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球墨铸铁件的超声波测试,以验证球墨铸铁

2021-03-23

球墨铸铁是一种铁-碳铸造材料,其基体包括呈球状石墨颗粒形式的碳。与石墨鳞片(如灰口铸铁)相比,球墨铸铁基体中的圆形石墨球具有更大的抗应力集中性,因此可以抑制裂纹的产生。


用球墨铸铁铸造的对安全性至关重要的汽车部件必须进行测试,以验证它们是否包含正确的球墨百分比,因为这些部件之一的灾难性故障可能会导致损坏,伤害甚至生命损失。制造商通常采用破坏性的测试方法,即微结构分析,以验证样品零件的正确球状度。显微组织分析通常在冶金实验室进行,充其量只能代表总产量的一小部分样品。


由于铸造的汽车部件已用于安全关键的应用中,例如在制动和转向系统中,因此必须对每个铸造部件的球状度进行验证。由于微结构分析是一种破坏性方法,因此该方法使测试的组件无法使用。因此,选非破坏性的测试方法,可以对生产批次中的100%的组件进行测试。超声波点烫机

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声速

球墨铸铁中球度和声速之间的关系是众所周知的。通常,声速随着结节百分率的降低而降低。生产球墨铸铁铸件的铸造厂设置声速接受/拒绝极限,以确保铸件具有所需的球度。


纯铁,球墨铸铁和灰铸铁之间的声速存在一致的差异。通常,纯元素铁的速度约为0.232英寸/微秒(in / µs),球墨铸铁的速度约为0.222 in / µs,灰铁的速度约为0.192 in / µs。给定应用的确速度会根据合金成分,晶粒结构和其他工艺变量而有所不同。


超声波测试

由于声速和球度之间的关系,无损超声测试是测量铸件球度的理想工具。使用具有已知球度值的代表性“参考”铸件调整超声系统。用于参考的参考铸件的几何形状必须在尺寸上代表将要测试的生产零件。


声速的准确超声测量需要使用千分尺或游标卡尺确测量测量点处参考铸件的厚度。该值输入到测量软件中,并用于计算声速。如果测试点的厚度未知,则无法进行准确的速度测量。


具有单晶脉冲回波换能器的超声波测厚仪和探伤仪可用于手动测量声速。尽管手动测试对于快速分类模式下的小批量零件的抽查和分类很有用,但与专用的自动检查系统相比,该技术相对较慢并且受操作人员的影响。对于铸造生产线中的大批量铸造检查,手动测试既不理想,也不实用。


自动化超声波测试解决方案

生产线中的自动铸造检查需要一个系统,该系统包括超声测试仪,经过特殊改装的软件,超声换能器和数字输入/输出(IO)总线。


除了超声波硬件和软件外,该系统还使用了一个浸没罐,特定于零件编号的精密测试夹具,一种用于装卸零件的装置(装卸可以由机器人手动或自动完成,也可以通过取放进行。放置单元)和控制系统,以管理测试顺序并根据测试结果分离铸件。


精密零件编号专用的测试夹具安装在浸没罐中,用于相对于超声换能器定位铸件。两个相对的超声换能器以音高(或通过传输)模式配置;测量产生的超声回波之间的飞行时间并计算声速。


测试位置必须是铸件上两个相邻的平面平行表面所在的区域。测量精度取决于可重复的铸件几何形状以及相对于传感器的可重复铸件位置。机械精度和夹具的清洁度对于保持准确的测试结果很重要。磨损的灯具终必须重新加工或更换。


测量的基本原理如图5所示。通过水路测量发射器和接收器换能器之间的超声飞行时间(TOF),而夹具中没有浇铸物(图5; TOF 1)。接下来,测量代表铸件两侧水路的飞行时间加上声音在铸件中完成一次往返所需的时间(图5; TOF 2)。声速是根据零件厚度和两个测得的TOF值计算得出的。


由于温度会影响声速,因此浸入式水箱水温的变化可能会引起声速测量精度的相应变化。为了大程度地减小这种影响,系统会在每次浇铸测试后测量水速,并使用此信息来补偿浇铸速度的测量,从而提供与水温变化无关的准确结果。铸件温度的变化也会影响测量精度,如果变化很大,则需要重新调整系统。


声速测量系统可以快速轻松地进行调整(图6-11)。可以创建,存储和调出特定于零件编号的测试设置,以备后用。需要定期进行系统校准以保持稳定性和准确性。校准包括使用已确认正确球状度的参比铸件来调整系统,并确认系统拒绝第二个球状度不当的参比铸件。


自动测试

调整完成后,系统将切换到测试模式,并且可以对生产铸件进行测试。数字IO总线上的“准备测试”信号向操作员或机械系统指示可以装载一个铸件。用户可以达到每分钟15–30个铸件的检查速度,主要限制是铸件的装卸。 


铸件被一对一地装载到储罐中的固定装置中。该软件根据加载铸件时产生的超声回波来识别铸件的存在,并自动触发每次测量。将测量值与预设的速度和厚度极限值进行比较,系统会生成可接受或拒绝决策,既可以在屏幕上显示,也可以作为控制系统的输出信号。测试后,将铸件从固定装置上卸下,并分为合格组和不合格组。


在生产测试期间,可以通过接口上的LED观察测试顺序。LED上显示准备就绪的零件,零件的位置以及接受/拒绝的分类决定,并在数字IO总线上发出信号。显示每个测试铸件的数值速度,厚度和水速测量值。每个铸件的测量值都绘制在趋势图上。接受和拒绝零件以及测试的总零件数由操作员界面上的零件计数器计数和显示。可以将测试结果导出到CSV文件中,以供脱机文档和分析。


多通道系统可以在同一铸件上进行多次测量,也可以在独立的生产线上进行同时测量。通过独立的通道操作,操作员可以停止并调整一个通道,而其他通道继续测试。


瑕疵测试

除了进行声速和厚度测量外,还可以将选定的通道专用于与声速测量同时进行脉冲回波探伤测试。通常,有两种类型的缺陷测试适用于铸件。


叠层检测用于通过使用位于浇铸前壁和后壁的超声波回波之间的剔除门来检测零件横截面中的层状缺陷。表现出前壁或后壁回波损耗或正信号超过缺陷门水平的铸件将被标记为有缺陷,并且可以拒绝该铸件。


铸造特征确认监视预设浇口内部前壁回波的位置,以监视铸造缺陷,例如浇注时间短(在某个铸造位置缺少材料)和扭曲(零件的机械变形)。表现出前壁回波损耗的铸件将被标记为有缺陷,并且可以拒绝该铸件。


结论

超声波测试提供了一种可靠的方法来测量声速,因此可以验证球墨铸铁零件的球度。将超声测量集成到铸造生产线的自动化测试系统中,可以快速,可靠地检查铸件的100%。需要精que的机械固定装置以帮助确保铸件相对于超声换能器的一致定位。应用软件使用户能够轻松调整系统,并提供稳定,准确的测试结果。除了测量声速外,还可以使用专用换能器和专用缺陷通道检测某些铸造缺陷。 


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