CN108097976B - 一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，包括固定在炉壁上的导轨顶板，导轨顶板上设有透明玻璃与滑槽轨道；支架通过轮子挂在导轨顶板下方，支架上镶嵌着刻有同心圆刻度的观察玻璃，支架底面上设有遮光板；遮光板上设有上反射镜面和下反射镜面，上反射面镜面的镜面朝下，下反射面镜面的镜面朝上；上反射面镜面与下反射面镜面的中心错位设置，两镜面与遮光板垂直，遮光板与支架面板垂直；上反射镜面与下反射镜面和圆形观察玻璃平行设置；遮光板的右侧设有角度可调节的激光发射器；使用本发明可便捷判断棒料运转状态，可对棒料运转状态进行精准的定量记录，利于实际操作判断何种程度的运转是安全的，依据检测的光斑轨迹大小即可确定安全运转的工艺参数。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金工业技术领域，特别涉及一种等离子旋转电极雾化制粉方法所使用的测量原料棒料旋转稳定性的方法。
背景技术
等离子旋转电极雾化法是离心雾化技术的一种，也是目前商业化最普及的离心雾化技术。与气雾化，水雾化方法相比，离心雾化法的雾化原理基于惯性力克服表面张力，因而容易制备球形度及形状规整度极佳的粉体。等离子旋转电极法除却继承了离心雾化方法的高球形度特点以外，由于工艺不接触坩埚，因而杂质极少，雾化后的成分稳定性好，渣块等较少，因而能够生产成分形貌等品质极其优良的球形金属粉末。等离子旋转电极法的生产原料是直线度极高且外圆跳动极低的高精度机加的棒材，其通常表面光洁度在3.2μm。这是由于市面所需要的50-350μm球形金属粉末通常需要50-80mm直径的棒材保持在15000-20000rpm转速进行雾化。高转速对棒料的旋转稳定性提出了苛刻的要求。棒料在实际运转中，除却受到原始加工状态的影响，还要承受等离子枪热应力的影响以及内部缺陷和表面缺陷以及其他机械振动的影响，因而棒料运转是难以精准稳定的。当棒料运转不稳定时，会影响设备运转安全性以及熔池的稳定性，并影响雾化粉末的品质。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置与方法，其可以等离子旋转电极设备运转时对旋转棒料运转稳定性的评估。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，包括有固定在炉壁上的导轨顶板，导轨顶板上设有便于观察的透明玻璃与滑槽轨道；支架通过轮子挂在导轨顶板下方，支架上镶嵌着刻有同心圆刻度的观察玻璃，支架底面上连接有遮光板；轮子固定于支架上正对上方的滑槽轨道；与圆形观察玻璃同侧的遮光板上设有平行于地面的上反射镜面和下反射镜面，上反射镜面的镜面朝下，下反射镜面的镜面朝上；上反射镜面与下反射镜面的中心错位设置，两个镜面的间距间隔50-200mm，两个镜面与遮光板垂直，遮光板与支架面板垂直；上反射镜面与下反射镜面和圆形观察玻璃平行设置并间隔50-200mm；遮光板的右侧设有角度可调节的激光发射器。
所述的简易装置与炉壁采用可拆卸式连接，安装于旋转电极的棒料的上方。
所述的简易装置安装在传动室上，对于包含传动室的等离子旋转电极设备，简易装置替代传动室的舱盖而安装在传动室上；上反射镜面，下反射镜面以及观察玻璃均是平行于棒料轴线的。
所述的简易装置安装在雾化室的炉壁上，对于棒料裸露在外依靠动密封进料的旋转电极设备，简易装置的上部安装在雾化室的炉壁上；上反射镜面，下反射镜面以及观察玻璃均是平行于棒料轴线的；所述的观察玻璃采用圆形和毛面。
所述的可调角度的激光发射器可将激光发射至棒料表面，光路依次反射至上反射镜面，下反射镜面，直到观察玻璃；该装置的光路存在于过静止棒料轴心且垂直于遮光板和支架的平面内。
所述的简易装置在等离子旋转电极设备在运转时，通过观察玻璃上可以看到按照规律不断运动的光斑轨迹。
所述的可调角度的激光发射器工作时与测地线方向的夹角为20-80°；所述的激光发射器使用的激光是平行光源。
所述的下反射镜面可在垂直方向沿着遮光板做做垂直方向0-200mm调整。
所述的简易装置不直接接触棒料。
利用权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤1，将设备正常安装在等离子旋转电极雾化设备上，放入待转棒料，调整激光发射器的入射角度和下反射镜面的高度，保证调试后的装置能满足激光发射器的光斑经过棒料表面，上反射镜面，下反射镜面后正好打入观察玻璃的中心；
步骤2，使用经过工程确认已经合乎要求的棒料，按照等离子旋转电极设备的要求以<30000rpm进行雾化，并打开激光发射器；
步骤3，在观察玻璃上检测光斑的运动轨迹，并记录光斑的大小，形状，尺寸；
步骤4，依据设定好的装置各项参数和运动轨迹的尺寸，并通过光斑轨迹确定安全运转时在观察玻璃上的刻度同心圆；
步骤5，使用其他同规格棒料进行雾化，依据标定好的刻度同心圆，判断该棒料的运转是否稳定，以及稳定的程度。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明能够直观反映棒料运转运转是否稳定的状态：
1）光斑的抖动轨迹可以直接反应棒料在各个位相的抖动；
2）工艺人员可以依据已有数据在观察玻璃划定安全刻度同心圆，因而一旦出现临界状态，非常便捷能够检查棒料的抖动是否已经超越了允许的临界；
3）通过光斑抖动反应棒料抖动，由于光路的特性，微弱的抖动信号已经在经过二次反射后放大，因而实际看到的抖动会比较明显，利于定量分析；
4）棒料抖动反应的光斑抖动轨迹可以用于转子动力学理论进行更深入的分析。
使用本发明方法，利用发明中所提出的设备，能够便捷判断棒料运转状态，并能对棒料运转状态进行精准的定量记录，因而利于实际操作判断何种程度的运转是安全的，并依据检测的光斑轨迹大小即可确定安全运转的工艺参数。
附图说明
图1是本发明所使用装置安装于常规等离子旋转电极设备时的结构示意图(正视)。
图中：1-导轨顶板，2-支架，3-观察玻璃，4-遮光板， 5-轮子，6-炉壁，7-激光发射器，8-下反射镜面，9-电极棒，12-上反射镜面。
图2是本发明装置的结构正视图。
图3是本发明装置的导轨顶板结构的俯视图。
图中：1-导轨顶板(俯视)，10-透明玻璃，11-滑槽轨道。
图4是本发明装置的支架的结构俯视图。
图中：2-支架，3-观察玻璃，4-遮光板。
图5是本发明装置光斑移动的原理示意图一。
图6是本发明装置光斑移动的原理示意图二。
图7是本发明圆形观察玻璃及光斑轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1、2、3、4、5，一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，包括有固定在炉壁6的导轨顶板1，导轨顶板1上有便于观察的透明玻璃10与滑槽轨道11；通过轮子5挂在导轨顶板下方，支架2上开孔并镶嵌刻有同心圆刻度的毛面的圆形观察玻璃3，以及遮光板4，轮子5固定于支架上正对上方的滑槽轨道11内；遮光板4安装有上反射镜面12和下反射镜面8，两镜面平行于地平面，上反射镜面12朝下，下反射镜面8朝上，两镜面的中心间隔一段距离，两镜面的间距也间隔一段距离，两镜面与遮光板4垂直，遮光板4与支架2面板垂直；上反射镜面12与下反射镜面8和观察玻璃是平行的并间隔一段距离；遮光板的右侧安装有角度可调节的激光发射器7。
所述的装置是可拆卸的，通常安装于旋转电极的棒料9的上方，对于包含传动室的等离子旋转电极设备，该装置可以替代传动室的舱盖而安装在传动室上；对于棒料裸露在外依靠动密封进料的旋转电极设备，该装置的上部可以安装在雾化室的炉壁6上；无论哪种安装方式，装置中的上反射镜面12，下反射镜面8以及观察玻璃3均是平行于棒料9轴线的。
所述的可调角度的激光发射器7可以将激光发射至棒料9表面，光路依次反射至上反射镜面12，下反射镜面8，直到观察玻璃3；该装置的光路存在于过静止棒料9轴心且垂直于遮光板4和支架2的平面内。
所述的装置在等离子旋转电极设备在运转时，在观察玻璃3上可以看到按规律不断运动的光斑轨迹。
所述的可调角度的激光发射器7在实际工作时，其与测地线方向的夹角是固定的。
所述的激光发射器7使用的激光是平行光源。
所述的观察玻璃3的毛面用于充分散射激光光斑，以使得光斑随着抖动的跳动清楚地展示在观察玻璃3上，并削弱激光对观察人员的视力影响。
所述观察玻璃3的同心圆刻度可以依据实际设备安装的角度和尺寸进行调整，可以通过光路图计算出棒料实际的抖动振幅。
所述的遮光板4的目的在于削弱等离子雾化室端等离子枪的光源对于观测结果的影响，并作为支撑上反射镜面12与下反射镜面8的结构。
所述的下反射镜面8可以在垂直方向沿着遮光板4做做垂直方向0-200mm调整。
所述的装置所有模块均不会直接接触棒料9。
利用所述的动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置测量旋转电极棒料抖动的方法，测量时包括以下步骤：
步骤1，将设备正常安装在等离子旋转电极雾化设备上，放入待转棒料9，调整激光发射器7的入射角度和下反射镜面8的高度以保证调试后的装置能满足激光发射器的光斑经过棒料9表面、上反射镜面12、下反射镜面8后正好打入观察玻璃3的中心；
步骤2，使用经过工程确认已经合乎要求的棒料9，按照等离子旋转电极设备的要求以一定转速进行雾化，并打开激光发射器7；
步骤3，在观察玻璃3上检测光斑的运动轨迹，并记录光斑的大小，形状，尺寸；
步骤4，依据设定好的装置各项参数和运动轨迹的尺寸，并通过光斑轨迹确定安全运转时在观察玻璃3上的刻度同心圆。
步骤5，使用其他同规格棒料9进行雾化，依据标定好的刻度同心圆，可判断该棒料9的运转是否稳定，以及稳定的程度。
实施例1
使用直径54.98mm的合格Ti6Al4V棒料，调整光路至满足上反射镜面下反射镜面以及观察玻璃与棒料轴线两两平行，并保持激光发射器光路与铅垂线夹角30°（或者夹角为30°），棒料实测直线度，中间外圆跳动0.022mm。以24000rpm进行旋转，标定得到观察窗圆的直径在22mm，棒料开始跳动，棒料上扬的瞬态如图5所示，光斑移动在观察玻璃圆偏右，棒料下沉的瞬态如图6所示，光斑移动在观察玻璃圆偏左，。以30000rpm进行旋转，标定得到观察玻璃圆的直径在30mm，发现棒料依然旋转稳定。不改变几何参数，更换第二根未知棒料，旋转转速升至27000rpm，观察得到观察玻璃的光斑轨迹圆直径已经在45mm，说明该棒料运转不稳定，依据将轨迹限定在合格棒料的30000rpm高转速30mm认定的合格范围内，一边降低转速一边观察轨迹圆的变化，发现在22000rpm时该棒料的光斑轨迹基本贴近直径30mm，因而对于该棒料，使用22000rpm是安全的，超过该转速运转则将面临风险。
实施例2
使用直径78.90mm的合格304不锈钢棒料，调整光路至满足上反射镜面下反射镜面以及观察玻璃与棒料轴线两两平行，并保持激光发射器光路与铅垂线夹角50°。棒料实测直线度，中间外圆跳动0.025mm。以20000rpm进行旋转，标定得到观察窗圆的直径在34mm棒料开始跳动，棒料上扬的瞬态如图5所示，光斑移动在观察玻璃圆偏右，棒料下沉的瞬态如图6所示，光斑移动在观察玻璃圆偏左，。不改变几何参数，更换第二根未知棒料，旋转转速升至20000rpm，观察得到观察玻璃的光斑轨迹圆直径已经在65mm，说明该棒料运转不稳定，依据将轨迹限定在合格棒料的20000rpm高转速34mm认定的合格范围内，一边降低转速一边观察轨迹圆的变化，发现在14000rpm时该棒料的光斑轨迹基本贴近直径30mm，因而对于该棒料，使用14000rpm是安全的，超过该转速运转则将面临风险。
实施例3
使用直径75.12mm的合格TA15棒料，调整光路至满足上反射镜面下反射镜面以及观察玻璃与棒料轴线两两平行，并保持激光发射器光路与铅垂线夹角80°。棒料实测直线度，中间外圆跳动0.020mm。以18000rpm进行旋转，标定得到观察窗圆的直径在26mm，棒料开始跳动，棒料上扬的瞬态如图5所示，光斑移动在观察玻璃圆偏右，棒料下沉的瞬态如图6所示，光斑移动在观察玻璃圆偏左，。不改变几何参数，更换第二根未知棒料，旋转转速升至18000rpm，观察得到观察玻璃的光斑轨迹圆直径已经在44mm，说明该棒料运转不稳定，依据将轨迹限定在合格棒料的18000rpm高转速26mm认定的合格范围内，一边降低转速一边观察轨迹圆的变化，发现在15000rpm时该棒料的光斑轨迹（参见图7）基本贴近直径26mm，因而对于该棒料，使用15000rpm是安全的，超过该转速运转则将面临风险。
Claims (8)
1.一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，其特征在于，包括有固定在炉壁(6)上的导轨顶板(1)，导轨顶板(1)上设有便于观察的透明玻璃(10)与滑槽轨道(11)；支架(2)通过轮子(5)挂在导轨顶板(1)下方，支架(2)上镶嵌着刻有同心圆刻度的观察玻璃(3)，支架(2)底面上连接有遮光板(4)；轮子(5)固定于支架上正对上方的滑槽轨道(11)内；与圆形观察玻璃(3)同侧的遮光板(4)上设有平行于地面的上反射镜面(12)和下反射镜面(8)，上反射镜面(12)的镜面朝下，下反射镜面(8)的镜面朝上，上反射镜面与下反射镜面的中心错位设置，两个镜面的间距间隔50-200mm，两个镜面与遮光板(4)垂直，遮光板(4)与支架(2)面板垂直；上反射镜面(12)与下反射镜面(8)和圆形观察玻璃(3)平行设置并间隔50-200mm；遮光板的右侧设有角度可调节的激光发射器(7)；
所述的角度可调节的激光发射器（7）可以将激光发射至棒料(9)表面，光路依次反射至上反射镜面(12)，下反射镜面(8)，直到观察玻璃(3)；该装置的光路存在于过静止棒料(9)轴心且垂直于遮光板(4)和支架(2)的平面内；
所述的角度可调节的激光发射器（7）工作时与测地线方向的夹角为20-80°；所述的激光发射器(7)使用的激光是平行光源。
2.根据权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，其特征在于，所述的简易装置与炉壁(6)采用可拆卸式连接，安装于旋转电极的棒料(9)的上方。
3.根据权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，其特征在于，所述的简易装置安装在传动室上，对于包含传动室的等离子旋转电极设备，简易装置替代传动室的舱盖而安装在传动室上；上反射镜面(12)，下反射镜面(8)以及观察玻璃(3)均是平行于棒料(9)轴线的。
4.根据权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，其特征在于，所述的简易装置安装在雾化室的炉壁(6)上，对于棒料裸露在外依靠动密封进料的旋转电极设备，简易装置的上部安装在雾化室的炉壁(6)上；上反射镜面(12)，下反射镜面(8)以及观察玻璃(3)均是平行于棒料(9)轴线的；所述的观察玻璃(3) 采用圆形和毛面。
5.根据权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，其特征在于，所述的简易装置在等离子旋转电极设备在运转时，通过观察玻璃(3)上可以看到按照规律不断运动的光斑轨迹。
6.根据权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，其特征在于，所述的下反射镜面(8)可在垂直方向沿着遮光板(4)做垂直方向0-200mm调整。
7.根据权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置，其特征在于，所述的简易装置不直接接触棒料(9)。
8.利用权利要求1所述的一种动态测量旋转电极棒料抖动的简易装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将设备正常安装在等离子旋转电极雾化设备上，放入待转棒料(9)，调整激光发射器(7)的入射角度和下反射镜面(8)的高度，保证调试后的装置能满足激光发射器的光斑经过棒料(9)表面，上反射镜面(12)，下反射镜面(8)后正好打入观察玻璃(3)的中心；
步骤2，使用经过工程确认已经合乎要求的棒料(9)，按照等离子旋转电极设备的要求以<30000rpm进行雾化，并打开激光发射器(7)；
步骤3，在观察玻璃(3)上检测光斑的运动轨迹，并记录光斑的大小，形状，尺寸；
步骤4，依据设定好的装置各项参数和运动轨迹的尺寸，并通过光斑轨迹确定安全运转时在观察玻璃(3)上的刻度同心圆；
步骤5，使用其他同规格棒料(9)进行雾化，依据标定好的刻度同心圆，判断该棒料(9)的运转是否稳定，以及稳定的程度。
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