一種鎂合金含氫量快速檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于有色合金質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及鎂合金含氫量的檢測(cè)方法及其 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、減振性和散熱 性好等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、通訊設(shè)備和電子行業(yè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。但鎂合金鑄件中顯微 氣孔的存在，嚴(yán)重地影響鎂合金的力學(xué)性能，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等。顯微氣孔的 形成完全是H 2析出起了主要作用。因此，必須嚴(yán)格控制鎂合金含氫量。而要控制鎂合金含 氫量，就必須有相應(yīng)的檢測(cè)方法。
[0003] 鎂合金含氫量的檢測(cè)方法大體上可分為二類：真空萃取法和惰性熔融法。真空萃 取法是測(cè)定金屬中氣體含量的經(jīng)典方法。它不僅能測(cè)定鎂中的氫，而且也能測(cè)定鋁和鋼鐵 中的含氫量。其原理是先用鎂熔液澆注成固態(tài)樣品，然后從鎂樣品中抽真空萃取氫，再將萃 取的氫氣在氣相色譜儀中分析從而確定氫含量的檢測(cè)方法。真空萃取法測(cè)試精確，數(shù)據(jù)可 靠，但真空萃取法非常耗時(shí)，且需要有經(jīng)驗(yàn)的操作員。樣品準(zhǔn)備和抽取需要至少5小時(shí)，設(shè) 備的維護(hù)也比較困難。
[0004] 惰氣熔融法可以測(cè)定鎂中氧、氫和氮，測(cè)試的樣品可以為粉末狀樣品或尺寸不大 的樣品。其原理是自配浴料，將浴料放在石墨坩堝底部，與坩堝一起預(yù)熱脫氣，試樣采用錫 囊（或錫箱）助熔劑包裹，投入到已預(yù)脫氣的熾熱石墨坩堝中。通過脈沖電極爐加熱，加熱 熔融后，氫通過熱分解釋放。氬載氣將釋放的氣體帶入檢測(cè)器，檢測(cè)原理為熱導(dǎo)法。惰氣 熔融法雖然能檢測(cè)出鎂合金中的含氫量，但鎂揮發(fā)污染將降低分析溫度或加熱功率，當(dāng)分 析溫度或加熱功率過低可能造成氣體元素釋放提取不完全，造成測(cè)量結(jié)果偏低，同時(shí)測(cè)試 時(shí)間較長。
[0005] 綜上所述，真空萃取法測(cè)試雖然可靠和精確，但取樣要求高，測(cè)試時(shí)間長；惰氣熔 融法能測(cè)量鎂合金中的氫，但測(cè)量結(jié)果不精確，測(cè)試時(shí)間也較長。因此，一種適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 的簡(jiǎn)單、直接、快速和精確的測(cè)氫裝置是鎂合金測(cè)氫技術(shù)發(fā)展的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于現(xiàn)有的檢測(cè)方法的不足之處，本實(shí)用新型提出一種新的鎂合金含氫量檢測(cè)裝 置，該裝置旨在將檢測(cè)方法的快速性和精確性集于一身，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)鎂合金含氫量的目 的。
[0007] 本實(shí)用新型提供了一種鎂合金含氫量檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置由快速加熱系統(tǒng)，真 空系統(tǒng)，實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)和PLC微處理系統(tǒng)四部分構(gòu)成；所述快速加熱系統(tǒng)由高溫電極 墊片、加熱電極、石墨坩堝和鎂合金樣本組成；所述真空系統(tǒng)由底座、上蓋、玻璃、電磁閥和 真空栗組成；所述實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)由光源、高速攝像頭、DSP器件及接口轉(zhuǎn)換線構(gòu)成；所 述PLC微處理系統(tǒng)由熱電偶、微壓元件、PLC微處理器及打印機(jī)組成。
[0008] 所述高速攝像頭通過DSP器件與PLC微處理器相連，所述真空栗通過電磁閥與上 蓋相連，所述高速攝像頭通過DSP器件與PLC微處理器相連，所述熱電偶與PLC微處理器相 連，所述PLC微處理器與打印機(jī)相連，所述上蓋和位于其正上方的玻璃設(shè)計(jì)成一體，所述底 座與上蓋之間設(shè)有密封圈。
[0009] 本實(shí)用新型鎂合金含氫量的檢測(cè)方法是：鎂合金快速熔化成熔液后，真空系統(tǒng)抽 取真空，鎂熔液中的原子氫就會(huì)聚集成氫氣，隨著真空度增大，氫氣就會(huì)在鎂熔液表面析 出。當(dāng)?shù)谝粴錃馀萃Ａ粼谌垡罕砻鏁r(shí)，熔液中的氫分壓與熔液上方的氫分壓相等，通過微壓 傳感器就能將此氫分壓檢測(cè)出來，鎂熔液的溫度可以通過熱電偶進(jìn)行檢測(cè)，再由PLC微處 理系統(tǒng)根據(jù)含氫量數(shù)學(xué)模型完成快速檢測(cè)。實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)必須保證對(duì)第一氣泡進(jìn)行精 確識(shí)別，超前或滯后都將帶來測(cè)量精度的偏差，這里選用高速攝像頭、DSP嵌入式圖像處理 系統(tǒng)等硬件以及經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的程序算法軟件來保證第一氣泡的實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而達(dá)到提高 測(cè)量精確度的目的。
[0010] 鎂熔液含氫量檢測(cè)數(shù)學(xué)模型：
這里A、B是與合金 成分有關(guān)的常數(shù)；Ch是含氫量，cm3/100gMg ;PH是氫分壓，Pa ;T是鎂熔液溫度，K。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果：
[0012] (I)PLC微處理系統(tǒng)及真空系統(tǒng)保證了含氫量檢測(cè)的快速性；實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng) 對(duì)第一氣泡析出精確識(shí)別提高了含氫量檢測(cè)的精確度；所以該檢測(cè)裝置具有快速和精確度 高的特征，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)鎂合金含氫量的目的；
[0013] (2)該檢測(cè)裝置對(duì)控制鎂合金質(zhì)量及提高其力學(xué)性能具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際 應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實(shí)用新型鎂合金含氫量檢測(cè)方法技術(shù)原理圖。
[0015] 圖2為本實(shí)用新型鎂合金含氫量檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖中：1、底座；2、高溫電極墊片；3、加熱電極；4、石墨坩堝；5、鎂合金樣本；6、熱 電偶；7、上蓋；8、玻璃；9、光源；10、高速攝像頭；11、DSP器件；12、PLC微處理器；13、打印 機(jī)；14、微壓元件；15、電磁閥；16、真空栗。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0018] 圖1是鎂合金含氫量檢測(cè)方法技術(shù)原理圖。先將鎂合金樣本清理干凈，投入到已 預(yù)脫氣的熾熱石墨坩堝內(nèi)，放下玻璃蓋，形成封閉空間，然后啟動(dòng)電極脈沖加熱爐進(jìn)行熔 化，使用溫度控制器控制溫度至700°C，這時(shí)鎂合金樣本已全部變?yōu)槿垡骸Ｍㄟ^真空系統(tǒng)抽 取真空，在合適光源照明作用下，高速攝像頭（面陣CCD)不斷獲取序列圖像，傳入DSP圖像 處理系統(tǒng)，經(jīng)過圖像處理與識(shí)別算法，確認(rèn)鎂熔液第一氣泡析出表面精確識(shí)別，以脈沖觸發(fā) 的方式將信息傳遞給PLC微處理系統(tǒng)，同步探測(cè)器采集微壓傳感器及熱電偶數(shù)據(jù)，將氫分 壓與溫度傳入PLC微處理系統(tǒng)，PLC程序已包含含氫量檢測(cè)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì) 算，結(jié)果可打印或顯示輸出。
[0019] 圖2是鎂合金含氫量檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。快速加熱系統(tǒng)由高溫電極墊片2、加熱 電極3、帶保溫棉的石墨坩堝4和鎂合金樣本5組成。電極脈沖加熱可通過溫度控制器進(jìn) 行調(diào)節(jié)。真空系統(tǒng)由底座1、上蓋7、玻璃8、電磁閥15和帶管路的真空栗16組成。底座與 上蓋之間由密封圈實(shí)現(xiàn)密封，保持不漏氣。電磁閥設(shè)計(jì)時(shí)考慮抽取真空或解除真空實(shí)現(xiàn)聯(lián) 動(dòng)。PLC微處理系統(tǒng)由熱電偶6、微壓元件14、PLC微處理器12及打印機(jī)13組成。壓力數(shù) 據(jù)的采集采用高靈敏度微壓傳感器，壓力測(cè)量精度為千分之一。鎂熔液溫度采用K型熱電 偶測(cè)溫，并具有冷端自動(dòng)補(bǔ)償功能。PLC微處理器系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能。一是數(shù)據(jù)采集， 采集氫分壓及溫度信號(hào)；二是數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，可根據(jù)不同合金成分分別計(jì)算出鎂熔液的 含氫量；三是打印輸出功能，輸出數(shù)據(jù)并驅(qū)動(dòng)打印機(jī)打印出測(cè)量結(jié)果。實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)由 光源9、高速攝像頭10、DSP器件11及接口轉(zhuǎn)換線等構(gòu)成。選用高頻熒光燈光源，提高圖像 的清晰度和色彩飽和度；高速攝像頭最大分辨率為1280*1024像素，最大拍攝速度為1000 幀/s ;DSP器件是圖像處理與識(shí)別的核心部件，它的硬件及程序算法的最佳配合，將大大提 高第一氣泡圖像精確識(shí)別的速度，從而提高檢測(cè)結(jié)果的精確度。由于各個(gè)部件的信號(hào)模式 不同，在連接這些部件時(shí)必須使用接口轉(zhuǎn)換線，用于不同信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鎂合金含氫量快速檢測(cè)裝置，其特征在于，該檢測(cè)裝置由快速加熱系統(tǒng)，真空系 統(tǒng)，實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)和PLC微處理系統(tǒng)四部分構(gòu)成； 所述快速加熱系統(tǒng)由高溫電極墊片（2)、加熱電極（3)、石墨坩堝（4)和鎂合金樣本（5) 組成；所述真空系統(tǒng)由底座（1)、上蓋（7)、玻璃（8)、電磁閥（15)和真空栗（16)組成；所述 實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)由光源（9)、高速攝像頭（10)、DSP器件（11)及接口轉(zhuǎn)換線構(gòu)成；所述 PLC微處理系統(tǒng)由熱電偶（6)、微壓元件（14)、PLC微處理器（12)及打印機(jī)（13)組成； 所述高速攝像頭（10)通過DSP器件（11)與PLC微處理器（12)相連，所述真空栗（16) 通過電磁閥（15)與上蓋（7)相連，所述高速攝像頭（10)通過DSP器件（11)與PLC微處理 器（12)相連，所述熱電偶（6)與PLC微處理器（12)相連，所述PLC微處理器（12)與打印 機(jī)（13)相連，所述上蓋（7)和位于其正上方的玻璃（8)設(shè)計(jì)成一體，所述底座（1)與上蓋 (7)之間設(shè)有密封圈。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種鎂合金含氫量快速檢測(cè)裝置，屬于有色合金質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域。該檢測(cè)裝置由四部分構(gòu)成：快速加熱系統(tǒng)，真空系統(tǒng)，實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)和PLC微處理系統(tǒng)；快速加熱系統(tǒng)使鎂合金迅速熔化成熔液；真空系統(tǒng)保證氫原子聚集成氫氣在鎂熔液表面析出；實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)監(jiān)控并精確識(shí)別第一個(gè)氫氣泡，并以脈沖觸發(fā)的方式將信息傳遞給PLC微處理系統(tǒng)；PLC微處理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算并輸出含氫量結(jié)果。本實(shí)用新型將檢測(cè)方法的快速性和精確性集于一身，達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)鎂合金含氫量的目的。
【IPC分類】G01N21/84
【公開號(hào)】CN204989045
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520789245
【發(fā)明人】許四祥, 高培青, 侍海東, 吳勝華
【申請(qǐng)人】安徽工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月10日