一種鎂合金圓柱體鑄錠水浸式超聲波探傷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于水浸式探傷裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎂合金圓柱體鑄錠水浸式超聲波探傷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金作為目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，逐漸成為保障我國宇航、軍事和飛機(jī)制造等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種重要材料。變形鎂合金鑄錠經(jīng)熱變形(如:擠壓、鍛造、乳制等)后組織得以顯著細(xì)化，因此具有更高的綜合力學(xué)性能，能夠滿足不同領(lǐng)域?qū)Τ辛Y(jié)構(gòu)件的性能要求，從而拓寬了鎂合金的應(yīng)用范圍。變形鎂合金產(chǎn)品始于鑄錠，因此鑄錠質(zhì)量在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量。然而，鎂合金鑄錠的熔煉工藝遠(yuǎn)比鋁合金復(fù)雜，這是因?yàn)殒V的化學(xué)活性很強(qiáng)，在液態(tài)下容易和氧、氮及水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此在整個(gè)熔鑄過程中，熔體始終需要用熔劑加以保護(hù)，可以說，熔劑的質(zhì)量和熔體保護(hù)的好壞在很大程度上決定了鑄錠質(zhì)量的好壞。一旦熔煉工藝沒有控制好，鑄錠中極易出現(xiàn)氧化夾雜、熔劑夾雜、熱裂紋、化合物偏析和疏松等缺陷。
[0003]北京有色金屬研究總院在制備直徑大于450mm的稀土鎂合金鑄錠過程中，經(jīng)常遇到鑄錠缺陷導(dǎo)致變形開裂和產(chǎn)品中殘留粗大化合物的情況，例如:(a)冒口沒有切除干凈(冒口是各種缺陷的聚集區(qū))和存在嚴(yán)重熔劑夾渣的鑄錠在后續(xù)鍛造過程中容易開裂；(b)含稀土元素的鎂合金鑄錠非常容易形成粗大的共晶化合物，這些粗大化合物在后續(xù)均勻化處理過程中不能完全回溶，從而殘留在最終產(chǎn)品中，嚴(yán)重惡化材料塑性；(C)部分鎂合金體系的半連續(xù)鑄錠容易產(chǎn)生皮下裂紋，如果扒皮不徹底就會(huì)殘留表面裂紋，從而在后續(xù)變形過程中引發(fā)開裂?？梢?，為了避免人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)，必須采取有效措施來嚴(yán)防不合格鑄錠進(jìn)入壓力加工步驟，最實(shí)用的方法是在壓力加工前就對(duì)鑄錠進(jìn)行超聲波探傷。
[0004]超聲波探傷按照接觸方式可以分為接觸式和水浸式。用接觸法時(shí)，探頭和試件表面之間要涂布耦合劑，以消除空隙，耦合劑包括機(jī)油、甘油、水玻璃等。用水浸法時(shí)，探頭和試件之間有水層，兩者不發(fā)生機(jī)械接觸，因而減小了探頭的磨損;其次，試件表面曲率和粗糙度對(duì)探傷的影響不大，可以進(jìn)行穩(wěn)定的探傷；另外，壓電效應(yīng)形成的“盲區(qū)”淹沒在液體中，能夠?qū)崿F(xiàn)無盲區(qū)探傷。
[0005]為了便于模具制造和鑄錠扒皮，鎂合金鑄錠常為圓柱體。通常采用手工接觸式探傷來對(duì)扒皮后的鑄錠進(jìn)行檢測，該方法雖然簡便，但也存在如下難題:(I)由于鑄錠弧面與探頭無法實(shí)現(xiàn)緊密接觸，從而降低進(jìn)入鑄錠的超聲波能量，進(jìn)而降低分辨能力；(2)接觸式探傷存在“盲區(qū)”，無法檢測皮下裂紋和缺陷；(3)探傷時(shí)，探傷員通常需要長時(shí)間下蹲和彎腰，手持探頭在鑄錠表面緩慢掃查，還需要經(jīng)常滾動(dòng)鑄錠并清理表面，不僅效率低下，而且很容易造成身體疲勞；(4)接觸式探傷通常采用機(jī)油作為耦合劑，探測面大時(shí)，機(jī)油用量較大，對(duì)于圓柱體鑄錠，機(jī)油很容易流走，從而進(jìn)一步增大了機(jī)油用量，這不僅污染環(huán)境，而且還帶來清理鑄錠表面機(jī)油的難題，整個(gè)探傷過程產(chǎn)生很大的資源浪費(fèi)；(5)鑄錠車削通常采用較快的車削速度，鑄錠表面的刀痕寬，探頭在這種表面掃查時(shí)磨損很快，探頭壽命低。
[0006]水浸式探傷能很好地避免上述難題，但目前市場上還沒有針對(duì)大尺寸圓柱體鑄錠開發(fā)的水浸式探傷設(shè)備，而現(xiàn)有的大型的水浸式探傷設(shè)備不僅造價(jià)昂貴而且適用性差，同時(shí)測試成本很高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種鎂合金圓柱體鑄錠水浸式超聲波探傷裝置，具體技術(shù)方案如下:
[0008]一種鎂合金圓柱體鑄錠水浸式超聲波探傷裝置，所述鑄錠的直徑為300?600mm，長度為600?1500mm，由水槽1、鑄錠吊裝模塊、鑄錠旋轉(zhuǎn)模塊、探頭平移模塊、探頭定位模塊以及控制與測試模塊組成；
[0009]水槽I上端面設(shè)置有用來支撐同步滑臺(tái)機(jī)構(gòu)8的平臺(tái)；水槽內(nèi)腔為長方體，其尺寸的確定應(yīng)綜合考慮鑄錠尺寸范圍、最大水層厚度和便于鑄錠進(jìn)出等因素。水槽I采用井式或位于地面以上，安裝有排水結(jié)構(gòu)。裝置運(yùn)行時(shí)，水槽I底部要支撐旋轉(zhuǎn)的輥6和鑄錠，水槽I上端面要支撐處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的同步滑臺(tái)機(jī)構(gòu)8，因此要采用減震措施保證水槽的穩(wěn)定性，防止探頭13和鑄錠振動(dòng)。水槽I位于地面以上時(shí)，優(yōu)選的減震措施為:將水槽底部通過地腳固定于地基，或者采用鋼管焊接成框架來加固水槽。
[0010]鑄錠吊裝模塊包括吊具，采用龍門吊或獨(dú)臂吊；鑄錠吊裝模塊用于實(shí)現(xiàn)鎂合金鑄錠平穩(wěn)迅速地轉(zhuǎn)移和進(jìn)出水槽，吊具在水中應(yīng)能迅速地脫離和夾持(套住)鑄錠。所述吊具為圓坯夾具或索具。
[0011]鑄錠旋轉(zhuǎn)模塊由兩根平行放置的輥6、軸承座7、皮帶輪4、皮帶5、第一電機(jī)2和減速器3組成；每根輥6均由輥身和軸組成，軸的一側(cè)安裝皮帶輪4，每根輥均由兩個(gè)軸承座7支撐，軸承座7固定于水槽I底板上;第一電機(jī)2和減速器3通過地腳固定于地基上;鑄錠旋轉(zhuǎn)模塊用于實(shí)現(xiàn)鑄錠繞自身的中心軸(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸)勻速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中，中心軸的空間位置保持恒定。第一電機(jī)2輸出的動(dòng)力經(jīng)減速器3減速后，通過皮帶5傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)兩根輥的同步旋轉(zhuǎn)，再通過輥與鑄錠之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)鑄錠的旋轉(zhuǎn)。
[0012]其中，皮帶輪4可以用鏈輪代替，皮帶5可以用鏈條代替。
[0013]探頭平移模塊由位于水槽I上端面的同步滑臺(tái)機(jī)構(gòu)8和橫梁9組成，所述同步滑臺(tái)機(jī)構(gòu)8包括滑臺(tái)14、第二電機(jī)16和絲杠，橫梁9固定在同步滑臺(tái)機(jī)構(gòu)8的滑臺(tái)14上；同步滑臺(tái)機(jī)構(gòu)8由第二電機(jī)16或手搖同步驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的絲杠，同步旋轉(zhuǎn)的絲杠又驅(qū)動(dòng)兩側(cè)滑臺(tái)14沿導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)橫梁9的直線運(yùn)動(dòng)。
[0014]探頭定位模塊由可沿橫梁9滑動(dòng)的滑塊10、探頭13、探頭支架11和校準(zhǔn)桿12組成，所述探頭支架11和校準(zhǔn)桿12固定在滑塊10上;所述滑塊10為手動(dòng)滑塊配緊固螺釘或電動(dòng)滑臺(tái)，需保證電動(dòng)滑臺(tái)的可控平移步長在Imm左右。探頭支架11為手動(dòng)裝置或電動(dòng)滑臺(tái)，需保證電動(dòng)滑臺(tái)的可控平移步長在Imm左右。校準(zhǔn)桿12為魚叉型，其上部為夾持板，下部為兩根尖頭圓棒，兩根尖頭圓棒以過鑄錠軸線的豎直平面為鏡面呈鏡面對(duì)稱，保證探頭的中心線始終位于此鏡面上。校準(zhǔn)桿12的作用是確定探頭13在橫梁9上的位置，保證探頭發(fā)射的超聲波束沿圓柱體鑄錠的直徑進(jìn)入鑄錠。校準(zhǔn)方法為:保證兩個(gè)尖頭同時(shí)接觸鑄錠。
[0015]探頭定位模塊用于實(shí)現(xiàn)探頭發(fā)出的聲束準(zhǔn)確地