鑄軋工藝質量檢測：關鍵技術與應用實踐

引言：鑄軋工藝的獨特優勢與挑戰
鑄軋技術將液態金屬鑄造與固態軋制過程緊密結合，實現了從熔融金屬到近終形薄帶材或板材的高效、節能生產。這一工藝顯著縮短了傳統流程，降低了能耗，在鋁、銅、鎂合金及某些特種鋼材領域日益重要。然而，工藝的連續性與復雜性也帶來了獨特的質量控制挑戰：凝固缺陷與軋制缺陷并存，高溫、高速環境下的實時監測難度大，對產品質量的一致性提出了更高要求。因此，精準、高效、全面的質量檢測技術成為鑄軋生產線穩定運行和產品質量保障的核心要素。

鑄軋工藝關鍵環節與典型缺陷

• 熔煉與凈化： 熔體純凈度是基礎。氫含量、夾雜物（氧化物、熔渣）超標會導致后續氣孔、夾渣等缺陷。需在線監測熔體成分、溫度及含氫量。
• 鑄造區（鑄嘴與輥縫）：
  • 鑄嘴堵塞/偏流： 造成帶材厚度不均或表面條痕。
  • 凝固不均： 中心偏析、組織粗大、表面冷隔等。
  • 熱裂紋： 凝固收縮應力與輥子約束導致。
• 軋制變形區：
  • 軋輥缺陷傳遞： 輥面損傷印壓至帶材表面（壓痕、劃傷）。
  • 板形不良： 輥縫控制不當導致邊浪、中浪等。
  • 軋制裂紋/邊裂： 變形不均勻或溫度控制不佳引發。
• 冷卻與卷取： 殘余應力、層間擦傷等。

鑄軋過程核心檢測技術與設備

1. 熔體在線監測技術：

   • 氫含量分析儀： 利用減壓凝固法或電化學探頭原理，實時監控熔鋁液氫含量，指導精煉操作。
   • 在線光譜儀（OES）： 快速分析熔體主要合金元素及痕量雜質含量，確保成分精確達標。
   • 夾雜物檢測：
     • LiMCA (液態金屬潔凈度分析儀)： 基于電感應原理，統計大尺寸夾雜物數量與尺寸分布。
     • PoDFA (加壓過濾-衍射分析)： 離線標準方法，用于標定和驗證在線結果，提供夾雜物類型信息。

2. 鑄軋界面與表面質量在線檢測：

   • 高溫工業攝像機系統：
     • 位置： 鑄嘴出口、軋輥咬入區附近。
     • 功能： 實時觀察熔池液位穩定性、帶坯初始凝固狀態（冷隔、裂紋萌芽）、表面宏觀缺陷（拉裂、異物壓入）。需特殊冷卻與防護。
   • 激光輪廓儀/激光測厚儀：
     • 位置： 緊鄰軋輥出口。
     • 功能： 非接觸式高速測量帶材橫向厚度分布（斷面輪廓）及凸度，是板形控制的關鍵反饋源。
   • 紅外熱成像儀：
     • 位置： 沿生產線多個關鍵點。
     • 功能： 監測帶材表面溫度場分布，評估凝固均勻性、冷卻效果，間接反映內部組織狀態，輔助識別溫度異常區域（潛在缺陷區）。

3. 成品板帶材表面質量檢測：

   • 基于機器視覺的在線表面檢測系統：
     • 原理： 高分辨率線陣/面陣相機配合高均勻性線光源或面光源。
     • 功能： 高速掃描帶材上下表面，自動識別、分類、定位各類表面缺陷（劃傷、壓痕、氧化斑點、起皮、孔洞、輥印、油污等）。
     • 挑戰： 處理帶材反射、振動、高速運動帶來的成像干擾；缺陷智能分類算法是關鍵。
   • 渦流檢測：
     • 應用： 主要用于導電帶材（鋁、銅）近表面缺陷（裂紋、氣孔）的快速掃查，對表面狀態敏感。

4. 成品板帶材內部質量與性能檢測：

   • 超聲波檢測（UT）：
     • 離線/在線： 水浸式或輪式探頭。檢測內部夾雜、分層、氣孔等體積型缺陷及厚度測量。
     • 技術發展： 電磁超聲（EMAT）無需耦合劑，更適合高溫或高速在線應用。
   • 力學性能檢測：
     • 在線/取樣： 硬度測試（里氏、韋氏硬度計快速估測）；取樣進行拉伸試驗獲取精確屈服強度、抗拉強度、延伸率等。
   • 金相分析（離線）： 取樣觀察微觀組織（晶粒度、第二相分布、偏析等），評估工藝制度合理性。
   • 板形測量儀（平直度檢測）： 利用激光或光學三角測量原理，精確測量帶材平直度（浪形、翹曲）。

檢測技術應用策略與挑戰

• 分層部署，關鍵點監控： 在熔煉、鑄軋界面、軋后冷卻、卷取前、成品分切等多環節部署不同檢測手段，形成質量監控網絡。
• 在線與離線結合： 在線檢測實時預警控制，離線檢測深入分析驗證校準。
• 數據融合與智能分析： 整合溫度、厚度、表面圖像、超聲等多源數據，應用大數據分析、人工智能（尤其是深度學習的圖像識別）技術，實現：
  • 更準確的缺陷識別與分類。
  • 缺陷根源分析與工藝參數優化反饋（預測性質量控制）。
  • 產品質量的自動評級與分檔。
• 挑戰應對：
  • 高溫環境： 檢測設備的耐高溫防護與冷卻至關重要。
  • 高速與穩定性： 檢測系統需具備高速響應能力，抗振動干擾。
  • 復雜缺陷辨識： 鑄軋缺陷形態復雜多變，對AI算法的訓練數據量與模型泛化能力要求高。
  • 系統集成與成本： 多種技術的無縫集成與高昂投入是企業需權衡的因素。

技術發展趨勢與未來展望

鑄軋檢測技術正朝向智能化、集成化、高精度化、非接觸化方向快速發展：

1. 人工智能深度應用： 深度學習在表面缺陷檢測的識別率與分類精度上將持續突破；AI驅動的多模態數據融合分析將提升缺陷溯源與工藝優化的能力。
2. 新型傳感技術： 更高溫耐受性、更快響應速度、更高分辨率的新型傳感器（如齊全熱成像芯片、太赫茲成像、高能高速X射線成像）將拓展檢測邊界，尤其對內部缺陷的在線探測能力。
3. 在線無損檢測深化： 電磁超聲、激光超聲技術在高溫鑄軋帶坯內部質量在線檢測的應用將更成熟；基于云平臺的分布式在線檢測數據管理成為趨勢。
4. 數字孿生與預測質量控制： 結合工藝模型與實時檢測數據構建鑄軋過程的數字孿生體，實現產品質量的預測性控制，從“事后檢驗”轉向“事前預防”。
5. 標準化與數據共享： 行業對鑄軋缺陷的定義、檢測方法、評判標準的統一需求增強，促進數據共享與模型互認。

結語：質量之眼，鑄軋之基

鑄軋工藝以其高效節能的優勢在金屬材料加工領域扮演著越來越重要的角色。全面而精準的質量檢測體系，如同為高速運轉的鑄軋生產線裝上了明亮的“眼睛”和智慧的“大腦”。從熔體純凈度的源頭把控，到鑄軋界面的實時監控，再到成品表面與內部質量的嚴格檢驗，以及依托數據驅動的智能分析與優化，檢測技術貫穿始終，是保障工藝穩定、提升產品品質、增強市場競爭力的基石。面對未來，智能化、集成化的齊全檢測技術，必將賦能鑄軋工藝邁向更高精度、更優品質、更強韌性的新階段，為金屬材料的綠色高效制造貢獻核心力量。