一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金及金屬材料制備領域，特別是涉及一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷裝置和方法。
【背景技術】
[0002]鎂合金被稱為“21世紀的綠色工程材料”，具有密度小，比強度、比剛度高，電磁屏蔽能力強，切削加工性能好，鑄造性能優(yōu)良以及易回收等優(yōu)點，被廣泛應用于航空航天、汽車及電子領域。
[0003]半連續(xù)鑄造的基本原理是將金屬熔體澆入由循環(huán)水冷卻的結晶器中，當熔體開始凝固成坯殼后，通過牽引裝置把其拉出結晶器，并繼續(xù)噴水冷卻，從而得到鑄錠。半連續(xù)鑄造方法具有生產率高，鑄造成本低，操作簡單等優(yōu)點，經過多年的發(fā)展和改進，已成為工業(yè)上廣泛采用的有色金屬鑄棒生產方法。
[0004]半連續(xù)鑄棒的顯微組織具有以下缺點，如晶粒粗大，組織不均勻，存在化學成分偏析等，嚴重影響半連續(xù)鑄棒力學性能和變形性能。另外，由于生產鑄棒時冷卻速度過快，在鑄棒內產生較大內應力，易產生熱裂紋等缺陷。若缺陷在后續(xù)變形加工中被擴大，對設備安全運行構成較大隱患，因此應盡量在變形加工前發(fā)現缺陷，并將不合格鑄棒進行報廢處理。
[0005]由于細化晶?？捎行岣哞T棒的力學性能和變形性能，因此對如何細化半連續(xù)鑄棒的組織，開展了許多的研究，但是只通過改進半連續(xù)鑄造過程中的澆注溫度、鑄造速度和冷卻條件等，效果有限，并不能大幅細化鑄棒晶粒。
[0006]超聲波檢測作為一種無損檢測方法，具有穿透能力強、靈敏度高、缺陷定位準確、檢測成本低、速度快、對人體及環(huán)境無害等優(yōu)點，被廣泛應用于金屬等材料的缺陷檢測。
[0007]近年來，在半連續(xù)鑄造過程中應用超聲場進行細化晶粒的技術得到快速發(fā)展，已成為一種有效改善鑄錠凝固組織和力學性能的重要方法。美國的Vladimir Ivanovich等人發(fā)明了輕合金的超聲波連鑄鑄造方法，并通過實驗驗證其細化晶粒的效果;北京有色金屬研究總院的張康等人對超聲波處理對鎂合金鑄態(tài)組織的影響進行了研究，通過實驗驗證超聲處理可起到降低晶粒尺寸、均勻化組織的效果；東北大學的邵志文對鎂合金熔體超聲處理的空化效應進行了研究，得出有效空化區(qū)域為超聲發(fā)射面前的一個旋轉橢球體，其深度最大值隨著超聲功率的增加而增加。
[0008]同時，利用超聲波對連鑄件進行在線超聲波無損探傷也取得了一定的進展。日本昭和電工株式會社的小田島康秀發(fā)明了利用相控陣型超聲波探頭發(fā)出的縱波斜角波和縱波垂直波，在水平連鑄的鑄模出口附近對鑄棒進行超聲波探傷檢查的方法，使用兩個探頭即可實現鑄棒的周向全檢測;德東電工機械制造有限公司的張大海等人發(fā)明了一種連鑄連乳生產線的無損探傷裝置及其探傷方法，將渦流探傷儀和超聲波探傷儀放置在運行與軌道上的滑車內，利用超聲波和渦流進行鑄乳件的探傷。
[0009]盡管上述單位或個人對超聲細化晶?；虺暉o損探傷進行了細致的研究工作，但都沒有將二者結合起來，往往只關注其中一個方面。本發(fā)明將克服這個壁皇，將超聲細化晶粒和超聲無損探傷結合，節(jié)約資源，大大提高生產效率。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷裝置，其是連鑄生產線的超聲半連續(xù)鑄造和超聲無損探傷裝置，能達到細化晶粒、早發(fā)現早處理內部有缺陷鑄件的目的，從而提高鎂、鋁等連鑄件的合格率和生產率，避免人力和物力的浪費。
[0011]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0012]—種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷裝置，用于對鎂、鋁等連鑄生產線的合金熔體進行超聲細化晶粒作用和對生產出的鑄件進行無損探傷檢測，其包括功率超聲發(fā)生裝置、超聲波探傷處理系統(tǒng)和立式直接水冷半連續(xù)鑄造機，所述功率超聲發(fā)生裝置包括超聲波發(fā)生器、超聲分時振動控制系統(tǒng)和三個同規(guī)格的超聲發(fā)射部件構成，且超聲波發(fā)生器和超聲分時振動控制系統(tǒng)通過電纜連接，超聲分時振動控制系統(tǒng)分別與三個同規(guī)格的超聲發(fā)射部件通過電纜連接;所述超聲發(fā)射部件包括依次螺紋連接的超聲波換能器、超聲波變幅桿和工具頭，超聲波換能器通過電纜與超聲分時振動控制系統(tǒng)連接，工具頭插入合金熔體內；所述超聲波探傷處理系統(tǒng)包括依次通過電纜連接的超聲波接收傳感器、信號處理和判定模塊和超聲探傷顯示屏，超聲波接收傳感器通過環(huán)形定位裝置均布于鑄棒外周向側;所述立式直接水冷半連續(xù)鑄造機包括合金熔體、鑄棒、結晶器和引錠裝置，結晶器位于滑軌之上，可左右移動，澆注前將引錠裝置深入結晶器內部。
[0013]所述的一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷裝置，其中，三個同規(guī)格的超聲發(fā)射部件沿直徑方向排列，中間的超聲發(fā)射部件位于鑄棒截面的圓心處，另兩個位于其左右1/2半徑處。
[0014]本發(fā)明同時提供一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷方法，其能對鎂、鋁等連鑄生產線的合金熔體進行超聲細化晶粒作用和對生產出的鑄件進行快速全面的無損探傷檢測。
[0015]以上目的通過以下技術方案實現:
[0016]一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷方法，其包括如下步驟:
[0017]步驟一、合金經過配料后，在熔化爐內進行合金的熔化與精煉，然后將鎂合金熔體轉移到保溫爐中，調整到澆注溫度，待澆注；
[0018]步驟二、對半連續(xù)鑄造機的流槽和結晶器進行預熱；
[0019]步驟三、澆注前將引錠裝置深入結晶器內，然后注入鎂合金熔體，開啟功率超聲發(fā)生裝置，由超聲波發(fā)生器產生高頻交流電信號，分時驅動超聲波換能器工作，利用超聲變幅桿使機械振動的振幅放大，通過與超聲變幅桿相連的工具頭插入結晶器內鎂合金熔體中，使超聲場作用于鎂合金熔體中，待鎂合金熔體在結晶器壁附近形成凝固坯殼，進而在引錠裝置向下牽引的過程中繼續(xù)凝固成鑄坯，實現超聲場作用下鎂合金熔體的半連續(xù)鑄造；
[0020]步驟四、引錠裝置開啟的同時，打開超聲波探傷處理系統(tǒng)，以超聲發(fā)射部件發(fā)出的超聲波為信號源，通過超聲波接收傳感器將接收到的超聲波信號發(fā)送至信號處理和判定模塊，由信號處理和判定模塊對接收到的超聲波波形進行處理，最后根據超聲探傷顯示屏上的提示確定鑄棒內部缺陷狀況。超聲波探傷處理系統(tǒng)的工作方式可以設置為只記錄缺陷位置或存在較大缺陷時停止鑄造過程兩種方式。
[0021]所述的一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷方法，步驟三中，將插入鎂合金熔體中的三個同規(guī)格超聲發(fā)射部件沿直徑方向排列，中間的超聲發(fā)射部件位于鑄棒截面的圓心處，另兩個位于其左右1/2半徑處。
[0022]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023]①超聲無損檢測與功率超聲細晶使用同一信號源，同時進行，節(jié)省成本，提高效率；
[0024]②功率超聲發(fā)生裝置的電壓低，電流小，能源消耗小，工藝簡單，操作簡便；
[0025]③超聲作用下熔體運動平穩(wěn)，熔體表面不被破壞，有效避免吸氣夾渣，提高產品質量；
[0026]④超聲場頻率、功率可自由調節(jié)，并與鑄造速度相匹配，確定最佳鑄造參數；
[0027]⑤無污染，晶粒細化效果顯著，適用合金范圍廣，也可用于鋁合金及其他合金；
[0028]⑥成本低，工藝流程短，更容易于實現工業(yè)化生產。
【附圖說明】
[0029]圖1是將功率超聲半連續(xù)鑄造和超聲無損探傷相結合的本發(fā)明半一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷裝置。
[0030]圖中:I超聲波發(fā)生器，2超聲分時振動控制系統(tǒng)，3超聲波換能器，4超聲波變幅桿，5工具頭，6鎂合金熔體，7結晶器，8超聲波接收傳感器，9信號處理部，10超聲波探傷判定裝置，11鑄棒，12引錠裝置。
【具體實施方式】
[0031 ]下面結合具體的實施例對本發(fā)明的實施方式進一步說明:
[0032]如圖1所示，一種鎂合金棒材功率超聲半連續(xù)鑄造及探傷裝置，用于對鎂、鋁等連鑄生產線的合金熔體進行超聲細化晶粒作用和對生產出的鑄件進行無損探傷檢測，包括功率超聲發(fā)生裝置、超聲波探傷處理系統(tǒng)和立式直接水冷半連續(xù)鑄造機，所述的功率超聲發(fā)生裝置由電源、超聲波發(fā)生器1、超聲分時振動控制系統(tǒng)2和三個同規(guī)格的超聲發(fā)射部件構成，并由電纜連接;所述的超聲發(fā)射部件的定位由位于結晶器之上的工作臺控制，包括超聲波換能器3、超聲波變幅桿4和工具頭5，超聲波換能器3和超聲波變幅桿4通過螺紋連接，超聲波變幅桿4和工具頭5通過螺柱連接，超聲波換能器3通過電纜與超聲分時振動控制系統(tǒng)連接，運行時工具頭5插入合金熔體內；所述的超聲波探傷處理系統(tǒng)包括超聲波接收傳感器
8、信號處理和判定模塊9、超聲探傷顯示屏10和電源，超聲波接收傳感器8、信號處理和判定模塊9、超聲探傷顯示屏10依次通過電纜連接，超聲波接收傳感器8與鑄棒11為非接觸布置，由環(huán)形定位裝置均勻布置于鑄棒11外周向；所述的立式直接水冷半連續(xù)鑄造機包括合金熔體、鑄棒11、結晶器和引錠裝置12，結晶器位于滑軌之上，可左右移動，同時澆注前將引錠裝置12深入結晶器內部。
[0033]其中，插入鎂合金熔體中的三個同規(guī)格超聲發(fā)射部件沿直徑方向排列，中間的超聲發(fā)射部件位于鑄棒截面的圓心處，另兩個位于其左右，大致位于1/2半徑處。由于單個超聲發(fā)射部件作用范圍有限，這樣的排列可使超聲作用范圍盡可能覆蓋整個鑄棒截面，得到組織分布更加均勻的細晶鑄棒。
[0034]本裝置的工作原理為:將超聲場作用引入半連續(xù)鑄造過程中，使結晶器中的鎂合金熔體在超聲場作用下發(fā)生凝固。將合金熔煉爐中的鎂合金熔體6轉移到保溫爐中保溫一段時間，然后通過流槽流入到結晶器7中。由超聲波發(fā)生器I產生高頻交流電信號，超聲