CN101256131A - 铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备 - Google Patents

Abstract

一种铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备属于铸造技术领域。本发明由温度控制系统、过滤系统、真空系统、实时测重系统和计算机组成。温度控制系统设置在过滤系统外围，真空系统位于过滤系统下方，与过滤系统密封连接，过滤系统设置在温度控制系统内，真空系统之上，实时测重系统的重量传感器部分位于真空系统内部，过滤系统的下方，实时测重系统的控制部分位于真空系统外并与计算机连接，为计算机输出测量的重量信号；计算机分别与温度控制系统、真空系统、实时测重系统连接。本发明可精确控温，避免了温度差异导致的结果偏差，控制系统操作简单、功能稳定，可在线快速给出检测结果，直观有效分析铝熔体夹杂物。

Description

铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备

技术领域

本发明涉及一种检测设备，特别的是一种铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，属于铸造技术领域。

背景技术

铝合金中经常含有多种典型夹杂，例如氧化物：Al₂O₃、MgO、MgAl₂O₄、SiO₂；盐：氯化物、氟化物；碳化物：Al₄C₃、SiC；氮化物：AlN；硼化物：TiB₂、AlB₂；渣：Al(FeMnCr)Si。夹杂的另一类是不希望有的初生金属间化合物，这些夹杂典型地是在金属凝固之前在熔体中形成的大的金属间化合物晶体。例如7×××系列合金中的(Cr，Fe)Al₇；5083中的(Mn，Fe)Al₇；3004中的MnAl₇。这些夹杂物一般以颗粒和膜状形式存在，颗粒粒径一般在0.1-50μm，膜厚一般在10-5000μm。

虽然铝合金铸件近年来有了较大的发展。但是由于夹杂的存在，导致铸件具有“不可靠性”，所以铝合金铸件的应用也受到了一些限制。因此，迫切需要研究和开发预测铸件质量的技术来综合考察例如材料成分、温度、夹杂和气体含量以及凝固速度等过程参量的作用，从而确定出优化的工艺。其中，夹杂物的测量和控制是非常重要也是必不可少的。

目前测量铝熔体夹杂物的方法中，无论湿法化学分析或仪器分析夹杂都不很成功，因为夹杂分布不均匀；定量金相虽然已自动化，但同样存在取样是否具有代表性的问题；容量分析方法中的电子束熔化和离心分析取样复杂，进一步分析也比较耗时间，不能完成在线快速分析。

经对现有技术的文献检索发现，J.Wannasin，D.Schwamb，J.F.Wallace在《Journal of Materials Processing Technology》(材料加工技术期刊)2007年191期242-246页上发表的“Evaluation of methods for metal cleanlinessassessment in die casting”(模铸中金属洁净度评估方法)，该文中提到了用ABB公司所开发的PoDFA和Prefil-FOOTPRINTER设备检测铝熔体的夹杂物，其中PoDFA通过多孔陶瓷过滤取出含有夹杂物的样品，并进行定量金相分析。其不足在于：只是作为一种夹杂物取样的设备，而不能实现快速检测。Prefil-FOOTPRINTER虽然能实现较快的在线测量及方便夹杂物取样，但是其不足在于：加热和过滤不同步，由温度差异引起的粘度差异将会引起结果偏差。进一步检索中，尚未发现与本发明主题相同或类似的文献报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，使其用于铝熔体铸造现场快速检测夹杂物，能很好解决铝熔体夹杂物在线测量，且直观有效，为提高铸件质量提供依据。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由温度控制系统、过滤系统、真空系统、实时测重系统和计算机五部分组成。其中温度控制系统设置在过滤系统外围，为过滤系统控制温度。真空系统位于过滤系统下方，与过滤系统密封连接，主要为过滤系统提供一个稳定的压力差，以方便控制铝熔体过滤。过滤系统设置在温度控制系统内，真空系统之上，可以在稳定的温度和压力下过滤铝熔体。实时测重系统的重量传感器部分位于真空系统内部，过滤系统的下方，用于测量从过滤系统过滤下来的铝熔体的重量。实时测重系统的控制部分位于真空系统外并与计算机连接，为计算机输出测量的重量信号。计算机分别与温度控制系统、真空系统、实时测重系统连接，用于控制温度、真空度，以及保存实时测重系统测量的重量。

所述温度控制系统包括温控表、热电偶、电阻丝、炉芯、炉壁，温控表与计算机连接并进行串口通讯，热电偶置于过滤系统的坩埚内，并与温控表连接，电阻丝置于炉芯之内，炉芯放置在真空系统的真空罐顶部，将过滤系统的坩埚包围，其外围设有炉壁，炉壁与炉芯之间加入石棉，起到隔热作用。

所述过滤系统包括底部带孔的第一坩埚、泡沫陶瓷过滤片、石墨纸，第一坩埚固定在真空系统的真空罐顶部，第一坩埚底部和真空罐顶部垫入石墨纸密封，泡沫陶瓷过滤片置于过滤系统的坩埚底部凹槽内，与第一坩埚接触的部分加耐火毡密封。

所述真空系统包括顶部开孔的真空罐、真空泵、真空压力传感器、压控表，真空泵连接于真空罐的侧面，真空压力传感器安装于真空罐侧壁，将真空罐内0-100KPa范围内变化的压力转化成4-20mA的标准电流信号，输入给压控表，压控表与计算机连接，并进行串口通讯。

所述实时测重系统包括重量传感器、控制部分、托盘、第二坩埚，重量传感器固定于真空系统的真空罐底部，重量传感器上安装托盘，第二坩埚置于托盘之上，重量传感器电路部分与控制部分连接，控制部分置于真空罐之外，控制部分具有计算机串口通讯功能。

计算机启动后，通过计算机设定实验参数，然后可以开始加热，当温度控制在设定的目标温度并达到稳定后，可以将预热的待测铝熔体注入内表面涂抹脱模剂的坩埚，铝熔体在自身重力下，不会通过空隙度较大(＞40ppi)的泡沫陶瓷过滤片，当温度再一次达到设定的稳定值后，此时通过计算机输入指令，启动真空泵开始抽真空，真空泵会在短时间内将真空罐内压力值抽至设定的值，由于坩埚内铝熔体的表面是在大气下的，在内外压差的作用下，铝熔体会流过泡沫陶瓷过滤片，由于泡沫陶瓷具有独特的三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构，铝熔体中夹杂物经过筛分、沉积和深床过滤被捕获。干净的铝熔体流入真空罐内重量传感器之上的坩埚内，其重量可被实时测重系统的控制部分实时测量并被计算机保存，实时绘制出重量-时间曲线。通过观察曲线的斜率(夹杂物越多，曲线越平缓；夹杂物越少，曲线越陡峭)，可以半定量确定该熔体的夹杂物含量。待过滤结束后，可以取出富集夹杂物的泡沫陶瓷过滤片，进行后续的定量金相分析。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明装置可以精确控温，与在稳定压力下平稳过滤同步进行，避免了温度差异导致的结果偏差；采用抽真空加压的方法简单，比其他加压方式，例如气体加压更加安全、可靠；控制系统基于计算机，具有更好的温度、真空度控制能力、重量数据处理能力以及更方便的系统升级能力，控制系统操作简单、功能稳定；可在线快速给出检测结果，直观有效分析铝熔体夹杂物。结束在线测量后还可以方便夹杂物取样，进行定量金相分析。

附图说明

图1为本发明结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例由温度控制系统、过滤系统、真空系统、实时测重系统和计算机6五部分组成。其中温度控制系统设置在过滤系统外围，为过滤系统控制温度；真空系统位于过滤系统下方，与过滤系统密封连接，主要为过滤系统提供一个稳定的压力差，以方便控制铝熔体过滤；过滤系统设置在温度控制系统内，真空系统之上，可以在稳定的温度和压力下过滤铝熔体；实时测重系统的重量传感器部分位于真空系统内部，过滤系统的下方，用于测量从过滤系统过滤下来的铝熔体的重量。实时测重系统的的控制部分位于真空系统外并与计算机6连接，为计算机6输出测量的重量信号；计算机6分别与温度控制系统、真空系统、实时测重系统连接，用于控制温度、真空度，以及保存实时测重系统测量的重量。

温度控制系统包括温控表1、热电偶2、炉芯3、电阻丝4、炉壁5，温控表1具有串行通讯功能，与计算机的计算机6连接，热电偶2置于过滤系统的第一坩埚7内，并与温控表1连接，电阻丝4置于炉芯3之内，炉芯3放置在真空罐10顶部，将第一坩埚7包围，其外围设有炉壁5，炉壁5与炉芯3之间加入石棉，起到隔热作用。

过滤系统包括底部带孔的第一坩埚7、泡沫陶瓷过滤片8、石墨纸9，第一坩埚7固定在真空罐10顶部，第一坩埚7底部和真空罐10顶部垫入石墨纸9密封，泡沫陶瓷过滤片8置于第一坩埚7底部凹槽内，与第一坩埚7接触的部分加耐火毡密封。

真空系统包括顶部开孔的真空罐10、真空泵11、真空压力传感器13、压控表12，真空泵11连接于真空罐11的侧面，真空压力传感器13安装于真空罐10侧壁，将真空罐10内0-100KPa范围内变化的压力转化成4-20mA的标准电流信号，输入给压控表12，压控表12与计算机6连接。

实时测重系统包括重量传感器14、控制部分15、托盘16、第二坩埚17，重量传感器14固定于真空罐10底部，重量传感器14上安装托盘16，并将第二坩埚17置于托盘16之上，重量传感器14电路部分与控制部分15连接，并将控制部分15置于真空罐10之外，控制部分15与计算机6连接并进行串口通讯。

所述实时测重系统，可以是电子天平等。

所述泡沫陶瓷过滤片8的厚度范围：10-40mm、孔隙度范围：20-120ppi、直径范围：5-50mm。

所述温度控制系统，其温度控制范围为0-1000℃，温控表1与计算机6进行串口通讯，可由计算机6控制加热过程。

本实施例的工作过程为：计算机6启动后，通过计算机6设定实验参数后可以开始加热，当温度控制在设定的目标温度并达到稳定后，可以将预热的待测铝熔体注入内表面涂抹脱模剂的第一坩埚7，铝熔体在自身重力下，不会通过空隙度较大(＞40ppi)的泡沫陶瓷过滤片8，当温度再一次达到设定的稳定值后，此时通过计算机6输入指令，启动真空泵11开始抽真空，真空泵11会在短时间内将真空罐10内压力值抽至设定的值，由于第一坩埚7内铝熔体的表面是在大气下的，在内外压差的作用下，铝熔体会流过泡沫陶瓷过滤片8，由于泡沫陶瓷具有独特的三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构，铝熔体中夹杂物经过筛分、沉积和深床过滤被捕获。干净的铝熔体流入真空罐10内重量传感器14之上的第二坩埚17内，其重量可被电子天平的控制部分15实时测量并被计算机6保存，实时绘制出重量-时间曲线。通过观察曲线的斜率(夹杂物越多，曲线越平缓；夹杂物越少，曲线越陡峭)，可以半定量确定该熔体的夹杂物含量。待过滤结束后，可以取出富集夹杂物的泡沫陶瓷过滤片8，进行后续的定量金相分析。

Claims (9)

1、一种铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征在于，由温度控制系统、过滤系统、真空系统、实时测重系统和计算机五部分组成，其中：

所述温度控制系统设置在过滤系统外围，为过滤系统控制温度；

所述真空系统位于过滤系统下方，与过滤系统密封连接，为过滤系统提供稳定的压力差，以控制铝熔体过滤；

所述过滤系统设置在温度控制系统内，真空系统之上，在稳定的温度和压力下过滤铝熔体；

所述实时测重系统的重量传感器部分位于真空系统内部，过滤系统的下方，用于测量从过滤系统过滤下来的铝熔体的重量，实时测重系统的控制部分位于真空系统外并与计算机连接，为计算机输出测量的重量信号；

所述计算机分别与温度控制系统、真空系统、实时测重系统连接，用于控制温度、真空度，以及保存实时测重系统测量的重量。

2、根据权利要求1所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述温度控制系统包括温控表、热电偶、电阻丝、炉芯、炉壁，温控表与计算机连接并进行串口通讯，热电偶置于过滤系统的坩埚内，并与温控表连接，电阻丝置于炉芯之内，炉芯放置在真空系统的真空罐顶部，将坩埚包围，其外围设有炉壁，炉壁与炉芯之间加入石棉。

3、根据权利要求1或2所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述温度控制系统，其温度控制范围为0-1000℃。

4、根据权利要求1所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述过滤系统包括底部带孔的第一坩埚、泡沫陶瓷过滤片、石墨纸，第一坩埚固定在真空系统的真空罐顶部，第一坩埚底部和真空系统的真空罐顶部垫入石墨纸密封，泡沫陶瓷过滤片置于过滤系统的坩埚底部凹槽内，与第一坩埚接触的部分设置耐火毡密封。

5、根据权利要求4所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述泡沫陶瓷过滤片，其厚度范围为10mm-40mm，孔隙度范围为20ppi-120ppi，直径范围为5mm-50mm。

6、根据权利要求1所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述真空系统包括顶部开孔的真空罐、真空泵、真空压力传感器、压控表，真空泵连接于真空罐的侧面，真空压力传感器设于真空罐侧壁，将真空罐内0-100KPa范围内变化的压力转化成4-20mA的标准电流信号，输入给压控表，压控表与计算机连接。

7、根据权利要求1或6所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述真空系统，其真空度控制范围为0-100KPa。

8、根据权利要求1所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述实时测重系统包括重量传感器、控制部分、托盘、第二坩埚，重量传感器固定于真空系统的真空罐底部，重量传感器上设置托盘，第二坩埚置于托盘之上，重量传感器电路部分与控制部分连接，控制部分置于真空罐之外，控制部分与计算机连接并进行串口通讯。

9、根据权利要求8所述的铝及铝合金熔体中的夹杂物检测设备，其特征是，所述重量传感器、控制部分实时测量经过过滤的铝熔体重量，并由计算机将重量数据保存至数据库，以及实时绘制重量-时间曲线。