一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置。本發(fā)明的檢測(cè)裝置，由加熱保溫系統(tǒng)、金屬熔體存儲(chǔ)單元、功率超聲系統(tǒng)、熔體電阻或電阻率檢測(cè)系統(tǒng)、熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等組成。本發(fā)明的裝置能夠檢測(cè)并利用結(jié)構(gòu)敏感的物理參數(shù)－電阻參數(shù)的變化量Δr來(lái)表征超聲致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的檢測(cè)裝置，、成功解決了功率超聲導(dǎo)入桿的絕緣問(wèn)題，克服了利用伏安法測(cè)量超聲致金屬熔體電阻時(shí)的超聲桿影響，并利用先進(jìn)的電子測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電阻和溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、同步、連續(xù)和高精度自動(dòng)采集和處理，且采用雙電極法和四電極法均可實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]控制凝固行為的關(guān)鍵是控制金屬熔體的形核過(guò)程。一切可以提高形核率的方法均可以實(shí)現(xiàn)凝固組織的細(xì)化。熔體預(yù)處理可以改變?nèi)垠w結(jié)構(gòu)，提高形核率，因此是實(shí)現(xiàn)鑄態(tài)組織細(xì)化的常用方法。金屬熔體的外場(chǎng)預(yù)處理細(xì)化是促進(jìn)均質(zhì)形核實(shí)現(xiàn)細(xì)化的工藝方法，其機(jī)理之一是通過(guò)改變?nèi)垠w結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)起伏平衡狀態(tài)以提高形核率，也就是說(shuō)，外場(chǎng)的施加改變了金屬熔體的近程有序結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)化。
[0003]對(duì)于熔體預(yù)處理工藝的細(xì)化效果的考察，一般通過(guò)建立預(yù)處理工藝參數(shù)與凝固組織之間的關(guān)系來(lái)優(yōu)化預(yù)處理工藝方法與技術(shù)參數(shù)范圍。其存在的問(wèn)題是對(duì)預(yù)處理效果考察存在滯后性和不連續(xù)性，即試驗(yàn)周期長(zhǎng)，且無(wú)法對(duì)預(yù)處理過(guò)程進(jìn)行全程考察。另外，如前所述，熔體預(yù)處理細(xì)化效果在本質(zhì)上是與熔體結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的形核率變化有關(guān)，而不同的熔體預(yù)處理工藝卻可能導(dǎo)致相同的凝固細(xì)化效果，即預(yù)處理工藝條件與熔體結(jié)構(gòu)不見(jiàn)得是單值關(guān)系，而在冷卻條件一致時(shí)，熔體結(jié)構(gòu)與形核率和凝固細(xì)化效果卻有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，如果能夠?qū)θ垠w結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)考察，從而建立熔體結(jié)構(gòu)與細(xì)化效果之間的關(guān)系，那么只要考察預(yù)處理?xiàng)l件所獲得的熔體結(jié)構(gòu)變化行程，即可預(yù)測(cè)相應(yīng)的細(xì)化效果。這樣不僅可以縮短工藝優(yōu)化試驗(yàn)周期，而且可使工藝優(yōu)化更精細(xì)化。然而，金屬熔體大多處于高溫狀態(tài)，對(duì)高溫金屬熔體的實(shí)驗(yàn)研究與檢測(cè)十分困難，致使人們對(duì)金屬熔體的認(rèn)知較膚淺，因此，對(duì)熔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量描述的表征方法及其檢測(cè)方法是研究的熱點(diǎn)之一。
[0004]對(duì)于金屬熔體結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，主要有直接和間接測(cè)試方法。直接檢測(cè)是采用X射線(xiàn)衍射、中子衍射、同步光源輻射、擴(kuò)展X射線(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收等技術(shù)直接對(duì)金屬熔體進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)衍射強(qiáng)度可以得到液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)參數(shù)信息，其中最主要的是獲得原子分布函數(shù)的徑向分布函數(shù)，從而計(jì)算得到金屬的熔體結(jié)構(gòu)，但是，采用光譜衍射直接檢測(cè)在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上卻存在諸多困難，造成難以獲得精確可靠、可重復(fù)性高的檢測(cè)數(shù)據(jù)。其主要困難是金屬熔體在光譜衍射豎直方向存在難以避免的厚度為幾十微米的薄膜，同時(shí)還須把樣品室在真空或充氣環(huán)境中與空氣隔離，射線(xiàn)通過(guò)樣品室的窗口進(jìn)入。對(duì)于易氧化或者蒸氣壓較高的金屬熔體樣品，衍射結(jié)果很難排除氧化膜和衍射窗口上沉積物的影響，因此，檢測(cè)數(shù)據(jù)可重復(fù)性差。更重要的是，射線(xiàn)直接衍射檢測(cè)不僅設(shè)備復(fù)雜，而且其譜線(xiàn)須經(jīng)過(guò)繁瑣的數(shù)據(jù)處理，因此難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0005]從統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)角度看，熔體微觀(guān)結(jié)構(gòu)的變化必然導(dǎo)致宏觀(guān)熱力學(xué)性質(zhì)的變化，也必然引起金屬熔體的物理性質(zhì)的變化，即金屬熔體的物理性質(zhì)與熔體的結(jié)構(gòu)因子密切相關(guān)。電阻是熔體結(jié)構(gòu)的敏感物理量，也是熔體物性中最容易檢測(cè)的物理量。根據(jù)Ziman電阻理論，金屬熔體的電阻率是結(jié)構(gòu)因子的函數(shù)。電阻測(cè)量可以從電子層次間接推測(cè)研究金屬熔體的結(jié)構(gòu)變化，同時(shí)與其他方法相比，電阻法能夠提供更多的有關(guān)短程有序方面的信息。因此，通過(guò)研究外加物理場(chǎng)處理金屬熔體導(dǎo)致的電阻變化，將可表征外加物理場(chǎng)導(dǎo)致的熔體結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而建立金屬熔體的電阻變化與凝固細(xì)化效果之間的關(guān)系。盡管有關(guān)液體金屬通過(guò)電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)來(lái)研究熔體結(jié)構(gòu)已經(jīng)取得了許多進(jìn)展，但相關(guān)研究主要集中在熔體狀態(tài)與組成變化對(duì)熔體結(jié)構(gòu)的影響，鮮有外加物理場(chǎng)對(duì)金屬熔體結(jié)構(gòu)影響的電阻表征方法與檢測(cè)方法的研究。
[0006]由于超聲波在液體介質(zhì)傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)和熱效應(yīng)，這些非線(xiàn)性效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致液體介質(zhì)產(chǎn)生一系列物理或化學(xué)變化。大量研究已表明，在金屬或合金熔融狀態(tài)或凝固過(guò)程中施加超聲場(chǎng)可以顯著細(xì)化其凝固組織，是提高金屬材料機(jī)械性能的最有效方法之一。提出可以準(zhǔn)確表征超聲致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的導(dǎo)電參數(shù)并實(shí)現(xiàn)其方便準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)金屬熔體超聲預(yù)處理工藝優(yōu)化及其對(duì)細(xì)化機(jī)理的研究均具有十分重要的意義。
[0007]金屬熔體電阻測(cè)量方法主要有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)法(間接法)及其改進(jìn)方法，和直流四電極法或改進(jìn)四電極法(直接方法)。前者是利用線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)在熔體中產(chǎn)生的渦流，渦流產(chǎn)生反向磁場(chǎng)使線(xiàn)圈有效阻抗發(fā)生變化。這種變化完整且唯一反應(yīng)了熔體阻抗的變化。但由于檢測(cè)用交變磁場(chǎng)與超聲及其機(jī)構(gòu)的相互干擾，間接法無(wú)法實(shí)現(xiàn)超聲致金屬熔體電阻變化的準(zhǔn)確檢測(cè)，而金屬熔體中超聲的導(dǎo)入往往采用金屬超聲桿，因此，普通直流四電極法也無(wú)法排除超聲桿導(dǎo)電所造成的干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，該裝置能夠?qū)饘偃垠w預(yù)處理過(guò)程中以及超聲處理之后的整個(gè)行程中的電阻或電阻率隨時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、連續(xù)的檢測(cè)，通過(guò)獲得的電阻或電阻率一時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)，獲得可以表征超聲處理導(dǎo)致的熔體結(jié)構(gòu)變化的電阻或電阻率變化量以及變化量隨時(shí)間的變化情況，從而準(zhǔn)確評(píng)價(jià)超聲處理的功率、處理時(shí)間和處理溫度等工藝技術(shù)條件對(duì)熔體結(jié)構(gòu)變化以及所獲得的非穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的影響規(guī)律，從而對(duì)該熔體適合的鑄造時(shí)間和凝固后的組織進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0009]本發(fā)明的檢測(cè)超聲致金屬熔體電阻變化值的裝置，包括加熱保溫系統(tǒng)、金屬熔體存儲(chǔ)單元、功率超聲系統(tǒng)、熔體電阻或電阻率檢測(cè)系統(tǒng)、熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；其中，所述的加熱保溫系統(tǒng)由箱式電阻加熱保溫爐與電阻加熱保溫爐控溫柜相組成，所述的金屬熔體存儲(chǔ)單元置于電阻加熱保溫爐，開(kāi)設(shè)有兩個(gè)電極插入孔和超聲導(dǎo)入桿插入孔，電極插入孔和超聲導(dǎo)入桿插入孔通過(guò)一個(gè)水平設(shè)置的圓孔相連通，金屬熔體存儲(chǔ)在電極插入孔、超聲導(dǎo)入桿插入孔和水平設(shè)置的圓孔所形成的空間內(nèi)；所述的功率超聲系統(tǒng)由超聲發(fā)生器、超聲換能器和超聲變幅導(dǎo)入桿組成，超聲發(fā)生器與超聲換能器相連，超聲換能器與超聲變幅導(dǎo)入桿相連，超聲變幅導(dǎo)入桿插入金屬熔體存儲(chǔ)單元的超聲導(dǎo)入桿插入孔內(nèi)，與金屬熔體相接觸；所述的熔體電阻檢測(cè)系統(tǒng)由電阻測(cè)試儀、測(cè)量電極和連接導(dǎo)線(xiàn)組成，測(cè)量電極的一端插入電極插入孔，另一端與電阻測(cè)試儀相連；所述的熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)由測(cè)溫?zé)犭娕己蜏囟饶M信號(hào)采集表組成，測(cè)溫?zé)犭娕家欢瞬迦肴垠w內(nèi)部，一端與溫度模擬信號(hào)采集表相連；電阻測(cè)試儀和溫度模擬信號(hào)采集表分別與熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相連。
[0010]其中，所述的電阻加熱保溫爐和電阻加熱保溫爐控溫柜的額定功率為12kW，額定電壓為380V，采用三相電源供電，控溫精度為±2°C，在電阻加熱保溫爐的上蓋上開(kāi)設(shè)有和金屬熔體存儲(chǔ)單元孔的位置相對(duì)應(yīng)的預(yù)留孔。
[0011]所述的金屬熔體存儲(chǔ)單元由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97wt%的具有不同粒度鎂質(zhì)澆鑄料MgO與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt%的結(jié)合劑混合而成的耐火材料,或者是娃酸招耐火材料,經(jīng)過(guò)高壓搗制并在高溫煅燒制備而成的；所述的金屬熔體存儲(chǔ)單元的兩個(gè)電極插入孔左右對(duì)稱(chēng)豎直向下，超聲導(dǎo)入桿插入孔是在兩個(gè)電極插入孔中間的豎直圓孔，所述的超聲導(dǎo)入桿插入孔的深度是電極插入孔深度的4/5。
[0012]所述的超聲變幅導(dǎo)入桿與金屬熔體相接觸的部分表面噴涂具有耐金屬熔體侵蝕的絕緣涂層，絕緣涂層種類(lèi)為Zr02-Ca0、ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3或ZrO2-CeO2。
[0013]所述的電阻測(cè)試儀的測(cè)量分辨率為I μ Ω或0.1 μ Ω，并具有RS232接口。
[0014]所述的測(cè)量電極的數(shù)量是2或4，2個(gè)測(cè)量電極分別插入兩個(gè)電極插入孔，電阻測(cè)試儀的電流與電壓端口均與同一電極連接，或者4個(gè)測(cè)量電極分為兩對(duì)分別插入電極插入孔中，電阻測(cè)試儀的電流端口與遠(yuǎn)離超聲導(dǎo)入桿插入孔一側(cè)的兩個(gè)電極連接，電壓端口與靠近遠(yuǎn)離超聲導(dǎo)入桿插入孔一側(cè)的兩個(gè)電極連接，測(cè)量電極是鑰棒、鎢棒、鐵棒或銅棒，測(cè)量電極暴露在金屬液面以上部分均采用耐高溫氧化涂層或包套保護(hù)。
[0015]所述的測(cè)溫?zé)犭娕际荎型熱電偶，從金屬熔體存儲(chǔ)單元的超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔插入到金屬熔體內(nèi)，所述的溫度模擬信號(hào)采集表為帶RS485或RS232通訊接口的數(shù)字顯示溫度表。
[0016]所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是由帶AD/DA高速數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)算機(jī)硬件和實(shí)時(shí)連續(xù)顯示和存儲(chǔ)電阻和溫度數(shù)據(jù)的采集軟件組成，數(shù)據(jù)采集卡與電阻測(cè)試儀接口和溫度模擬信號(hào)采集表的RS-485接口相連。
[0017]所述的金屬熔體是純金屬熔體或合金金屬熔體。
[0018]采用本發(fā)明的超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置檢測(cè)超聲致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0019](I)將測(cè)量電極沿電阻加熱保溫爐上蓋的預(yù)留孔插入電極插入孔中，直至電極接觸到電極插入孔底部并進(jìn)行固定，連接好檢測(cè)回路；
[0020]將測(cè)溫?zé)犭娕紡某曌兎鶎?dǎo)入桿插入孔插入到水平設(shè)置的圓孔中心位置并固定好;
[0021]將超聲變幅導(dǎo)入桿通過(guò)超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔插入到屬熔體存儲(chǔ)單元，并置于水平設(shè)置的圓孔上方；
[0022]將電阻加熱保溫爐升溫預(yù)熱至待測(cè)金屬的熔化溫度，打開(kāi)保溫爐上蓋，將預(yù)先加熱到液相線(xiàn)以上150?250°C的合金熔體澆入金屬熔體存儲(chǔ)單元中，直至金屬熔體液面達(dá)到距離存儲(chǔ)單元上口 1mm,重新蓋上爐蓋；
[0023](2)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并運(yùn)行采集軟件，將超聲發(fā)生器的超聲功率調(diào)節(jié)至目標(biāo)值，調(diào)節(jié)電阻加熱保溫爐溫度，直至金屬熔體溫度穩(wěn)定在待測(cè)的溫度T，并至少保溫30min ；
[0024](3)當(dāng)采集軟件獲取的熔體溫度T和電阻值Rtl或電阻率P。已經(jīng)保持恒定，即溫度波動(dòng)范圍小于土TC,電阻值波動(dòng)范圍小于±1μ Ω時(shí)，開(kāi)啟超聲發(fā)生器對(duì)金屬熔體施加超聲場(chǎng)，并保持施加狀態(tài)直到設(shè)定的施加時(shí)間點(diǎn)，立即關(guān)斷超聲發(fā)生器，終止超聲施力口，施加超聲結(jié)束后超聲變幅導(dǎo)入桿不移出超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔，保持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，直至待測(cè)金屬溶體的電阻值或電阻率值恢復(fù)為施加超聲時(shí)間之前的數(shù)值，并保持15-20min以上，然后保存采集數(shù)據(jù)文件；
[0025](4)將所采集的數(shù)據(jù)文件繪制成金屬熔體電阻R隨時(shí)間t變化的R(t)函數(shù)曲線(xiàn)圖，或電阻率P隨時(shí)間t變化的P (t)函數(shù)曲線(xiàn)圖，通過(guò)R(t)函數(shù)曲線(xiàn)圖獲得該合金熔體在溫度T及超聲處理?xiàng)l件下的AR’ Ar, At0, At1, Λ t2和At，其中Λ R代表施加超聲期間，檢測(cè)得到的金屬熔體的電阻相對(duì)于Rtl的瞬態(tài)變化量，代表在停止施加超聲后，金屬熔體仍然保留的電阻值相對(duì)于Rtl的持久變化量，At1代表保持不變的時(shí)間長(zhǎng)度，是超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定期或超聲孕育最優(yōu)期，Δ t2代表△ r逐漸變小直至為O的時(shí)間長(zhǎng)度,是超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)復(fù)原期或超聲孕育衰減期，At=AtfAt2是超聲停止之后,金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的存留階段，稱(chēng)為超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)存留期或超聲孕育有效期；
[0026]通過(guò)P (t)函數(shù)曲線(xiàn)圖獲得該合金熔體在溫度T及超聲處理?xiàng)l件下的，Λ p，At0, At1, At2和At，其中Λ P ’代表施加超聲期間，檢測(cè)得到的金屬熔體的電阻率值相對(duì)于P。的瞬態(tài)變化量，△ P代表在停止施加超聲后，金屬熔體仍然保留的電阻率值相對(duì)于P。的持久變化量，At1代表△ P保持不變的時(shí)間長(zhǎng)度，是超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定期或超聲孕育最優(yōu)期，At2代表Ar逐漸變小直至為O的時(shí)間長(zhǎng)度，是超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)復(fù)原期或超聲孕育衰減期，At=A tl+ Δ t2是超聲停止之后，金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的存留階段，稱(chēng)為超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)存留期或超聲孕育有效期；
[0027](5)為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，重復(fù)進(jìn)行步驟(3)和步驟(4)測(cè)量若干組數(shù)據(jù)。
[0028]在測(cè)量過(guò)程中向待測(cè)金屬熔體液面上方通以Ar或CO2保護(hù)氣體。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
[0030]本發(fā)明的基本原理如說(shuō)明書(shū)附圖圖1所示，對(duì)于金屬熔體的超聲處理工藝，研究目標(biāo)是超聲所導(dǎo)致的金屬熔體結(jié)構(gòu)的變化程度，而對(duì)金屬熔體本身的結(jié)構(gòu)狀態(tài)并不是問(wèn)題的關(guān)鍵，因此，需要準(zhǔn)確測(cè)量的是可以表征結(jié)構(gòu)變化的電阻或電阻率變化量△r，而對(duì)反映金屬熔體結(jié)構(gòu)因子的電阻R或電阻率P只要在檢測(cè)過(guò)程中保持穩(wěn)定，那么相同超聲處理?xiàng)l件下的I Arl = Ir" -Rl值即為定值，因此，其測(cè)量不僅可以用四電極測(cè)量法，也可以用雙電極法。
[0031]針對(duì)以上所述的超聲致熔體結(jié)構(gòu)變化的檢測(cè)所設(shè)計(jì)的能夠精確實(shí)時(shí)檢測(cè)超聲預(yù)處理的整個(gè)過(guò)程中熔體電阻變化值的裝置可以采用如圖2的雙電極或如圖3四電極測(cè)量方式。這兩種測(cè)量方式的裝置均主要由加熱保溫系統(tǒng)、金屬熔體存儲(chǔ)單元、功率超聲系統(tǒng)、熔體電阻或電阻率檢測(cè)系統(tǒng)、熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和檢測(cè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等組成，本發(fā)明的裝置能夠?qū)Τ暿┘訝顟B(tài)和無(wú)超聲施加狀態(tài)的金屬熔體的電阻或電阻率進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)、精確檢測(cè)，且其檢測(cè)精度可以滿(mǎn)足超聲致熔體電阻或電阻率的瞬態(tài)變化量AR和持久變化量Ar的精度要求。
[0032]本發(fā)明的檢測(cè)裝置為了保證保溫與控溫效果同時(shí)有利于測(cè)試操作，方便控制熔體的降溫速率，升溫速率可以用控溫系統(tǒng)控制；
[0033]本發(fā)明裝置的金屬熔體存儲(chǔ)單元中的水平圓孔內(nèi)存儲(chǔ)的金屬熔體為超聲處理的主要區(qū)域，該區(qū)域遠(yuǎn)離金屬液面，避免了液面氧化膜以及測(cè)量電極插入金屬熔體時(shí)因潤(rùn)濕性而與液面形成的彎液面對(duì)電阻或電阻率測(cè)量結(jié)果的影響，并易于保證測(cè)量區(qū)域金屬熔體的溫度一致性，可顯著提高檢測(cè)的可重復(fù)性；超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了超聲的上導(dǎo)入，方便了金屬在處于熔融狀態(tài)時(shí)超聲變幅導(dǎo)入桿的插入與撤離以及插入深度的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)；
[0034]本發(fā)明功率超聲系統(tǒng)的的主要作用是把工頻電源轉(zhuǎn)化成能夠驅(qū)動(dòng)超聲換能器的高頻電源，超聲換能器是磁致伸縮換能器或壓電陶瓷換能器，其作用是把電能轉(zhuǎn)換為超聲能，超聲變幅導(dǎo)入桿為鐵質(zhì)材料制備，其作用是把換能器產(chǎn)生的超聲能高效導(dǎo)入金屬熔體中。由于鐵質(zhì)材料在測(cè)量的目標(biāo)金屬熔體中可能產(chǎn)生嚴(yán)重的超聲侵蝕，同時(shí)，在電阻或電阻率測(cè)量時(shí)，由于超聲導(dǎo)入桿的導(dǎo)電作用，將必然影響檢測(cè)回路，因此，超聲導(dǎo)入桿浸入部分采用表面噴涂具有耐金屬熔體侵蝕的絕緣涂層；
[0035]本發(fā)明的熔體電阻或電阻率檢測(cè)系統(tǒng)中電極材料選擇主要考慮其材質(zhì)與金屬熔體的反應(yīng)性，選擇在高溫金屬熔體中具有良好穩(wěn)定性的金屬材料，同時(shí)，還應(yīng)考慮采用具有低電阻率的金屬材料，盡可能降低測(cè)量回路的總電阻或總電阻率，以便可采用小量程測(cè)量擋位，以提高測(cè)量分辨率。這在采用雙電極法測(cè)量時(shí)至關(guān)重要。根據(jù)金屬熔體不同，可以為鑰棒、鎢棒、鐵棒或銅棒，為克服金屬材質(zhì)電極在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期服役難以避免的氧化行為對(duì)測(cè)量結(jié)果的可能影響，在暴露在金屬液面以上部分均采用耐高溫看氧化涂層或包套保護(hù)；
[0036]本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是由帶AD/DA高速數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和可實(shí)時(shí)連續(xù)顯示和存儲(chǔ)電阻和溫度數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)構(gòu)成的，軟件系統(tǒng)為基于MicrosoftVisual Basic6.0編制開(kāi)發(fā)，窗口界面如說(shuō)明書(shū)附圖圖5所示，數(shù)據(jù)采集卡與電阻或電阻率檢測(cè)系統(tǒng)的RS232接口和溫度模擬信號(hào)采集表的RS-485接口相聯(lián)，并通過(guò)相應(yīng)通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)通訊，測(cè)量過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集步長(zhǎng)范圍為0.5s?ls，實(shí)驗(yàn)完成后，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存為Excel文件。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種能夠檢測(cè)利用結(jié)構(gòu)敏感的物理參數(shù)一電阻(或電阻率電阻率)的變化量Ar來(lái)表征超聲致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置成功解決了功率超聲導(dǎo)入桿的絕緣問(wèn)題，克服了利用伏安法測(cè)量超聲致金屬熔體電阻時(shí)的超聲桿影響，并利用先進(jìn)的電子測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電阻和溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、同步、連續(xù)和高精度自動(dòng)采集和處理，且采用雙電極法和四電極法均可實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為本發(fā)明的在恒溫狀態(tài)下金屬熔體在超聲預(yù)處理過(guò)程中以及超聲處理之后的電阻或電阻率變化規(guī)律示意圖；
[0039]其中:R:金屬熔體本身的電阻或電阻率；Rtl, V，R":分別為施加超聲之前、施加超聲期間和超聲停止之后的金屬熔體電阻或電阻率；AR代表施加超聲期間，檢測(cè)得到的金屬熔體的電阻相對(duì)于Rtl的瞬態(tài)變化量，t:熔體達(dá)到恒溫之后開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)間；Ar代表在停止施加超聲后，金屬熔體仍然保留的電阻值相對(duì)于Rtl的持久變化量，At1代表Ar保持不變的時(shí)間長(zhǎng)度，是超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定期或超聲孕育最優(yōu)期，At2代表Ar逐漸變小直至為O的時(shí)間長(zhǎng)度，是超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)復(fù)原期或超聲孕育衰減期，At=AtfAt2是超聲停止之后，金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的存留階段，稱(chēng)為超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)存留期或超聲孕育有效期；Atci代表超聲施加時(shí)間；
[0040]圖2為本發(fā)明檢測(cè)超聲致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的雙電極檢裝置；
[0041]圖3為本發(fā)明檢測(cè)超聲致金屬熔體結(jié)構(gòu)的四電極檢裝置；
[0042]其中1:超聲發(fā)生器；2:超聲換能器；3:超聲變幅導(dǎo)入桿；4:測(cè)溫惹電偶；5:測(cè)量電極；6:電阻加熱保溫爐上蓋；7:金屬熔體存儲(chǔ)單元；8:箱式電阻加熱保溫爐；9:電阻測(cè)試儀；10:溫度模擬信號(hào)采集表；11:數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；12:電阻加熱保溫爐控溫柜；
[0043]圖4為圖2和圖3中的金屬熔體存儲(chǔ)單元的主視圖；
[0044]圖5是圖4的俯視圖；
[0045]其中:13:超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔；14:超聲處理金屬熔體區(qū)；15:金屬熔體液面；16:電極插入孔；17:耐火材料；
[0046]圖6為是圖2和圖3的超聲變幅導(dǎo)入桿的形狀與耐熱絕緣涂層部位示意圖；
[0047]其中:18:耐熱絕緣涂層；
[0048]圖7為檢測(cè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的軟件界面；
[0049]其中:A:電阻采集設(shè)置區(qū)；B:溫度采集設(shè)置區(qū)；C:電阻跟蹤曲線(xiàn)；D:溫度跟蹤曲線(xiàn).-^4 ，
[0050]圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中對(duì)Pb_20wt.%Sn金屬熔體施加不同超聲功率時(shí)電阻率隨時(shí)間變化的P -t曲線(xiàn)；
[0051]圖9為由圖7得到的超聲功率對(duì)金屬熔體電阻率瞬態(tài)變化量Λ P '和持久變化量ΔP影響的曲線(xiàn)；
[0052]圖10為由圖7得到的超聲功率致金屬熔體亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)即穩(wěn)定期的穩(wěn)定保持時(shí)間At1和超聲致亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)存留期即有效期的有效時(shí)間At影響的曲線(xiàn)；
[0053]圖11為實(shí)施例2中對(duì)Pb_20wt.%Sn金屬熔體施加超聲時(shí)間不同時(shí)電阻率隨時(shí)間變化的P -t曲線(xiàn)；
[0054]圖12為由圖10得到的超聲施加時(shí)間Atci對(duì)金屬熔體電阻率瞬態(tài)變化量Λ ρ丨和持久變化量Λ ρ影響的曲線(xiàn)；
[0055]圖13為由圖10得到的超聲施加時(shí)間Atci對(duì)金屬熔體結(jié)構(gòu)變化程度的穩(wěn)定保持時(shí)間Λ 和有效時(shí)間Δ t影響的曲線(xiàn)；
[0056]圖14為實(shí)施例3中對(duì)不同溫度的Pb_20wt.%Sn金屬熔體施加超聲時(shí)電阻率-時(shí)間P _t曲線(xiàn)；
[0057]圖15為由圖13得到的金屬熔體溫度對(duì)金屬熔體電阻率瞬態(tài)變化量Λ ρ '和持久變化量Λ ρ影響的曲線(xiàn)；
[0058]圖16為由圖13獲取的金屬熔體溫度對(duì)金屬熔體結(jié)構(gòu)變化程度的穩(wěn)定保持時(shí)間At1和有效時(shí)間At影響的曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0059]本發(fā)明的檢測(cè)超聲致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的裝置，如圖2-圖5所示，由加熱保溫系統(tǒng)、金屬熔體存儲(chǔ)單元(7)、功率超聲系統(tǒng)、熔體電阻或電阻率檢測(cè)系統(tǒng)、熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等組成；
[0060]其中，所述的加熱保溫系統(tǒng)由箱式電阻加熱保溫爐(8)與電阻加熱保溫爐控溫柜(12)相連接組成，電阻加熱保溫爐上蓋(6)上開(kāi)設(shè)有和金屬熔體存儲(chǔ)單元(7)的孔的位置相對(duì)應(yīng)的預(yù)留孔；
[0061]所述的金屬熔體存儲(chǔ)單元(7)主體結(jié)構(gòu)如圖4所示是長(zhǎng)方體，在長(zhǎng)方體上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)左右對(duì)稱(chēng)豎直向下的方形孔作為電極插入孔(16)，在兩個(gè)電極插入孔(16)中間開(kāi)設(shè)有一個(gè)豎直圓孔作為超聲導(dǎo)入桿插入孔(13),電極插入孔(16)和超聲導(dǎo)入桿插入孔(13)通過(guò)一個(gè)水平設(shè)置的圓孔相連通，所述的電極插入孔(16)的深度小于長(zhǎng)方體的高度，所述的超聲導(dǎo)入桿插入孔(13)的深度是電極插入孔深度的4/5 ;金屬熔體存儲(chǔ)在電極插入孔
(16)、超聲導(dǎo)入桿插入孔(13)和水平設(shè)置的圓孔所形成的空間內(nèi)；金屬熔體存儲(chǔ)單元(7)的材質(zhì)是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97wt%的具有不同粒度鎂質(zhì)澆鑄料MgO與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt%的結(jié)合劑混合而成的耐火材料，或者是硅酸鋁耐火材料，經(jīng)過(guò)高壓搗制并在高溫煅燒制備而成的；
[0062]所述的功率超聲系統(tǒng)由超聲發(fā)生器(I)、超聲換能器(2)和超聲變幅導(dǎo)入桿(3)組成，超聲發(fā)生器(I)與超聲換能器(2)相連，超聲換能器(2)與超聲變幅導(dǎo)入桿(3)相連，超聲變幅導(dǎo)入桿(3)插入金屬熔體存儲(chǔ)單兀(7)的超聲導(dǎo)入桿插入孔(13)內(nèi)，與金屬熔體相接觸，如圖5所示，在超聲變幅導(dǎo)入桿于金屬熔體相接觸的部分表面噴涂具有耐金屬熔體侵蝕的絕緣涂層(17)，涂層種類(lèi)為 Zr02-Ca0、ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3 或 ZrO2-CeO2 ；
[0063]所述的熔體電阻檢測(cè)系統(tǒng)由電阻測(cè)試儀(9)、測(cè)量電極(5)和連接導(dǎo)線(xiàn)組成，電阻測(cè)試儀(9)的測(cè)量分辨率為為1μ Ω或0.1μ Ω，并具有RS232接口 ；測(cè)量電極(5)的數(shù)量是2或4，如圖2和圖3所示，2個(gè)測(cè)量電極(5)分別插入兩個(gè)電極插入孔(16)，電阻測(cè)試儀
(9)的電流與電壓端口均與同一電極連接，或者4個(gè)測(cè)量電極(5)分為兩對(duì)分別插入電極插入孔(16)中，電阻測(cè)試儀的電流端口與遠(yuǎn)離超聲導(dǎo)入桿插入孔一側(cè)的兩個(gè)電極連接，電壓端口與靠近遠(yuǎn)離超聲導(dǎo)入桿插入孔一側(cè)的兩個(gè)電極連接；
[0064]所述的熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)由測(cè)溫?zé)犭娕?4)和溫度模擬信號(hào)采集表(10)通過(guò)補(bǔ)償電偶線(xiàn)連接組成，所述的測(cè)溫?zé)犭娕?4)是K型熱電偶，從金屬熔體存儲(chǔ)單元(7)的超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔(13)插入到水平設(shè)置的圓孔內(nèi)，所述的溫度模擬信號(hào)采集表(10)為帶RS485或RS232通訊接口的數(shù)字顯示溫度表；
[0065]所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是由帶AD/DA高速數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)算機(jī)硬件和實(shí)時(shí)連續(xù)顯示和存儲(chǔ)電阻和溫度數(shù)據(jù)的采集軟件組成，數(shù)據(jù)采集卡與電阻測(cè)試儀接口和溫度模擬信號(hào)采集表的RS-485接口相連。
[0066]所述的電阻加熱保溫爐(8)和電阻加熱保溫爐控溫柜的(12)額定功率為12kW，額定電壓為380V，采用三相電源供電，控溫精度為±2°C。
[0067]所述的測(cè)量電極(5)是鑰棒、鎢棒、鐵棒或銅棒，測(cè)量電極暴露在金屬液面以上部分均采用耐高溫氧化涂層或包套保護(hù)。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例中超聲發(fā)生器是為鎳作為磁致伸縮換能器的磁致超聲，超聲輸入功率范圍為O?1000W，連續(xù)可調(diào)，超聲頻率為20 ± 2kHz ；
[0069]所采用的超聲變幅導(dǎo)入桿如圖6所示，為由45號(hào)鋼加工并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的圓桿，導(dǎo)入部分的直徑為Φ 20mm，聲傳導(dǎo)部分的長(zhǎng)度為325mm，總長(zhǎng)度為375mm，絕緣涂層部位包括導(dǎo)入桿底面和側(cè)面高度小于IlOmm的范圍內(nèi)，涂層材料為ZrO2-CaO型材料；
[0070]選用的電阻測(cè)試儀為BURSTER公司的RESIST0MAT2316型高分辨率微電阻測(cè)試儀，該電阻儀采用開(kāi)爾文電橋設(shè)計(jì)，用20πιΩ檔測(cè)量，對(duì)應(yīng)分辨率為I μ Ω，測(cè)試電流為1Α，測(cè)量精度不大于讀數(shù)的±0.03% ；
[0071]溫度模擬信號(hào)采集表選用BT-9M0DBUS-RTU智能溫度變送器，測(cè)量范圍:-200°C?8000C，測(cè)量精度為0.1%FS,由RS-485通訊接口以M0DBUS-RTU通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。電阻和溫度的采樣步長(zhǎng)均為Is ；
[0072]本發(fā)明實(shí)施例中的測(cè)試金屬熔體為Pb-Sn 二元合金，金屬熔體存儲(chǔ)單元為氧化鎂質(zhì)耐火材料；測(cè)試電極為Φ16_鎢棒，在金屬液面以上部分采用涂敷耐高溫水泥保護(hù)。
[0073]實(shí)施例1
[0074](I)將測(cè)量電極沿電阻加熱保溫爐上蓋的預(yù)留孔插入電極插入孔中，直至電極接觸到電極插入孔底部并進(jìn)行固定，連接好檢測(cè)回路；
[0075]將測(cè)溫?zé)犭娕紡某曌兎鶎?dǎo)入桿插入孔插入到水平設(shè)置的圓孔中心位置并固定好;
[0076]將超聲變幅導(dǎo)入桿通過(guò)超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔插入到屬熔體存儲(chǔ)單元，并置于水平設(shè)置的圓孔上方；
[0077]將電阻加熱保溫爐升溫預(yù)熱至Pb_20wt.%Sn的熔化溫度，打開(kāi)保溫爐上蓋，將預(yù)先加熱到液相線(xiàn)以上150°C的合金熔體澆入金屬熔體存儲(chǔ)單元中，直至金屬熔體液面達(dá)到距離存儲(chǔ)單元上口 1mm,重新蓋上爐蓋；
[0078](2)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并運(yùn)行采集軟件，將超聲發(fā)生器的超聲功率調(diào)節(jié)至目標(biāo)值，調(diào)節(jié)電阻加熱保溫爐溫度，直至金屬熔體溫度穩(wěn)定在待測(cè)的溫度450°C，并保溫30min ；
[0079](3)當(dāng)采集軟件獲取的熔體溫度和電阻率P。已經(jīng)保持恒定，開(kāi)啟超聲發(fā)生器對(duì)金屬熔體施加超聲場(chǎng)，施加功率超聲的頻率為20kHz，超聲功率分別為400W、600W和800W，時(shí)間為300s，立即關(guān)斷超聲發(fā)生器，終止超聲施加，施加超聲結(jié)束后超聲變幅導(dǎo)入桿不移出超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔，保持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，直至待測(cè)金屬溶體的電阻率值恢復(fù)為施加超聲時(shí)間之前的數(shù)值，并保持15-20min以上，然后保存采集數(shù)據(jù)文件；
[0080](4)將所采集的數(shù)據(jù)文件繪制成電阻率P隨時(shí)間t變化的P (t)函數(shù)曲線(xiàn)圖，如圖7所示，由此獲得的超聲處理功率對(duì)Δ ρ '和Λ ρ的影響，以及超聲處理功率對(duì)Δ ti和At的如圖8和圖9，從圖中可以看出，400W、600W和800W的功率超聲中，功率越大，導(dǎo)致的金屬熔體微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化程度越大，獲得的熔體亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越好，超聲孕育有效期越長(zhǎng)。
[0081]實(shí)施例2
[0082](I)將測(cè)量電極沿電阻加熱保溫爐上蓋的預(yù)留孔插入電極插入孔中，直至電極接觸到電極插入孔底部并進(jìn)行固定，連接好檢測(cè)回路；
[0083]將測(cè)溫?zé)犭娕紡某曌兎鶎?dǎo)入桿插入孔插入到水平設(shè)置的圓孔中心位置并固定好;
[0084]將超聲變幅導(dǎo)入桿通過(guò)超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔插入到屬熔體存儲(chǔ)單元，并置于水平設(shè)置的圓孔上方；
[0085]將電阻加熱保溫爐升溫預(yù)熱至Pb_20wt.%Sn的熔化溫度，打開(kāi)保溫爐上蓋，將預(yù)先加熱到液相線(xiàn)以上150°C的合金熔體澆入金屬熔體存儲(chǔ)單元中，直至金屬熔體液面達(dá)到距離存儲(chǔ)單元上口 1mm,重新蓋上爐蓋；
[0086](2)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并運(yùn)行采集軟件，將超聲發(fā)生器的超聲功率調(diào)節(jié)至目標(biāo)值，調(diào)節(jié)電阻加熱保溫爐溫度，直至金屬熔體溫度穩(wěn)定在待測(cè)的溫度450°C，并保溫30min ；
[0087](3)當(dāng)采集軟件獲取的熔體溫度和電阻率P。已經(jīng)保持恒定，開(kāi)啟超聲發(fā)生器對(duì)金屬熔體施加超聲場(chǎng)，施加功率超聲的頻率為20kHz，超聲功率為400W，時(shí)間Atci分別為180s、300s、420s和600s，立即關(guān)斷超聲發(fā)生器，終止超聲施加，施加超聲結(jié)束后超聲變幅導(dǎo)入桿不移出超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔，保持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，直至待測(cè)金屬溶體的電阻率值恢復(fù)為施加超聲時(shí)間之前的數(shù)值，并保持15-20min以上，然后保存采集數(shù)據(jù)文件;
[0088](4)將所采集的數(shù)據(jù)文件繪制成電阻率P隨時(shí)間t變化的P (t)函數(shù)曲線(xiàn)圖，如圖7所示，如圖10所示，由此獲得的超聲處理時(shí)間對(duì)Λ ρ '和Λ ρ的影響，以及超聲處理時(shí)間對(duì)At1和At的如圖11和圖12，從圖中可以看出，超聲施加期間Atci，電阻率明顯下降，而且隨著超聲施加時(shí)間Λ t0的增加，Λ ρ和At都變大。說(shuō)明功率超聲施加時(shí)間越長(zhǎng)，導(dǎo)致的金屬熔體微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化程度越大，超聲孕育有效期越長(zhǎng)。
[0089]實(shí)施例3
[0090](I)將測(cè)量電極沿電阻加熱保溫爐上蓋的預(yù)留孔插入電極插入孔中，直至電極接觸到電極插入孔底部并進(jìn)行固定，連接好檢測(cè)回路；
[0091]將測(cè)溫?zé)犭娕紡某曌兎鶎?dǎo)入桿插入孔插入到水平設(shè)置的圓孔中心位置并固定好;
[0092]將超聲變幅導(dǎo)入桿通過(guò)超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔插入到屬熔體存儲(chǔ)單元，并置于水平設(shè)置的圓孔上方；
[0093]將電阻加熱保溫爐升溫預(yù)熱至Pb_20wt.%Sn的熔化溫度，打開(kāi)保溫爐上蓋，將預(yù)先加熱到液相線(xiàn)以上150°C的合金熔體澆入金屬熔體存儲(chǔ)單元中，直至金屬熔體液面達(dá)到距離存儲(chǔ)單元上口 1mm,重新蓋上爐蓋；
[0094](2)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并運(yùn)行采集軟件，將超聲發(fā)生器的超聲功率調(diào)節(jié)至目標(biāo)值，調(diào)節(jié)電阻加熱保溫爐溫度，直至金屬熔體溫度穩(wěn)定在待測(cè)的溫度，并保溫30min ；
[0095](3)當(dāng)采集軟件獲取的熔體溫度和電阻率P。已經(jīng)保持恒定，開(kāi)啟超聲發(fā)生器對(duì)金屬熔體施加超聲場(chǎng)，金屬熔體測(cè)試溫度分別為300°C、350°C、40(rC和450°C ;施加功率超聲的頻率為20kHz，超聲功率為400W，時(shí)間Λ &為300s，立即關(guān)斷超聲發(fā)生器，終止超聲施加，施加超聲結(jié)束后超聲變幅導(dǎo)入桿不移出超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔，保持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，直至待測(cè)金屬溶體的電阻率值恢復(fù)為施加超聲時(shí)間之前的數(shù)值，并保持15-20min以上，然后保存采集數(shù)據(jù)文件；
[0096](4)將所采集的數(shù)據(jù)文件繪制成電阻率P隨時(shí)間t變化的P (t)函數(shù)曲線(xiàn)圖，如圖13所示，由此獲得的超聲處理時(shí)間對(duì)Λ ρ '和Λ ρ的影響，以及超聲處理時(shí)間對(duì)At1和At的如圖14和圖15所示，由圖可見(jiàn)，超聲施加期間Atci，電阻率明顯下降。溫度越高，Λ P、Λ ρ '和At1越大。說(shuō)明功率超聲施加時(shí)間越長(zhǎng)，導(dǎo)致的金屬熔體微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化程度越大，超聲致金屬熔體亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定期越長(zhǎng)。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于包括加熱保溫系統(tǒng)、金屬熔體存儲(chǔ)單元、功率超聲系統(tǒng)、熔體電阻或電阻率檢測(cè)系統(tǒng)、熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；其中，所述的加熱保溫系統(tǒng)由箱式電阻加熱保溫爐與電阻加熱保溫爐控溫柜相組成，所述的金屬熔體存儲(chǔ)單元置于電阻加熱保溫爐，開(kāi)設(shè)有兩個(gè)電極插入孔和超聲導(dǎo)入桿插入孔，電極插入孔和超聲導(dǎo)入桿插入孔通過(guò)一個(gè)水平設(shè)置的圓孔相連通，金屬熔體存儲(chǔ)在電極插入孔、超聲導(dǎo)入桿插入孔和水平設(shè)置的圓孔所形成的空間內(nèi)；所述的功率超聲系統(tǒng)由超聲發(fā)生器、超聲換能器和超聲變幅導(dǎo)入桿組成，超聲發(fā)生器與超聲換能器相連，超聲換能器與超聲變幅導(dǎo)入桿相連，超聲變幅導(dǎo)入桿插入金屬熔體存儲(chǔ)單元的超聲導(dǎo)入桿插入孔內(nèi)，與金屬熔體相接觸；所述的熔體電阻檢測(cè)系統(tǒng)由電阻測(cè)試儀、測(cè)量電極和連接導(dǎo)線(xiàn)組成，測(cè)量電極的一端插入電極插入孔，另一端與電阻測(cè)試儀相連；所述的熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)由測(cè)溫?zé)犭娕己蜏囟饶M信號(hào)采集表組成，測(cè)溫?zé)犭娕家欢瞬迦肴垠w內(nèi)部，一端與溫度模擬信號(hào)采集表相連；電阻測(cè)試儀和溫度模擬信號(hào)采集表分別與熔體溫度信號(hào)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的電阻加熱保溫爐和電阻加熱保溫爐控溫柜的額定功率為12kW，額定電壓為380V，采用三相電源供電，控溫精度為±2°C，在電阻加熱保溫爐的上蓋上開(kāi)設(shè)有和金屬熔體存儲(chǔ)單元孔的位置相對(duì)應(yīng)的預(yù)留孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的金屬熔體存儲(chǔ)單元由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97wt%的具有不同粒度鎂質(zhì)澆鑄料MgO與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt%的 結(jié)合劑混合而成的耐火材料，或者是硅酸鋁耐火材料，經(jīng)過(guò)高壓搗制并在高溫煅燒制備而成的；所述的金屬熔體存儲(chǔ)單元的兩個(gè)電極插入孔左右對(duì)稱(chēng)豎直向下，超聲導(dǎo)入桿插入孔是在兩個(gè)電極插入孔中間的豎直圓孔，所述的超聲導(dǎo)入桿插入孔的深度是電極插入孔深度的4/5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的超聲變幅導(dǎo)入桿與金屬熔體相接觸的部分表面噴涂具有耐金屬熔體侵蝕的絕緣涂層，絕緣涂層種類(lèi)為 Zr02-Ca0、ZrO2-MgO, ZrO2-Y2O3 或 ZrO2-CeO2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的電阻測(cè)試儀的測(cè)量分辨率為I μ Ω或0.1 μ Ω，并具有RS232接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的測(cè)量電極的數(shù)量是2或4，2個(gè)測(cè)量電極分別插入兩個(gè)電極插入孔，電阻測(cè)試儀的電流與電壓端口均與同一電極連接，或者4個(gè)測(cè)量電極分為兩對(duì)分別插入電極插入孔中，電阻測(cè)試儀的電流端口與遠(yuǎn)離超聲導(dǎo)入桿插入孔一側(cè)的兩個(gè)電極連接，電壓端口與靠近遠(yuǎn)離超聲導(dǎo)入桿插入孔一側(cè)的兩個(gè)電極連接，測(cè)量電極是鑰棒、鎢棒、鐵棒或銅棒，測(cè)量電極暴露在金屬液面以上部分均采用耐高溫氧化涂層或包套保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的測(cè)溫?zé)犭娕际荎型熱電偶，從金屬熔體存儲(chǔ)單元的超聲變幅導(dǎo)入桿插入孔插入到金屬熔體內(nèi)，所述的溫度模擬信號(hào)采集表為帶RS485或RS232通訊接口的數(shù)字顯示溫度表。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是由帶AD/DA高速數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)算機(jī)硬件和實(shí)時(shí)連續(xù)顯示和存儲(chǔ)電阻和溫度數(shù)據(jù)的采集軟件組成，數(shù)據(jù)采集卡與電阻測(cè)試儀接口和溫度模擬信號(hào)采集表的RS-485接口相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲預(yù)處理致金屬熔體結(jié)構(gòu)變化的在線(xiàn)檢測(cè)裝置，其特征在于所述的金屬 熔體是純金屬熔體或合金金屬熔體。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK104076065SQ201410143445
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】樂(lè)啟熾, 張建鋒, 劉軒, 胡文義, 張志強(qiáng), 崔建忠 申請(qǐng)人:東北大學(xué)