으로 공개된 3가지 회전식 초음파 결함 검출 시스템의 사양으로, ASM Handbook Volume 17의 Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets에 있는 Table 1, 2, 3에서 재현한 것이다. Not stated는 해당 시스템에 대해 출처가 제시하지 않은 매개변수를 표시한다. 육각 라인에서 6개의 수직빔 프로브와 6개의 각도빔 프로브는 원주를 따라 배치되어 전체 단면이 커버되며, 커플링 매체는 봉강의 녹 발생을 방지하기 위해 선택된 특수 오일이다.

선재는 두 가지가 아닌 세 가지 프로브 모드로 같은 아이디어를 활용한다. 표면파 모드는 표면 결함을 찾고, 각도빔 모드는 표면 근처 결함을 찾으며, 수직빔 모드는 선재 내부의 결함을 찾는다. 해당 시스템에 대해 공개된 결과는 표면에서 최소 결함 깊이 0.1 mm 및 내부 최소 결함 크기 0.2 mm를 제시하며, 이를 통해 냉간 인발 선재의 전체 단면을 한 번의 패스로 검사할 수 있다.

와전류 및 회전 프로브

와전류 검사는 생산에서 봉강 검사를 담당하는 방법이다. 코일의 교류 전류는 봉강에 전류를 유도하며, 결함, 강종 변화 또는 경도 변화는 모두 계기가 보고하는 방식으로 이러한 전류를 교란한다. 둘러싸는 코일만으로는 선형 결함에 약한데, 봉강을 따라 이어지는 결함은 전체 길이에 걸쳐 코일의 동일한 부분 아래에 머물기 때문이다. 대신 봉강 주위로 프로브를 회전시키면 표면 위에 나선을 그리게 되고, 선형 결함은 다른 결함과 마찬가지로 프로브를 가로지른다.

냉간 인발 봉강용으로 공개된 2가지 회전 프로브 와전류 시스템의 사양은 Table 4에, 냉간 단조 고장력 전단 볼트 헤드용 1가지 시스템의 사양은 Table 5에 있으며, ASM Handbook Volume 17의 Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets에서 재현한 것이다. 인발 봉강 시스템에서 최소 검출 가능 결함 깊이는 0.1 mm이며, 60 m/min의 이송 속도에서 전체 표면이 프로브 코일 길이와 동일한 최소 검출 가능 결함 길이로 커버된다. 볼트 헤드는 더 거친 표면을 가지므로 최소 검출 가능 깊이는 0.3 mm이다.

투자율 시스템이 찾아낼 수 있는 심(seam)의 크기

전자기 계열에는 전도도가 아닌 투자율을 기반으로 구축된 시스템도 포함되며, 이러한 시스템은 결함을 찾고 재료를 분류하는 시스템이다. 투자율 시스템은 결함 또는 상태 변화가 봉강의 자성 상태에 일으키는 변화를 판독하므로, 그 도달 범위는 봉강이 지닌 균일한 잔류 응력의 정도에 의해 결정된다. 최상의 검출은 열처리, 담금질, 인발 및 기계 교정된 봉강에서 얻어지며, 검출 성능은 냉간 인발 및 기계 교정 소재, 냉간 인발 및 어닐링 소재, 센터리스 연삭된 열간 압연 소재, 마지막으로 일반 열간 압연 소재 순으로 단계적으로 떨어진다.

냉간 인발, 기계 교정된 원형 봉강에서의 실용적인 수치는 봉강 직경 1.6 mm당 최소 검출 가능 심 깊이 약 0.025 mm이며, 육각형 또는 정사각형 단면의 동일 소재는 교정기의 작용 방식 때문에 더욱 민감하다. 교정 후 봉강은 최상의 감도를 위해 실온에서 24~48시간 동안 시효 처리되며, 대기 시간을 단축하기 위해 최대 260 C의 저온 응력 제거를 대신 사용할 수 있다.

냉간 인발 및 기계 교정된 봉재에서 자기 투자율 시스템으로 검출되는 최소 결함 깊이로, ASM Handbook Volume 17의 Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets에서 발췌하였습니다. 표면 아래 도달 깊이는 탄소 함량에 따라 달라지며, 출처에 따르면 저탄소강의 경우 약 6.4 mm, 중탄소강의 경우 7.9 mm, 많은 합금강의 경우 최대 13 mm입니다.

이 등급 시스템의 두 가지 추가 특성이 구매 주문서에서 중요합니다. 인발 감소율이 클수록 결함 신호가 증가하므로, 1.6 mm 감소율로 인발된 봉재는 일반적인 0.8 mm 감소율로 인발된 봉재보다 약 50% 더 큰 신호를 제공하며, 3.2 mm 감소율은 약 90% 더 큽니다. 이러한 시스템으로 검사되는 봉재는 직경 4.8~140 mm이며, 2차 코일의 내경은 봉재보다 3.2~6.4 mm 더 크게 설계되어야 합니다.

다른 특성은 투자율 시스템이 봉재의 끝단을 검사할 수 없다는 것입니다. 전단과 후단이 자기장에 들어오고 나갈 때 자기장이 왜곡되며, 각 끝단에서 손실되는 길이는 봉재 직경에 따라 증가합니다. 평균 라인 속도 37~46 m/min에서 공개된 수치는 다음과 같습니다.

투자율 시스템에서 봉재의 각 끝단 비검사 길이로, ASM Handbook Volume 17의 Nondestructive Inspection of Steel Bar, Wire and Billets에서 발췌하였습니다. 이러한 끝단 효과 때문에 봉재의 결함 검출 보고서는 일반적으로 전체 길이가 아닌 봉재 본체에 대해 인용됩니다.

빌렛이 봉재보다 검사하기 어려운 이유

빌렛은 봉재보다 단면과 직선도가 덜 균일하고 표면이 더 거칠어 설정과 판독 모두 어렵습니다. 표면은 일반적으로 먼저 뜨거운 산에서 산세 또는 그릿 블라스팅으로 준비되지만, 밀착된 스케일은 방법을 무디게 할 만큼 두껍지 않으면 방해하지 않습니다. 빌렛의 자분 탐상 검사는 일반적으로 습식 및 형광으로 실시되며, 누설 자기장은 평평한 면 전체에 걸쳐 균일하지 않은데, 면의 중앙에서 가장 강하고 모서리에서는 거의 없기 때문입니다.

빌렛의 자화 수준은 보고서가 규격에 대해 인용될 때 알아둘 가치가 있는 경험 법칙을 따릅니다. 대략 재료 직경 25 mm당 1000 Adc가 대부분의 중요한 검사에 만족스러우며, 이는 약 1.2 × 10의 4승 A/m, 즉 157 Oe의 등가 표면 자기장에 해당합니다. 대부분의 실제 대형 빌렛 검사는 그 절반 이하로 운영됩니다. 입자 크기는 중요한 결함에 맞춰 선택되며, 약 0.64 mm보다 깊은 결함이 중요한 압연 빌렛의 경우 약 10~50 마이크로미터의 입자가 사용되어 큰 지시가 두드러지고 아주 사소한 것은 무시됩니다.

연속 주조 제품에서는 결함의 성격이 달라집니다. 슬래그 포켓은 표면 근처 개재물로, 일반적으로 표면 아래 2.5 mm 깊이 층 내에서 발견되며, 직경이 0.8 mm 미만에서 3.2~6.4 mm까지입니다. 연속 주조 제품의 균열은 깊고 조밀하며 진동 마크를 따라 또는 가로질러 진행될 수 있습니다. 결함이 압연 결함보다 더 표면 아래에 있고 더 넓기 때문에, 자화 수준은 일반적으로 압연 빌렛보다 높아야 합니다.

빌렛의 와전류 검사는 자분 탐상에 비해 한 가지 분명한 장점이 있는데, 그것은 작업자의 판단에 의존하지 않으며 단면의 모서리에도 평평한 면만큼 철저히 도달한다는 것입니다. 정사각형 빌렛은 관통 코일을 통과할 수 없으므로 이를 사용할 수 없어, 드럼에 장착되고 마모 슈와 스프링 롤러에 의해 면에 밀착되는 회전 프로브 유닛을 사용합니다. 표면 위 프로브의 속도는 작업 대역 내로 유지되어야 하며, 해당 시험의 공개된 최적 속도는 25~43 m/min인데, 대역 아래에서는 결함 깊이 판독이 일관되지 않고 대역 위에서는 전자 장치가 바람직하지 않은 노이즈를 생성하기 때문입니다.

등급 및 재고

이러한 방법이 찾는 결함 유형은 각각의 그림과 함께 하나씩 설명되어 있습니다: 철봉 결함 페이지. 많은 제철소가 결함 검출과 함께 실시하는 저배율 검사는 다음에 설명되어 있습니다: 매크로에칭 및 탄화물 편석 페이지, 그리고 봉재의 납품 방식과 표면 상태 기준은 다음에 있습니다: 봉재 납품 조건 페이지.

결함 검출 보고서는 패키지 내 하나의 문서이며, 주문에 명시된 합격 한계가 그 기준입니다. 시험 보고서 자체를 포함한 더 넓은 검증 세트는 다음에 수집되어 있습니다: 공구강 품질 검증 페이지. 결함이 발견된 후 크기를 측정해야 하는 경우, 측정 측면은 다음에 있습니다: 개재물 및 결정립 크기 페이지.

출처: ASM Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, ASM International, 1989.