CN106987688A - 通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法及装置，所述方法为：步骤一，当经过加热的淬火件在淬火介质中进行淬火冷却时，采用声音测量探头对淬火冷却过程的声音信号进行采集；步骤二，对采集的声音信号进行分析，判断淬火冷却过程中是否产生裂纹。所述装置包括：至少一个声音测量探头：用于对淬火冷却过程的声音信号进行数据采集；信号放大与转换器：用于对声音信号进行放大和转换；数据处理模块：记录和分析数字化形式的声音信号，经过分析给出淬火冷却过程中可能产生裂纹的概率。本发明通过对淬火冷却过程中产生的声音信号测量和分析，筛查出产生淬火裂纹的声音信号，提醒热处理操作人员对该次淬火工件进行无损探伤检测。

Description

通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法及装置

技术领域

本发明涉及热处理的淬火冷却领域，具体地，涉及的是一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法及装置。

背景技术

声音是由物体振动产生的声波。频率和振幅是描述波的重要属性，频率的大小与我们通常所说的音高对应，而振幅影响声音的大小。声音可以被分解为不同频率不同强度正弦波的叠加。

淬火冷却是指将奥氏体组织状态的钢以适当速度冷却，获得预期组织与性能的过程。钢在淬火冷却过程中除了组织和性能发生变化外，还有可能还伴随着产生淬火裂纹。淬火裂纹的产生将造成淬火件的报废，因此，人们除采取各种方法避免淬火裂纹的产生外，还通过对淬火后工件的无损探伤检测将已经产生裂纹的工件剔除。

由于冷却介质选择上、冷却工艺设计上、工件本体缺陷上等多方面原因，会导致在淬火过程中工件上的某一部位产生非常大的拉应力，当该拉应力大到某一临界值后将导致淬火裂纹的产生。产生淬火裂纹部位的组织应该是很难产生塑性变形的脆性组织，该脆性组织在三向拉应力的作用下(无塑性变形产生)，当拉应力大于该部位组织的拉伸强度后就会有裂纹产生，而且在产生裂纹的同时会发出较大的声频信号，这种声频信号即使是裸耳也能清楚的听到。

被加热的工件在淬火冷却过程中在炽热工件表面与介质之间将发生蒸汽膜的生成、核沸腾和对流三个阶段的传热过程。其中，在蒸汽膜和核沸腾阶段由于工件表面气泡的产生和消失会有明显声频信号发出，而且这个声波是在可容易测量范围。通过对液下声频信号的测量和分析可实现对淬火过程的评价与优化。

经对现有技术文献检索发现，文献N.I.Kobasko,A.A.Moskalenko,andL.N.Deyneko.Investigations of Nucleate Boiling Processes During QuenchingBased on Possibilities of Noise Control System.Materials Performance andCharacterization.2014,3(4):86-97采用分析淬火过程中发出的声频信号的方法估测盐类水溶液最佳浓度。该方法相对简便，不需要采用热电偶测量蒸汽膜持续阶段的温度变化，仅通过测量局部蒸汽膜破裂发出的声频即可达到对淬火冷却工艺分析的目的。

对于淬火裂纹，一般是通过对淬火后工件的无损探伤检测发现产生裂纹的工件，这项工作的工作量大和漏检率高。显然，无论是对于一次单件淬火或一次多件淬火，全部进行无损探伤检是一件很困难的事，如果有能在淬火过程中检测是否有裂纹产生的仪器将会大大提高无损探伤的针对性，同时也会大大降低漏检率。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法及装置，通过对淬火冷却过程中产生的声音信号测量和分析，筛查出产生淬火裂纹的声音信号，提醒热处理操作人员对该次淬火工件进行无损探伤检测。

本发明测量原理：

工件在淬火冷却过程中是通过蒸汽膜的生成、核沸腾和对流三个阶段进行传热，这三个阶段声音信号的特点为：从蒸汽膜产生开始到沸腾阶段结束都存在一个大致相同的较低数值的背景声音信号，在蒸汽膜产生、蒸汽膜向沸腾阶段过渡和沸腾阶段本身都有多次高声音振幅峰值出现，在对流开始后背景声音信号和声音振幅峰值均完全消失。

淬火裂纹产生的时间段大多是在工件冷却到马氏体转变开始温度(Ms)以下某一温度和产生一定量的马氏体组织后发生，此时工件表面的温度多是低于产生蒸汽膜的临界温度以下(即低于该介质的Leidenfrost温度)，处于对流换热阶段，在该阶段背景声音信号和声音振幅峰值均完全消失。如果在此阶段探测到高振幅的声音信号就有可能是产生裂纹所发出的。虽然工件在整个淬火冷却过程中都会有氧化皮脱落产生而发出的声音信号，但是这个声音信号的频率与产生裂纹的频率范围有明显不同，可以通过信号处理软件进行筛选和过滤。

本发明的第一方面，提供一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，经过加热的淬火件在淬火介质中进行淬火冷却时，采用声音测量探头对淬火冷却过程的声音信号进行采集；

步骤二，对采集的声音信号进行分析，判断淬火冷却过程中是否产生裂纹。

优选地，所述声音测量探头为一个或多个，其测量声频范围1Hz-30KHz，工作温度10-80℃或根据介质工作温度设定。

优选地，所述声音信号是振幅、频率、波形中一种或多种。

优选地，所述声音测量探头位于淬火槽液面以下、或液面以上、或液面以上与以下分别放置。

优选地，所述进行淬火冷却处理的工件处理数量为一支或多支，声音测量探头可以是一支或多支，声音测量探头的数量只是根据满足测量真实声音信号为目的，与具体的工件数量没有直接联系。

优选地，步骤二中，对采集的声音信号进行分析，判断淬火冷却过程中是否产生裂纹，具体为：对采集的声音信号进行分析，判断淬火冷却过程中是否产生裂纹，具体为：先记录下出现裂纹的声音信号的强度数值，此强度数值作为评价是否出现淬火裂纹的临界值；当测量的声音强度数值超过临界值，系统将给出报警，提示该次淬火过程中会有裂纹产生。

更具体为：对于在蒸汽膜的生成和核沸腾阶段，如果出现的声音信号强度明显高于在该阶段常规的背景声音信号，则可以判断在该阶段有产生裂纹的可能性，通常将这一阶段称为“裂纹低发区”；在对流开始后，如果出现的声音信号明显高于氧化皮爆裂所发出的声音信号的情况，则可以判断在该阶段产生裂纹的可能性非常高，通常将这一阶段称为“裂纹高发区”。在裂纹低发区和高发区产生裂纹的声音信号强度判据应根据大量的数据采集确定，然后将这个声音信号强度值输入到软件中作为判据，声音信号高于该值可以判断为出现裂纹的概率为100％，低于这个值可以根据其低于的比例给出出现裂纹的近似的参考概率。

根据本发明的第二方面，提供一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的装置，包括：

至少一个声音测量探头：用于对整个淬火冷却过程的声音信号进行数据采集；

信号放大与转换器：用于对声音测量探头采集的声音信号进行放大和信号转换，并输出到数据处理模块；

数据处理模块：记录和分析数字化形式的声音信号，经过分析给出淬火冷却过程中产生裂纹的可能性概率。

优选地，所述装置进一步包括至少一个用于声音测量探头安装的探头夹持机构，所述探头夹持机构布置在淬火槽的预定位置(可以是液面以下，也可以是液面以上；可以是淬火工件附近，也可以是距离工件一定位置)，将声音测量探头安装在探头夹持机构之上。

优选地，所述数据处理模块由计算机和分析软件模块组成，其中：

所述数据处理模块由计算机和分析软件模块组成，其中：

计算机，接收和存储信号放大与转换器发来的数字声音信号，同时按照分析软件模块指令进行相关的运算；

分析软件模块，对采集的数据进行分析，根据预先设定的产生裂纹的声音信号强度判据进行比较和运算，最后给出可能产生裂纹的概率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，采用该方法可以通过对淬火过程中的声音信号测量和分析给出淬火过程中是否有可能产生裂纹的声音信号出现，并给出可能产生淬火裂纹的概率。大大提高了无损探伤检测针对性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例中装置结构示意图；

介质1、淬火槽2、淬火件3、介质液面4、声音探测探头(液面上部)5、声音探测探头(液面下部)6、探头夹持机构7、线缆8、信号放大与转换器9、数据处理模块10。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的装置，其中包括：

至少一个声音测量探头：用于对整个淬火冷却过程的声音信号进行测量；

信号放大与转换器9：用于对声音测量探头测量的声音信号进行数据采集、信号放大和转换；

数据处理模块10：记录和分析数字化形式的声音信号，经过分析给出淬火冷却过程中可能产生裂纹的概率。

具体的，在部分实施例中：

所述声音测量探头采用高灵敏度声音测量探头，测量声频范围1Hz-30KHz，工作温度10-80℃(或根据介质工作温度设定)。

信号放大与转换器可以采用单通道或多通道信号放大与转换器。

数据处理模块10由计算机和分析软件模块组成，计算机作为分析软件模块的载体，分析软件模块安装在计算机之上。分析软件模块通过计算机的显示器进行人机界面交互输入和输出信息，采集的声音信号进入计算机，并通过分析软件模块处理给出结果。

在部分优选实施例中，所述装置进一步包括探头夹持机构7，探头夹持机构7布置在淬火槽2的预定位置，声音测量探头(液面上部)5、声音测量探头(液面下部)6安装在探头夹持机构7之上。声音测量探头(液面上部)5、声音测量探头(液面下部)通过线缆8与信号放大与转换器9连接，经过放大的信号和被转换的数据被传送到数据处理模块10。

经过加热的淬火件3在介质1中进行淬火冷却，声音测量探头(液面上部)5、声音测量探头(液面下部)6对整个淬火冷却过程的声音信号进行测量，测量的信号经过信号放大与转换器9被转换为数字信号传送到数据处理模块10，经软件分析模块给出淬火过程中是否有产生裂纹的声音信号出现，并给出可能产生淬火裂纹的概率。相关人员可以根据可能产生淬火裂纹的概率值，判断是否对该批淬火件进行无损探伤检测。

具体的，所述的声音信号，可以是振幅、频率、波形。

具体的，所述的介质，可以是水、油、各类水溶性介质、各类盐浴、气体。

具体的，所述的淬火冷却，可以是浸液式淬火、感应加热淬火、高能束淬火等各类淬火冷却。

具体的，所述的测量探头安装位置，可以是液面以下、液面以上、液面以上与以下分别放置。

具体的，所述的工件，可以是各类材料和各类形状的淬火件。

具体的，所述的同批次工件处理数量，可以是一支、多支。

基于上述装置结构，以下对本发明通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法的具体实施进行描述。

实施例1

本实施例涉及一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，在经过加热的淬火件在淬火介质中进行淬火冷却时，声音测量探头对整个淬火冷却过程的声音信号进行数据测量；

步骤二，测量的声音信号通过信号放大与转换器被发送到计算机分析软件，经软件分析给出淬火冷却过程中是否存在产生裂纹的声音信号或给出可能产生裂纹的概率。

具体操作：用浸液式淬火油槽，单支长轴类件淬火冷却，轴的材料和尺寸已知，行车吊挂垂直入液淬火冷却。3只声音测量探头分别安装在淬火槽淬火区域内的液面以下200mm深度、轴长度一半的深度和全轴长度的深度的预先确定的位置。

事先已经对该材料和该尺寸工件的淬火声音进行记录和分析，已经获取出现和不出现淬火裂纹的声音信号数据，并建立了是否有可能产生裂纹的声音信号分析软件。声音信号分析软件的原理是，先记录下出现裂纹的声音信号的强度数值，此声音强度数值作为评价是否出现淬火裂纹的临界值，当测量的声音强度数值超过这个临界值，系统将给出报警，提示该次淬火过程中可能有裂纹产生。

完成该工件淬火后，分析软件给出该次淬火冷却产生裂纹的概率，相关人员可以根据可能产生淬火裂纹的概率值，判断是否对该批淬火件进行无损探伤检测。

实施例2

本实施例涉及一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，步骤一、二与实施例1相同。

具体操作：浸液式淬火水槽，多件轴类件同时进行淬火冷却，轴的材料和尺寸已知，行车吊挂水平入液淬火冷却。将一只声音测量探头安装在淬火槽淬火区域内液面以下200mm深度预先确定的位置。

事先已经对该材料和该尺寸工件的淬火声音进行记录和分析，已经获取出现和不出现淬火裂纹的声音信号数据，并建立了是否有可能产生裂纹的声音信号分析软件。声音信号分析软件的原理是，先记录下出现裂纹的声音信号的强度数值，此声音强度数值作为评价是否出现淬火裂纹的临界值，当测量的声音强度数值超过这个临界值，系统将给出报警，提示该次淬火过程中可能有裂纹产生。

完成批次工件淬火后，分析软件给出该次淬火冷却产生裂纹的概率，相关人员可以根据可能产生淬火裂纹的概率值，判断是否对该批淬火件进行无损探伤检测。

实施例3

本实施例涉及一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，步骤一、二与实施例1相同。

具体操作：卧式轴类感应淬火机床，轴的材料和尺寸已知，声音测量探头安装在感应加热器后端的喷水冷却器上。

事先已经对该材料和该尺寸工件的淬火声音进行记录和分析，已经获取出现和不出现淬火裂纹的声音信号数据，并建立了是否有可能产生裂纹的声音信号分析软件。声音信号分析软件的原理是，先记录下出现裂纹的声音信号的强度数值，此声音强度数值作为评价是否出现淬火裂纹的临界值，当测量的声音强度数值超过这个临界值，系统将给出报警，提示该次淬火过程中可能有裂纹产生。

完成工件淬火冷却后，分析软件给出该次淬火冷却产生裂纹的概率。

所以，本发明实施例1-3通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，采用该方法可以通过对淬火过程中的声音信号测量和分析给出淬火过程中是否有可能产生裂纹的声音信号出现，并给出可能产生淬火裂纹的概率。大大提高了无损探伤检测针对性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，其特征在于，包括：

步骤一，经过加热的淬火件在淬火介质中进行淬火冷却时，采用声音测量探头对淬火冷却过程的声音信号进行采集；

步骤二，对步骤一采集的声音信号进行分析，判断淬火冷却过程中是否产生裂纹。

2.根据权利要求1所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，其特征在于，所述声音测量探头为一个或多个，其测量声频范围1Hz-30KHz，工作温度10-80℃或根据介质工作温度设定。

3.根据权利要求1所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，其特征在于，所述声音信号是振幅、频率、波形中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，其特征在于，所述声音测量探头位于淬火槽液面以下、或液面以上、或液面以上与以下分别放置。

5.根据权利要求1所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，其特征在于，所述进行淬火冷却处理的工件处理数量为一支或多支。

6.根据权利要求1-5任一项所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的方法，其特征在于，步骤二中，对采集的声音信号进行分析，判断淬火冷却过程中是否产生裂纹，是指：先记录下出现裂纹的声音信号的强度数值，此强度数值作为评价是否出现淬火裂纹的临界值；当测量的声音强度数值超过所述临界值，给出报警，提示该次淬火过程中会有裂纹产生。

7.一种用于实现上述权利要求1-6任一项所述方法的通过声音信号判断淬火裂纹产生的装置，其特征在于：包括：

至少一个声音测量探头：用于对淬火冷却过程的声音信号进行数据采集；

信号放大与转换器：用于对声音测量探头采集的声音信号进行放大，并输出到数据处理模块；

数据处理模块：记录和分析数字化形式的声音信号，经分析给出淬火冷却过程中是否产生裂纹的结果。

8.根据权利要求7所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的装置，其特征在于：进一步包括至少一个用于声音测量探头安装的探头夹持机构，所述探头夹持机构布置在淬火槽的预定位置，将声音测量探头安装在探头夹持机构之上。

9.根据权利要求7或8所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的装置，其特征在于：所述数据处理模块由计算机和分析软件模块组成，其中：

计算机，接收和存储信号放大与转换器发来的数字声音信号，同时按照分析软件模块指令进行相关的运算；

分析软件模块，对采集的数据进行分析，根据预先设定的产生裂纹的声音信号强度判据进行比较和运算，最后给出可能产生裂纹的概率。

10.根据权利要求9所述的通过声音信号判断淬火裂纹产生的装置，其特征在于：对于在蒸汽膜的生成和核沸腾阶段，如果出现的声音信号强度明显高于在该阶段常规的背景声音信号，则判断在该阶段有产生裂纹的可能性，将这一阶段称为“裂纹低发区”；

在对流开始后，如果出现的声音信号明显高于氧化皮爆裂所发出的声音信号的情况，则判断在该阶段产生裂纹的可能性非常高，将这一阶段称为“裂纹高发区”；

在裂纹低发区和高发区产生裂纹的声音信号强度判据根据大量的数据采集确定，然后将这个声音信号强度值输入到分析软件模块中作为判据，声音信号高于该强度值判断为出现裂纹的概率为100％，低于这个值根据其低于的比例给出出现裂纹的近似的参考概率。