RU2345355C1 - Method of determination of heterogeneity of metal and device for its realisation (versions) - Google Patents
Method of determination of heterogeneity of metal and device for its realisation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345355C1 RU2345355C1 RU2007134312/28A RU2007134312A RU2345355C1 RU 2345355 C1 RU2345355 C1 RU 2345355C1 RU 2007134312/28 A RU2007134312/28 A RU 2007134312/28A RU 2007134312 A RU2007134312 A RU 2007134312A RU 2345355 C1 RU2345355 C1 RU 2345355C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic emission
- metal
- fourier
- fourier spectrum
- emission
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 109
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 95
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 7
- 102000010410 Nogo Proteins Human genes 0.000 claims 1
- 108010077641 Nogo Proteins Proteins 0.000 claims 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 39
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 39
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 7
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 abstract description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 35
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 33
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 description 5
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000492493 Oxymeris Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000048 melt cooling Methods 0.000 description 1
- MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N methamphetamine Chemical compound CN[C@@H](C)CC1=CC=CC=C1 MYWUZJCMWCOHBA-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области металлургии и предназначена для анализа состава металлов. Изобретения могут быть использованы для экспрессного определения содержания водорода и других газообразных и твердых примесей в расплавах алюминия, меди и их сплавов, а также других металлов и сплавов.The group of inventions relates to the field of metallurgy and is intended for analysis of the composition of metals. The invention can be used for rapid determination of hydrogen and other gaseous and solid impurities in molten aluminum, copper and their alloys, as well as other metals and alloys.
Известны экспрессные способы определения содержания газов в жидких металлах, например способ по авторскому свидетельству СССР №277381 [оп.22.07.1970], основанный на погружении в исследуемый металл пористого фильтра и извлечении газов через фильтр в вакуумированный объем с измерением скорости экстракции газов по изменению давления в анализируемом объеме, по которой судят о концентрации газов в жидком металле.Express methods are known for determining the gas content in liquid metals, for example, the method according to USSR author's certificate No. 2777381 [op.22.07.1970], based on immersion of a porous filter in the metal under study and extracting gases through the filter into a vacuum volume with measuring the gas extraction rate by pressure change in the analyzed volume, which is used to judge the concentration of gases in a liquid metal.
Недостатком способа является потребность в сложном оборудовании, пониженная точность в связи с невозможностью полной экстракции водорода из пробы и невозможность определения содержания твердых примесей.The disadvantage of this method is the need for sophisticated equipment, reduced accuracy due to the inability to completely extract hydrogen from the sample and the inability to determine the content of solid impurities.
Наиболее близким к предложенному является способ определения содержания газов в металлах [патент РФ №2052810, оп.20.01.996], включающий регистрацию параметров внутренней акустической эмиссии остывающего расплава металла в процессе его кристаллизации и последующее определение обобщенного параметра, характеризующего состав металла. Таким параметром в способе-прототипе является величина суммарной внутренней акустической эмиссии за время остывания (кристаллизации) металла, выражаемая числом импульсов регистрируемого сигнала внутренней акустической эмиссии и зависящая от содержания газов в металле. По числу импульсов, как итоговому параметру, судят о содержании газов в жидком металле путем сопоставления полученного результата с результатами определения содержания газа в эталонных (образцовых) пробах металла. Время экспресс-анализа лимитируется периодом затвердевания исследуемой пробы, который составляет несколько минут. Способ-прототип позволяет определять с погрешностью 5% содержание водорода, вызывающего пористость затвердевшего расплава металла, то есть является способом определения неоднородности металла.Closest to the proposed one is a method for determining the gas content in metals [RF patent No. 2052810, op. 20.01.996], which includes recording the parameters of internal acoustic emission of a cooling metal melt during its crystallization and subsequent determination of a generalized parameter characterizing the composition of the metal. Such a parameter in the prototype method is the value of the total internal acoustic emission during the cooling (crystallization) of the metal, expressed by the number of pulses of the recorded signal of the internal acoustic emission and depending on the gas content in the metal. By the number of pulses, as the final parameter, one judges the gas content in the liquid metal by comparing the result with the results of determining the gas content in the reference (model) metal samples. The time of express analysis is limited by the period of solidification of the test sample, which is several minutes. The prototype method allows to determine with an error of 5% the hydrogen content that causes the porosity of the hardened metal melt, that is, it is a way to determine the heterogeneity of the metal.
Наиболее близким к предложенному устройством является описанная в патенте РФ №2052810 установка для определения неоднородности металла, включающая изложницу для расплавленного металла с ультразвуковым датчиком, выход которого соединен со входом блока регистрации параметров акустической эмиссии, выполненного в виде счетчика импульсов внутренней акустической эмиссии остывающего металла, выход которого соединен со входом блока индикации результатов в виде графопостроителя или цифропечатающего устройства или осциллографа.Closest to the proposed device is the installation described in RF patent No. 2052810 for determining metal inhomogeneity, including a mold for molten metal with an ultrasonic sensor, the output of which is connected to the input of the acoustic emission parameter recording unit, made in the form of a pulse counter of the internal acoustic emission of the cooling metal, the output which is connected to the input of the display of results in the form of a plotter or digital printing device or oscilloscope.
Недостатком прототипов предложенных способа и устройства является пониженная точность определения содержания газа (пористости металла, сплава металлов) и невозможность определения содержания твердых примесей в металле (сплаве металлов).The disadvantage of the prototypes of the proposed method and device is the reduced accuracy of determining the gas content (porosity of the metal, metal alloy) and the inability to determine the content of solid impurities in the metal (metal alloy).
Задачей является создание способа и устройств, обеспечивающих увеличение точности определения содержания газа (пористости металла, сплава) и определение содержания твердых примесей в сплаве (металле).The objective is to create a method and devices that increase the accuracy of determining the gas content (porosity of the metal, alloy) and determine the content of solid impurities in the alloy (metal).
Для решения поставленной задачи предложена группа изобретений, состоящая из способа и двух вариантов устройств для его осуществления.To solve this problem, a group of inventions is proposed, consisting of a method and two variants of devices for its implementation.
Предложенный способ определения неоднородности металла, включающий регистрацию параметров внутренней акустической эмиссии расплава металла, залитого и остывающего в емкости измерительного блока, в процессе кристаллизации этого металла, и последующее определение обобщенного параметра, характеризующего неоднородности металла, отличается тем, что перед заливкой расплава металла в емкость измерительного блока регистрируют спектр Фурье шумовой акустической эмиссии включенного измерительного блока, в качестве параметров внутренней акустической эмиссии остывающего в процессе кристаллизации металла регистрируют спектры Фурье в нескольких диапазонах частот внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла, после чего определяют значение суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии и первичное значение суммарной энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии, затем определяют уточненное значение энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии путем вычитания значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии из первичного значения энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии, а в качестве обобщенного параметра, характеризующего неоднородности металла, используют полученный набор уточненных значений суммарных энергий.The proposed method for determining the heterogeneity of a metal, including recording the parameters of internal acoustic emission of a metal melt, cast and cooling in the capacity of the measuring unit, during crystallization of this metal, and the subsequent determination of the generalized parameter characterizing the heterogeneity of the metal, differs in that before pouring the molten metal into the measuring capacity block register the Fourier spectrum of the noise acoustic emission of the included measuring unit, as parameters of the internal the acoustic emission of the metal cooling down during crystallization, the Fourier spectra are recorded in several frequency ranges of the internal acoustic emission of the crystallizing metal, after which the total energy of the harmonics of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission is determined and the primary value of the total harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission is then determined the adjusted value of the harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic e issii by subtracting the total energy of the harmonics of the Fourier spectrum of acoustic noise emission from the primary values of the Fourier spectrum of the harmonic energy for each band internal acoustic emission, and as a generalized parameter indicative of the inhomogeneity of the metal, using the obtained set of revised values of total energy.
Кроме того, способ определения состава металла отличается тем, что регистрируют спектры Фурье сигнала акустической эмиссии в шести диапазонах частот этого сигнала, а именно 70-80 кГц, 81-95 кГц, 96-114 кГц, 125-150 кГц, 151-175 кГц, 176-200 кГц.In addition, the method for determining the composition of the metal is characterized in that the Fourier spectra of the acoustic emission signal are recorded in six frequency ranges of this signal, namely 70-80 kHz, 81-95 kHz, 96-114 kHz, 125-150 kHz, 151-175 kHz , 176-200 kHz.
Еще способ определения состава металла отличается тем, что регистрируют спектры Фурье сигнала акустической эмиссии в четырех диапазонах частот этого сигнала, а именно 25-50 кГц, 51-80 кГц, 81-115 кГц и 124-200 кГц.Another method for determining the composition of the metal is characterized in that the Fourier spectra of the acoustic emission signal are recorded in four frequency ranges of this signal, namely 25-50 kHz, 51-80 kHz, 81-115 kHz and 124-200 kHz.
Первый предложенный вариант устройства для определения неоднородности металла, включающего изложницу для расплава металла с акустическим датчиком, выход которого соединен со входом блока регистрации параметров внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла, отличается тем, что блок регистрации параметров внутренней акустической эмиссии выполнен в виде микропроцессора, осуществляющего функцию регистрации спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла в нескольких диапазонах частот этой эмиссии, а также регистрацию спектра Фурье шумовой акустической эмиссии, определение значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии, определение значения суммарной энергии гармоник спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла для каждого диапазона частот этой эмиссии и определение уточненного значения энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии путем вычитания значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии из первичного значения энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии, причем выход микропроцессора является выходом устройства.The first proposed embodiment of a device for determining metal inhomogeneity, including a mold for metal melt with an acoustic sensor, the output of which is connected to the input of the unit for recording parameters of internal acoustic emission of crystallized metal, characterized in that the unit for recording parameters of internal acoustic emission is made in the form of a microprocessor that performs the registration function Fourier spectra of the internal acoustic emission of a crystallizing metal in several frequency ranges of this em studies, as well as registration of the Fourier spectrum of noise acoustic emission, determination of the total harmonic energy of the Fourier spectrum of noise acoustic emission, determination of the total energy of harmonics of the Fourier spectra of the internal acoustic emission of crystallizing metal for each frequency range of this emission, and determination of the adjusted harmonic energy of the Fourier spectrum for each the frequency range of the internal acoustic emission by subtracting the total energy of the harmonics of the Fourier spectrum of the noise acus emission from the primary energy of harmonics of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission, and the output of the microprocessor is the output of the device.
Второй предложенный вариант устройства для определения неоднородности металла, включающего изложницу для расплава металла с акустическим датчиком, выход которого соединен со входом блока регистрации параметров внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла, отличается тем, что блок регистрации параметров внутренней акустической эмиссии выполнен в виде блока регистрации спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла в нескольких диапазонах частот этой эмиссии, кроме того, в устройство введены блок регистрации спектра Фурье шумовой акустической эмиссии, блок определения значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии, блок определения значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла для каждого диапазона частот этой эмиссии, блок вычитания значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии из значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла для каждого диапазона частот этой эмиссии, вход блока регистрации спектра Фурье шумовой акустической эмиссии соединен с выходом акустического датчика, а выход - со входом блока определения значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии, выход блока регистрации спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла в нескольких диапазонах частот этой эмиссии соединен со входом блока определения значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла для каждого диапазона частот этой эмиссии, выход блока определения значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии и выход блока определения значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла для каждого диапазона частот этой эмиссии соединены с соответствующими входами вышеуказанного блока вычитания, выход которого является выходом устройства.The second proposed embodiment of a device for determining metal inhomogeneity, including a mold for metal melt with an acoustic sensor, the output of which is connected to the input of the unit for recording the parameters of internal acoustic emission of crystallized metal, characterized in that the unit for recording parameters of internal acoustic emission is made in the form of a unit for recording Fourier spectra of internal acoustic emission of crystallizing metal in several frequency ranges of this emission, in addition, we have a unit for recording the Fourier spectrum of noise acoustic emission, a unit for determining the total harmonic energy of the Fourier spectrum of noise acoustic emission, a unit for determining the total energy of harmonics of the Fourier spectrum of the internal acoustic emission of crystallizing metal for each frequency range of this emission, a unit for subtracting the total energy of harmonics of the Fourier spectrum of noise acoustic emission from the total harmonic energy of the Fourier spectrum of the internal acoustic emission of crystallizing meth for each frequency range of this emission, the input of the Fourier spectrum recording unit of the noise acoustic emission is connected to the output of the acoustic sensor, and the output is connected to the input of the unit for determining the total harmonic energy of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission, the output of the recording unit of the Fourier spectra of the internal acoustic emission of the crystallized metal in several frequency ranges of this emission is connected to the input of the unit for determining the total energy of harmonics of the Fourier spectrum of the internal acoustic emission crystallized metal for each frequency range of this emission, the output of the unit for determining the total energy of harmonics of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission and the output of the unit for determining the total energy of harmonics of the Fourier spectrum of the internal acoustic emission of the crystallized metal for each frequency range of this emission are connected to the corresponding inputs of the above subtraction unit, the output of which is the output of the device.
Техническим результатом от использования предложенных технических решений является увеличение точности определения содержания газа и пористости металла, а также обеспечение возможности определения содержания твердых примесей и их распределения по размерам за счет использования оказавшихся более информативными параметров внутренней акустической эмиссии. В качестве таких параметров регистрируют спектры Фурье сигнала внутренней акустической эмиссии в нескольких диапазонах частот этой эмиссии, причем в качестве обобщенного итогового параметра используют набор уточненных значений суммарных энергий гармоник полученных спектров Фурье, освобожденных от влияния суммарной энергии спектра шумового сигнала. В соответствии с проведенными авторами экспериментальными исследованиями уточненные значения суммарных энергий гармоник (интенсивность гармонических составляющих) диапазонов частот коррелируют с содержанием твердых включений определенного размера и содержанием газовых включений, в частности, водорода, что и обеспечивает достижение технического результата. Возможность определения размеров твердых включений определена выявленной зависимостью энергии частот сигнала внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла от размеров этих включений. При этом диапазоны частот, отражающие наличие твердых включений, отличны от диапазонов частот, отражающих газовые включения, вследствие отличия размеров твердых включений от размеров газовых включений (пузырьков газа). Увеличение точности определения содержания газа и пористости металла объясняется тем, что в предложенном способе более полно учитывается характеризующая содержание газа энергетическая составляющая акустического сигнала кристаллизующегося расплава. Выявление неоднородностей остывающего расплава металла характеризует содержание газа (пористость) и твердых примесей как в расплаве, так и в остывшем, затвердевшем металле.The technical result from the use of the proposed technical solutions is to increase the accuracy of determining the gas content and porosity of the metal, as well as providing the ability to determine the content of solid impurities and their size distribution through the use of the more informative parameters of internal acoustic emission. As such parameters, the Fourier spectra of the signal of internal acoustic emission are recorded in several frequency ranges of this emission, and a set of refined values of the total harmonics energies of the obtained Fourier spectra freed from the influence of the total energy of the noise signal spectrum is used as a generalized final parameter. In accordance with the experimental studies carried out by the authors, the refined values of the total harmonics energies (intensity of harmonic components) of the frequency ranges correlate with the content of solid inclusions of a certain size and the content of gas inclusions, in particular hydrogen, which ensures the achievement of a technical result. The possibility of determining the size of solid inclusions is determined by the revealed dependence of the frequency energy of the signal of the internal acoustic emission of crystallizing metal on the sizes of these inclusions. Moreover, the frequency ranges reflecting the presence of solid inclusions are different from the frequency ranges reflecting gas inclusions, due to the difference in the sizes of solid inclusions from the sizes of gas inclusions (gas bubbles). The increase in the accuracy of determining the gas content and metal porosity is explained by the fact that the proposed method more fully takes into account the energy component characterizing the gas content of the acoustic signal of the crystallized melt. The detection of inhomogeneities of a cooling metal melt characterizes the content of gas (porosity) and solid impurities both in the melt and in the cooled, hardened metal.
На чертеже показана блок-схема устройства для определения неоднородности металла и реализации предложенного способа.The drawing shows a block diagram of a device for determining the heterogeneity of the metal and the implementation of the proposed method.
Устройство для определения неоднородности металла и реализации предложенного способа включает изложницу 1 с емкостью 2 (стальной конический стакан емкостью примерно 200 куб. см) для размещения металлического расплава и ультразвуковым датчиком 3, выход 4 которого соединен со входом 5 блока 6 регистрации параметров акустического сигнала, который выполнен так, что он может осуществлять функцию регистрации спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла в нескольких диапазонах частот этой эмиссии, регистрацию спектра Фурье шумовой акустической эмиссии, определение суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии и первичных значений суммарной энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии и определение уточненного значения энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии, набор (совокупность) которых является обобщенным параметром, характеризующим неоднородности металла.A device for determining the heterogeneity of the metal and the implementation of the proposed method includes a mold 1 with a capacity of 2 (a steel conical glass with a capacity of approximately 200 cubic cm) for accommodating a metal melt and an ultrasonic sensor 3, the output 4 of which is connected to the input 5 of the block 6 for recording the parameters of the acoustic signal, which made so that it can perform the function of registering the Fourier spectra of the internal acoustic emission of crystallizing metal in several frequency ranges of this emission, registering the spec Fourier noise of acoustic noise emission, determination of the total energy of harmonics of the Fourier spectrum of acoustic noise emission and primary values of the total energy of harmonics of the Fourier spectrum for each frequency range of internal acoustic emission and determination of the specified value of harmonics of the Fourier spectrum of each frequency range of internal acoustic emission, set (set) which is a generalized parameter characterizing the heterogeneity of the metal.
Приведенная блок-схема микропроцессора (микропроцессорного блока) 6 регистрации параметров акустического сигнала отражает алгоритм его работы.The block diagram of the microprocessor (microprocessor unit) 6 for recording the parameters of the acoustic signal reflects the algorithm of its operation.
Вход 5 микропроцессора 6 (блока 6 регистрации параметров акустического сигнала) соединен со входом 7 блока 8 регистрации спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла в нескольких диапазонах частот этой эмиссии, а также со входом 9 блока 10 регистрации спектра Фурье шумовой акустической эмиссии. Выход 11 блока 8 регистрации спектров Фурье внутренней акустической эмиссии соединен с первым входом 12 блока 13 определения суммарных энергий, а именно определения значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии и первичных значений суммарной энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла.The input 5 of the microprocessor 6 (unit 6 for recording the parameters of the acoustic signal) is connected to the input 7 of the unit 8 for recording the Fourier spectra of the internal acoustic emission of crystallizing metal in several frequency ranges of this emission, as well as with the input 9 of the unit 10 for recording the Fourier spectrum of the noise acoustic emission. The output 11 of the unit 8 for recording the Fourier spectra of the internal acoustic emission is connected to the first input 12 of the unit 13 for determining the total energies, namely, determining the total energy of the harmonics of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission and the primary values of the total energy of the harmonics of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission of the crystallizing metal .
Со вторым входом 14 блока 13 определения суммарных энергий соединен выход 15 блока 10 регистрации спектра Фурье шумовой акустической эмиссии. Выход 16 блока 13 определения суммарных энергий соединен со входом 17 блока вычитания 18, в котором осуществляется определение уточненного значения энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии путем вычитания значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии из первичного значения энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла.The output 15 of the Fourier spectrum registration unit 10 of the acoustic noise emission is connected to the second input 14 of the total energy determination unit 13. The output 16 of the total energy determination unit 13 is connected to the input 17 of the subtraction unit 18, in which the specified value of the harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission is determined by subtracting the total energy of the harmonics of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission from the primary energy of the harmonics of the Fourier spectrum for each frequency range of internal acoustic emission of crystallizing metal.
Выход 19 блока вычитания 18 является выходом 20 микропроцессора 6 и предложенного устройства в целом, так как сигнал с выхода этого блока 18 содержит все необходимые данные для определения искомой неоднородности металла (набор уточненных значений суммарных энергий по диапазонам частот сигнала внутренней акустической эмиссии), являясь носителем обобщенного параметра, характеризующего искомые неоднородности металла. Выход 20 микропроцессора 6 может быть соединен с расположенной вне этого блока 6 системой передачи сигнала обобщенного параметра на удаленный терминал (на чертеже не показано) или с блоком 22 визуализации искомых неоднородностей металла (сплава). Удаленный терминал может быть выполнен в виде блока 22 визуализации искомых неоднородностей металла.The output 19 of the subtraction unit 18 is the output 20 of the microprocessor 6 and the proposed device as a whole, since the signal from the output of this block 18 contains all the necessary data to determine the desired heterogeneity of the metal (a set of refined values of the total energies from the frequency ranges of the signal of internal acoustic emission), being the carrier generalized parameter characterizing the desired inhomogeneities of the metal. The output 20 of the microprocessor 6 can be connected to a system for transmitting a signal of a generalized parameter to a remote terminal located outside this block 6 (not shown in the drawing) or to a block 22 for visualizing the desired inhomogeneities of the metal (alloy). The remote terminal may be made in the form of a block 22 for visualizing the desired inhomogeneities of the metal.
Описанная блок-схема реализации функций микропроцессора 6 соответствует признакам предложенного способа определения неоднородности металла.The described block diagram of the implementation of the functions of the microprocessor 6 corresponds to the features of the proposed method for determining the heterogeneity of the metal.
Блок-схема устройства, включающая изложницу 1, акустический датчик 3 и блок регистрации параметров акустического сигнала (микропроцессор) 6, которые обеспечивают получение обобщенного параметра, характеризующего искомые неоднородности металла, дополнена блок-схемой блока 22 визуализации искомых неоднородностей металла, согласно которой выход 19 блока вычитания 18, являющийся выходом 20 микропроцессора 6, соединен с первым входом 21 блока 22 визуализации искомых неоднородностей металла и со входом 23 процессора 24, со вторым входом 25 которого соединен выход 26 блока уравнений 27, содержащего имеющиеся, экспериментально полученные ранее уравнения для расчета концентраций твердых и газообразных включений, соответствующих тем или иным неоднородностям проверяемого расплава металла. Выход 28 процессора 24 соединен со входом 29 блока индикации 30, визуализирующего полученные значения концентраций включений исследуемого металла (сплава). Роль процессора 24 может выполнять микропроцессор 6 (на чертеже не показано).The block diagram of the device, including a mold 1, an acoustic sensor 3 and an acoustic signal parameter registration unit (microprocessor) 6, which provide a generalized parameter characterizing the desired metal inhomogeneities, is supplemented by a block diagram of the visualization of the desired metal inhomogeneities block 22, according to which the output of block 19 subtraction 18, which is the output 20 of the microprocessor 6, is connected to the first input 21 of the block 22 visualization of the desired inhomogeneities of the metal and to the input 23 of the processor 24, with the second input 25 of which the only output 26 is block of equations 27, which contains the previously experimentally obtained equations for calculating the concentrations of solid and gaseous inclusions corresponding to one or another inhomogeneity of the metal melt being tested. The output 28 of the processor 24 is connected to the input 29 of the display unit 30, which visualizes the obtained values of the concentrations of inclusions of the studied metal (alloy). The role of the processor 24 can be performed by the microprocessor 6 (not shown in the drawing).
Блок-схема блока 22 визуализации искомых неоднородностей металла отражает алгоритм его работы.The block diagram of the block 22 visualization of the desired inhomogeneities of the metal reflects the algorithm of its operation.
Микропроцессор 6 представляет собой компьютерную систему с запоминающими устройствами, имеющую интерфейсную связь (по кабелю или по радиоканалу) с акустическим (ультразвуковым) датчиком 3, который включает в себя прецизионный усилитель с частотным диапазоном 20-220 кГц, быстрый аналого-цифровой преобразователь и интерфейс USB с буферной памятью типа FIFO (на чертеже не показано). Блоки 8, 10 регистрации спектров Фурье могут быть реализованы, например, на основе цифрового сигнального процессора ADSP-2185M фирмы Analog Devices или специализированного процессора по патенту РФ №2290687 (оп.12.27.2006) с использованием разработанной авторами программы для персонального компьютера AEAnalizator, позволяющей осуществлять запись акустического сигнала, определение спектра Фурье шумового сигнала и спектров Фурье сигнала внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла (сигнал с шумом) для каждого диапазона частот, расчет суммарных энергий спектров Фурье для каждого диапазона частот и суммарной энергии спектра Фурье шумового сигнала, получение свободных от влияния энергии шума уточненных значений суммарных энергий спектров Фурье для каждого диапазона частот, а также расчет концентраций твердых включений и газа, сохранение и вывод данных. Микропроцессор 6 может выполнять функции блока 6 регистрации параметров акустического сигнала и блока 22 визуализации искомых неоднородностей металла.Microprocessor 6 is a computer system with storage devices that has an interface connection (via cable or radio channel) with an acoustic (ultrasonic) sensor 3, which includes a precision amplifier with a frequency range of 20-220 kHz, a fast analog-to-digital converter and a USB interface with buffer memory of the FIFO type (not shown in the drawing). Blocks 8, 10 for recording Fourier spectra can be implemented, for example, on the basis of a digital signal processor ADSP-2185M from Analog Devices or a specialized processor according to RF patent No. 2290687 (op.12.27.2006) using the program developed for the personal computer AEAnalizator, which allows record the acoustic signal, determine the Fourier spectrum of the noise signal and the Fourier spectra of the signal of the internal acoustic emission of crystallizing metal (signal with noise) for each frequency range, calculate the total energy gies Fourier spectra for each frequency band Fourier spectrum and total energy of the noise signal, receiving free from the influence of refined noise energy total energy of the Fourier spectrum values for each frequency range, and the calculation of solids and gas concentration, preservation and data output. The microprocessor 6 can perform the functions of the unit 6 for recording the parameters of the acoustic signal and the unit 22 for visualizing the desired inhomogeneities of the metal.
В другом варианте исполнения устройства каждый из блоков 8, 10, 13, 18, 24, 27 может быть выполнен в виде отдельного микропроцессора, каждый из которых реализует функцию одного из упомянутых блоков. Один из этих микропроцессоров или какой-то другой микропроцессор (на чертеже не показано) может выполнять функцию координации и синхронизации работы всех упомянутых микропроцессоров.In another embodiment of the device, each of blocks 8, 10, 13, 18, 24, 27 can be made as a separate microprocessor, each of which implements the function of one of the said blocks. One of these microprocessors or some other microprocessor (not shown in the drawing) can perform the function of coordination and synchronization of all the mentioned microprocessors.
Кроме того, каждый из блоков 8, 10, 13, 18 может быть реализован в виде чисто аппаратного устройства, выполняющего функцию этого блока, например, блоки 8 и 10 регистрации спектров Фурье исполняются в виде низкочастотных анализаторов спектра, в частности, приборов типа Ф4327, С4-34 и аналогичных им.In addition, each of blocks 8, 10, 13, 18 can be implemented as a purely hardware device that performs the function of this block, for example, blocks 8 and 10 of recording Fourier spectra are executed in the form of low-frequency spectrum analyzers, in particular, devices of type Ф4327, C4-34 and similar to them.
Способ определения неоднородности сплавов (металлов) и работа устройства осуществляются следующим образом.The method for determining the heterogeneity of alloys (metals) and the operation of the device are as follows.
Включают акустический датчик 3 и микропроцессор 6, составляющие измерительный блок, и регистрируют спектр Фурье шумовой акустической эмиссии включенного устройства до заливки расплава металла в емкость 2, а после заливки - спектры Фурье в нескольких диапазонах частот внутренней акустической эмиссии остывающего в емкости 2 кристаллизующегося расплава.The acoustic sensor 3 and microprocessor 6, which make up the measuring unit, are turned on, and the Fourier spectrum of the acoustic noise emission of the switched on device is recorded before the metal melt is poured into the tank 2, and after the filling, the Fourier spectra in several frequency ranges of the internal acoustic emission of the crystallizing melt cooling in the tank 2 are recorded.
Делается это так. Акустический сигнал, имеющий чисто шумовой характер до начала заливки металлического расплава в емкость 2, записывают в течение 10-15 секунд. Затем в течение 2-3 секунд заливают расплав в емкость 2, а примерно через три секунды по окончании заливки в течение 150-160 секунд записывают сигнал внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося расплава с наложенным на него шумовым сигналом. Акустический сигнал, возникающий во время заливки расплава, не используется. Общее время записи акустического сигнала составляет до 180 секунд (3 мин). Акустический сигнал оцифровывают и записывают в памяти микропроцессора 6 в виде файла.It is done like this. An acoustic signal having a purely noise character before the start of pouring the metal melt into the container 2 is recorded for 10-15 seconds. Then, within 2-3 seconds, the melt is poured into the container 2, and after about three seconds after the completion of pouring, the signal of internal acoustic emission of the crystallizing melt with a noise signal superimposed on it is recorded for 150-160 seconds. The acoustic signal that occurs during pouring of the melt is not used. The total recording time of the acoustic signal is up to 180 seconds (3 min). The acoustic signal is digitized and recorded in the memory of the microprocessor 6 in the form of a file.
После записи акустического сигнала микропроцессором 6 производят операции быстрого преобразования Фурье для получения, во-первых, спектра Фурье шумовой акустической эмиссии (блок 10) и, во-вторых, спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металлического расплава в нескольких диапазонах частот этой эмиссии (блок 8), расположенных в области частот от 20 до 200 кГц, с точностью определения частоты ±0,01%. Количество диапазонов и распределение частот по диапазонам устанавливается экспериментально для каждого вида сплава, примеры приведены ниже.After the acoustic signal is recorded by microprocessor 6, fast Fourier transform operations are performed to obtain, firstly, the Fourier spectrum of the noise acoustic emission (block 10) and, secondly, the Fourier spectra of the internal acoustic emission of the crystallizing metal melt in several frequency ranges of this emission (block 8 ) located in the frequency range from 20 to 200 kHz, with a frequency accuracy of ± 0.01%. The number of ranges and frequency distribution over ranges is established experimentally for each type of alloy, examples are given below.
Быстрое преобразование Фурье для шумовой акустической эмиссии и для внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла в каждом диапазоне частот производят (блоки 8 и 10) одним из известных способов [например, Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978 или Гольдберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1990].Fast Fourier transform for noise acoustic emission and for internal acoustic emission of crystallizing metal in each frequency range is performed (blocks 8 and 10) using one of the known methods [for example, L. Rabiner, B. Gould. Theory and application of digital signal processing. M .: Mir, 1978 or Goldberg L.M., Matyushkin B.D., Polyak M.N. Digital signal processing. M .: Radio and communications, 1990].
Затем с помощью микропроцессора 6 (блок 13) определяют значение суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии и первичные значения суммарных энергий гармоник спектров Фурье внутренней акустической эмиссии кристаллизующегося металла для каждого диапазона частот этой эмиссии. Значение суммарной энергии для каждого указанного спектра Фурье определяется в блоке 13 как сумма квадратов амплитуд всех гармоник (гармонических составляющих) соответствующего спектра Фурье.Then, using the microprocessor 6 (block 13), the total harmonic energy of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission and the primary values of the total harmonic energy of the Fourier spectra of the internal acoustic emission of the crystallizing metal for each frequency range of this emission are determined. The value of the total energy for each specified Fourier spectrum is determined in block 13 as the sum of the squared amplitudes of all harmonics (harmonic components) of the corresponding Fourier spectrum.
После этого определяют уточненное значение энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии путем вычитания (блок 18) значения суммарной энергии гармоник спектра Фурье шумовой акустической эмиссии из первичного значения энергии гармоник спектра Фурье для каждого диапазона частот внутренней акустической эмиссии.After that, the specified value of the harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission is determined by subtracting (block 18) the total energy of the harmonics of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission from the primary value of the harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission.
Полученная на выходе 19 блока вычитания 18 (то есть на выходе 20 блока 6 регистрации параметров акустического сигнала) совокупность (набор) уточненных значений суммарных энергий для установленных диапазонов частот является обобщенным параметром, характеризующим искомую неоднородность исследуемого сплава (металла) по твердым и газовым включениям. При этом уточненное значение суммарной энергии одного из диапазонов характеризует степень неоднородности, концентрацию газа в исследуемом сплаве, а уточненные значения суммарных энергий других диапазонов частот характеризуют степень неоднородности, концентрацию в сплаве твердых включений того или иного определенного размера.Obtained at the output 19 of the subtraction unit 18 (i.e., at the output 20 of the block 6 for recording the parameters of the acoustic signal), the set (set) of adjusted values of the total energies for the established frequency ranges is a generalized parameter characterizing the desired heterogeneity of the alloy (metal) under study for solid and gas inclusions. In this case, the refined value of the total energy of one of the ranges characterizes the degree of heterogeneity, the gas concentration in the studied alloy, and the refined values of the total energies of other frequency ranges characterize the degree of heterogeneity, the concentration in the alloy of solid inclusions of one or another specific size.
С выхода 20 микропроцессора 6 сигнал, характеризующий значение обобщенного параметра в виде набора нескольких (уточненных) значений суммарных энергий спектров Фурье, передают либо в систему передачи обобщенного параметра на удаленный терминал (на чертеже не показано) или в блок 22 визуализации искомых неоднородностей металла для расчета концентраций твердых и газообразных включений.From the output 20 of microprocessor 6, a signal characterizing the value of the generalized parameter in the form of a set of several (refined) values of the total energies of the Fourier spectra is transmitted either to the transmission system of the generalized parameter to a remote terminal (not shown in the drawing) or to block 22 for visualizing the desired metal inhomogeneities for calculation concentrations of solid and gaseous inclusions.
Указанный выше набор уточненных значений суммарных энергий для установленных диапазонов частот, характеризующий неоднородность того или иного сплава, используется для определения концентраций включений в сплаве (металле) следующим образом.The above set of specified values of total energies for the established frequency ranges, characterizing the heterogeneity of a particular alloy, is used to determine the concentration of inclusions in the alloy (metal) as follows.
Перед реализацией предложенного способа для эталонных образцов определенного сплава с несколькими различными известными концентрациями и размерами твердых включений и несколькими различными концентрациями газа, например водорода, экспериментально устанавливают необходимое число диапазонов частот и пределы частот этих диапазонов, производят ряд измерений эталонных образцов сплава предложенным способом. При этом определяют экспериментально, какой диапазон частот характеризует концентрацию газа в этом сплаве, а какой диапазон частот характеризует концентрацию твердых включений определенного размера.Before implementing the proposed method for reference samples of a certain alloy with several different known concentrations and sizes of solid inclusions and several different concentrations of gas, such as hydrogen, the required number of frequency ranges and frequency limits of these ranges are experimentally established, a series of measurements of reference alloy samples are performed by the proposed method. In this case, it is determined experimentally which frequency range characterizes the concentration of gas in this alloy, and which frequency range characterizes the concentration of solid inclusions of a certain size.
Затем по полученному в измерениях нескольких эталонных образцов сплава ряду уточненных значений суммарной энергии для каждого диапазона частот определяют вид уравнения, отражающего зависимость известной для образцов сплава концентрации от уточненного значения суммарной энергии. С помощью этого уравнения при исследовании сплава с неизвестным содержанием газовых и твердых включений определяют искомую концентрацию твердых включений определенного размера и концентрацию газа.Then, using the series of refined total energy values obtained for the measurements of several reference alloy samples for each frequency range, the form of an equation reflecting the dependence of the concentration known for alloy samples on the refined total energy value is determined. Using this equation, when studying an alloy with an unknown content of gas and solid inclusions, the desired concentration of solid inclusions of a certain size and gas concentration are determined.
Независимой переменной каждого уравнения, относящегося к одному из диапазонов частот, является найденное предложенным способом уточненное значение суммарной энергии этого диапазона частот, а зависимой переменной является искомая концентрация того или иного вида включений (твердые включения определенного размера или газ), отражаемая диапазоном частот.An independent variable of each equation relating to one of the frequency ranges is the specified value of the total energy of this frequency range found by the proposed method, and the dependent variable is the desired concentration of one or another type of inclusions (solid inclusions of a certain size or gas), reflected by the frequency range.
Вычисление концентраций твердых включений и газа с использованием вышеупомянутых уравнений по полученным (на выходе 20 блока 6 регистрации параметров акустического сигнала) уточненным значениям суммарных энергий можно осуществлять вручную или, что более приемлемо, с помощью блока 22 визуализации искомых неоднородностей с процессором 24, использующим, например, вышеупомянутую программу AEAnalizator.The calculation of the concentrations of solid inclusions and gas using the above equations from the obtained (at the output 20 of the block 6 recording the parameters of the acoustic signal) refined values of the total energies can be performed manually or, which is more acceptable, using the block 22 visualization of the desired inhomogeneities with a processor 24 using, for example , the aforementioned AEAnalizator program.
Блок 22 визуализации искомых неоднородностей работает следующим образом.Block 22 visualization of the desired heterogeneity works as follows.
Для поступающего на вход 23 процессора 24 уточненного значения суммарной энергии для одного из диапазонов частот выбирается из блока уравнений 27 соответствующее этому диапазону частот уравнение, с помощью которого в процессоре 24 определяется искомое значение концентрации соответствующего этому диапазону частот того или иного вида включения в исследуемый сплав. Аналогичная операция производится для каждого из уточненных значений суммарной энергии других диапазонов частот. Полученные значения концентраций включений, отражающих неоднородности исследуемого сплава, выводятся из процессора 24 на блок индикации 30.For the updated total energy value for one of the frequency ranges received at the input 23 of the processor 24, an equation corresponding to this frequency range is selected from the block of equations 27 using which the desired concentration of a particular type of inclusion in the alloy under study is determined in the processor 24. A similar operation is performed for each of the specified values of the total energy of other frequency ranges. The obtained values of the concentration of inclusions, reflecting the heterogeneity of the investigated alloy, are output from the processor 24 to the display unit 30.
Ниже приведены примеры реализации предложенного способа определения неоднородностей в расплавах для алюминиевых сплавов марок 1569 и 803.Below are examples of the implementation of the proposed method for determining inhomogeneities in melts for aluminum alloys of grades 1569 and 803.
В примере реализации способа для сплава 1569 используют шесть следующих диапазонов частот, обозначенных латинскими буквами с нижним индексом 1: (А1) 70-80 кГц, (В1) 81-95 кГц, (C1) 96-114 кГц, (D1) 125-150 кГц, (Е1) 151-175 кГц и (F1) 176-200 кГц (точность определения частоты ±0,01%)In the example implementation of the method for alloy 1569, the following six frequency ranges are used, indicated by Latin letters with a subscript 1: (A 1 ) 70-80 kHz, (B 1 ) 81-95 kHz, (C 1 ) 96-114 kHz, (D 1 ) 125-150 kHz, (E 1 ) 151-175 kHz and (F 1 ) 176-200 kHz (frequency accuracy ± 0.01%)
При этом диапазон частот А1 отражает содержание (концентрацию) твердых включений с размерами 10-30 мкм, диапазон В1 30-50 мкм, С1 50-80 мкм, Е1 150-200 мкм, F1 более 200 мкм, диапазон частот D1 отражает содержание (концентрацию) газовых включений.The frequency range A 1 reflects the content (concentration) of solid inclusions with sizes of 10-30 microns, range B 1 30-50 microns, C 1 50-80 microns, E 1 150-200 microns, F 1 more than 200 microns, frequency range D 1 reflects the content (concentration) of gas inclusions.
В табл.1 приведены измеренные предложенным способом на трех эталонных образцах сплава 1569 (уточненные) значения суммарной энергии (ЭС) в диапазоне частот C1 и соответствующие этим значениям концентрации твердых включений (КС-ТВ) с размерами 50-80 мкм.Table 1 summarizes the (specified) values of the total energy (E C ) measured in the three reference samples of alloy 1569 in the frequency range C 1 and corresponding to these values of the concentration of solid inclusions (K C-TV ) with sizes of 50-80 μm.
По представленным в табл.1 данным определена зависимость концентрации твердых включений от (уточненного) значения суммарной энергии для сплава 1569, выраженная уравнениемAccording to the data presented in Table 1, the dependence of the concentration of solid inclusions on the (refined) value of the total energy for alloy 1569, expressed by the equation
где КС-ТВ - концентрация твердых включений, отражаемая диапазоном частот С1 (50-80 мкм), вес.%;where K C-TV is the concentration of solids, reflected in the frequency range With 1 (50-80 microns), wt.%;
ЭС - уточненное значение суммарной энергии для диапазона частот С1, усл. ед.Э С - refined value of total energy for the frequency range С 1 , conv. units
Для диапазонов частот А1 В1 Е1 F1 сплава 1569 получены следующие уравнения зависимости концентрации твердых включений от уточненного значения суммарной энергии:For the frequency ranges A 1 B 1 E 1 F 1 of alloy 1569, the following equations are obtained for the dependence of the concentration of solid inclusions on the specified value of the total energy:
КА-ТВ=0,1442
КВ-ТВ=0,1312*lnЭB - 1,3726 (3)K B-TV = 0.1312 * lnE B - 1.3726 (3)
КЕ-ТВ=0,1200
КF-ТВ=0,1602*lnЭF - 0,8020 (5)K F-TV = 0.1602 * lnE F - 0.8020 (5)
гдеWhere
КА-ТВ, КВ-ТВ, КЕ-ТВ, КF-ТВ - концентрации твердых включений, отражаемые диапазонами частот соответственно А1 (10-30 мкм), В1 (30-50 мкм), Е1 (150-200 мкм), F1 (более 200 мкм), вес.%;K A-TV , K B-TV , K E-TV , K F-TV - concentrations of solid inclusions reflected by frequency ranges respectively A 1 (10-30 μm), B 1 (30-50 μm), E 1 (150 -200 μm), F 1 (more than 200 μm), wt.%;
ЭА, ЭВ, ЭЕ, ЭF - уточненные значения суммарных энергий для диапазонов частот соответственно А1 В1, Е1, F1 усл. ед.E A , E V , E E , E F - refined values of the total energies for the frequency ranges, respectively, A 1 B 1 , E 1 , F 1 srvc. units
Предложенным, описанным выше способом проведены измерения содержания твердых включений в сплаве 1269 с неизвестным заранее содержанием этих включений. Результаты измерений и расчетов приведены в табл.2.By the proposed method described above, measurements were made of the content of solid inclusions in alloy 1269 with an unknown content of these inclusions in advance. The results of measurements and calculations are given in table.2.
10-50A 1
10-50
30-50In 1
30-50
50-80C 1
50-80
150-200F 1
150-200
Более 200F 1
More than 200
В другом примере реализации способа - для сплава марки 803 - используют четыре следующих диапазона частот, обозначенных латинскими буквами с нижним индексом 2: (A2) 25-50 кГц, (В2) 51-80 кГц, (C2) 81-115 кГц и (D2) 124-200 кГц (точность определения частоты ±0,01%).In another example of the method, for an alloy of grade 803, the following four frequency ranges are used, indicated by Latin letters with a subscript 2: (A 2 ) 25-50 kHz, (B 2 ) 51-80 kHz, (C 2 ) 81-115 kHz and (D 2 ) 124-200 kHz (frequency determination accuracy ± 0.01%).
При этом диапазон частот А2 отражает содержание твердых включений с размерами 10-30 мкм, диапазон В2 30-50 мкм, С2 50-100 мкм, диапазон частот D2 отражает содержание газовых включений, в данном случае - водорода.The frequency range A 2 reflects the content of solid inclusions with sizes of 10-30 microns, range B 2 30-50 microns, C 2 50-100 microns, the frequency range D 2 reflects the content of gas inclusions, in this case, hydrogen.
В табл.3 приведены измеренные предложенным способом на четырех эталонных образцах сплава 803 (уточненные) значения суммарной энергии (ЭD) в диапазоне частот D2 и соответствующие этим значениям концентрации водорода (KD-газ).Table 3 shows the (specified) values of the total energy (E D ) measured in the four reference samples of the 803 alloy in the frequency range D 2 and corresponding to these values of the hydrogen concentration (K D gas ).
Определенная по представленным в табл.3 данным зависимость концентрации водорода от уточненного значения суммарной энергии для сплава 803 выражена уравнениемThe dependence of the hydrogen concentration on the specified value of the total energy for alloy 803, determined from the data presented in Table 3, is expressed by the equation
КD-ГАЗ=0,0634
где KD-ГА3-концентрация газовых включений (водорода), отражаемая диапазоном частот D2, см3/100 г;where K D-GA3- concentration of gaseous inclusions (hydrogen) reflects the frequency range D 2, cm3 / 100g;
ЭD - уточненное значение суммарной энергии для диапазона частот D2, усл. ед.Э D - refined value of the total energy for the frequency range D 2 , conv. units
Измерение содержания водорода в сплаве 803 с неизвестным заранее его содержанием, проведенное предложенным способом, дало для диапазона частот D2 значение суммарной энергии ЭD, равное 9891 усл. ед. Вычисленное по формуле (6) значение концентрации водорода в исследованном сплаве 803 оказалось равно 0,19±0,01 см3/100 г.The measurement of the hydrogen content in the alloy 803 with its unknown content in advance, carried out by the proposed method, gave for the frequency range D 2 the value of the total energy E D equal to 9891 srvc. units Calculated by the formula (6), the value of hydrogen concentration in the investigated alloy 803 was equal to 0.19 ± 0.01 cm 3/100 g
Указанные результаты измерений концентрации твердых включений в сплаве 1269 и концентрации газовых включений (водорода) в сплаве 803 проверены с помощью эталонного метода измерения концентраций. Погрешность определения концентраций в указанных сплавах марок 1569 и 803 составила 0,007% для твердых включений и 0,01% для водорода.The indicated results of measurements of the concentration of solid inclusions in alloy 1269 and the concentration of gas inclusions (hydrogen) in alloy 803 were verified using the standard method for measuring concentrations. The error in determining the concentrations in the indicated alloys of grades 1569 and 803 was 0.007% for solid inclusions and 0.01% for hydrogen.
При определении неоднородностей в других сплавах и металлах, например в сплавах меди, могут быть использованы другие экспериментально выявленные наборы диапазонов частот сигнала внутренней акустической эмиссии, возникающего при кристаллизации этих сплавов, а также другие экспериментально определенные виды уравнений для расчета концентраций твердых и газообразных включений.When determining inhomogeneities in other alloys and metals, for example, copper alloys, other experimentally identified sets of frequency ranges of the internal acoustic emission signal arising from the crystallization of these alloys, as well as other experimentally determined types of equations for calculating the concentrations of solid and gaseous inclusions, can be used.
Claims (5)
обобщенного параметра, характеризующего неоднородности металла, используют полученный набор уточненных значений суммарных энергий.1. The method of determining the heterogeneity of the metal, including recording the parameters of the internal acoustic emission of the molten metal, poured and cooling in the tank of the measuring unit, during crystallization of this metal, and the subsequent determination of the generalized parameter characterizing the heterogeneity of the metal, characterized in that before pouring the molten metal into the tank the measuring unit record the Fourier spectrum of the noise acoustic emission of the included measuring unit, as parameters of the internal acoustic emission of the metal cooling down during crystallization, the Fourier spectra are recorded in several frequency ranges of the internal acoustic emission of the crystallizing metal, after which the value of the total harmonic energy of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission and the primary value of the total harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission are determined, then determine the specified value of the harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission put we subtract the value of the total harmonic energy of the Fourier spectrum of the noise acoustic emission from the primary value of the harmonic energy of the Fourier spectrum for each frequency range of the internal acoustic emission, and as
a generalized parameter characterizing the inhomogeneities of the metal, use the resulting set of refined values of the total energies.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134312/28A RU2345355C1 (en) | 2007-09-17 | 2007-09-17 | Method of determination of heterogeneity of metal and device for its realisation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007134312/28A RU2345355C1 (en) | 2007-09-17 | 2007-09-17 | Method of determination of heterogeneity of metal and device for its realisation (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2345355C1 true RU2345355C1 (en) | 2009-01-27 |
Family
ID=40544344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007134312/28A RU2345355C1 (en) | 2007-09-17 | 2007-09-17 | Method of determination of heterogeneity of metal and device for its realisation (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2345355C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2628815C1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-08-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Method of quantitative estimating grain structure inhomogeneity of sheet metal materials |
| RU2713020C1 (en) * | 2019-01-10 | 2020-02-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Method of controlling structural condition of alloys based on titanium nickelide |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU277381A1 (en) * | К. И. Ващенко, Д. Ф. Чернега, О. М. лик , А. А. Шишкин Киевский политехнический институт | METHOD FOR DETERMINING THE CONTENT OF GASES IN LIQUID METALS | ||
| US6301967B1 (en) * | 1998-02-03 | 2001-10-16 | The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology | Method and apparatus for acoustic detection and location of defects in structures or ice on structures |
| RU2274859C1 (en) * | 2004-08-17 | 2006-04-20 | Вячеслав Вячеславович Казаков | Non-linear acoustic method for detecting cracks and their positions in structure and device for realization of said method |
| RU2290687C1 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина" | Processor with maximum possible efficiency for fast fourier transformation |
-
2007
- 2007-09-17 RU RU2007134312/28A patent/RU2345355C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU277381A1 (en) * | К. И. Ващенко, Д. Ф. Чернега, О. М. лик , А. А. Шишкин Киевский политехнический институт | METHOD FOR DETERMINING THE CONTENT OF GASES IN LIQUID METALS | ||
| US6301967B1 (en) * | 1998-02-03 | 2001-10-16 | The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology | Method and apparatus for acoustic detection and location of defects in structures or ice on structures |
| RU2274859C1 (en) * | 2004-08-17 | 2006-04-20 | Вячеслав Вячеславович Казаков | Non-linear acoustic method for detecting cracks and their positions in structure and device for realization of said method |
| RU2290687C1 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" им. акад. А.А. Расплетина" | Processor with maximum possible efficiency for fast fourier transformation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| . * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2628815C1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-08-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Method of quantitative estimating grain structure inhomogeneity of sheet metal materials |
| RU2713020C1 (en) * | 2019-01-10 | 2020-02-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Method of controlling structural condition of alloys based on titanium nickelide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Doutre et al. | Aluminium cleanliness monitoring: methods and applications in process development and quality control | |
| EP3088871B1 (en) | Raman spectrum detection method | |
| US11092573B2 (en) | Apparatus, systems, and methods for determining nonlinear properties of a material to detect early fatigue or damage | |
| CN104198518A (en) | Method for true and false identification and content determination of sesame oil | |
| CN102608212A (en) | Method for measuring acoustic impedance and acoustic attenuation of thin layer based on sound pressure reflection coefficient power spectrum | |
| RU2345355C1 (en) | Method of determination of heterogeneity of metal and device for its realisation (versions) | |
| EP3722783A1 (en) | Detection method for concentration of fluid particulate matter | |
| JP3523806B2 (en) | Defect inspection method in concrete structure | |
| Guthrie et al. | In-situ sensors for liquid metal quality | |
| CN104330478A (en) | Probe and method for measuring steam turbine oil parameters | |
| RU2187102C2 (en) | Process of ultrasonic test of medium size of grain in material of moving sheets | |
| Konar et al. | Ultrasonic inspection techniques possibilities for centrifugal cast copper alloy | |
| CN103575618A (en) | Measuring method for quantification of central looseness of casting blank | |
| CN112730211B (en) | A method and device for estimating fatigue life of industrial pure aluminum wire | |
| US3875989A (en) | Method of monitoring effervescence of a steel | |
| JP2007292565A (en) | New methylene blue analytical method | |
| JP2002303608A (en) | Material damage detection method | |
| CN115798630A (en) | A method and device for evaluating shrinkage cavity and porosity of vermicular graphite cast iron molten iron | |
| CN115901836A (en) | Method for measuring gas saturation of shale gas by utilizing nuclear magnetic resonance phenomenon | |
| Ghaffari et al. | Ultrasonic characterization of shrinkage microporosity in aluminum castings | |
| Goyder et al. | Methods for the measurement of non-linear damping and frequency in built-up structures | |
| Golhar et al. | Prediction of aluminium content in a metal using SPSS based linear regression analysis. | |
| WO2021066797A1 (en) | Water-in-oil monitoring apparatus and related methods | |
| JP2017198576A (en) | Leak testing device and testing method, for underground tanks | |
| RU2682143C1 (en) | X-ray fluorescent analysis method with calibration by the one-element samples |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090918 |