通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法及裝置與流程
2023-06-01 20:27:46 1
本發明涉及熱處理的淬火冷卻領域，具體地，涉及的是一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法及裝置。
背景技術：
聲音是由物體振動產生的聲波。頻率和振幅是描述波的重要屬性，頻率的大小與我們通常所說的音高對應，而振幅影響聲音的大小。聲音可以被分解為不同頻率不同強度正弦波的疊加。
淬火冷卻是指將奧氏體組織狀態的鋼以適當速度冷卻，獲得預期組織與性能的過程。鋼在淬火冷卻過程中除了組織和性能發生變化外，還有可能還伴隨著產生淬火裂紋。淬火裂紋的產生將造成淬火件的報廢，因此，人們除採取各種方法避免淬火裂紋的產生外，還通過對淬火後工件的無損探傷檢測將已經產生裂紋的工件剔除。
由於冷卻介質選擇上、冷卻工藝設計上、工件本體缺陷上等多方面原因，會導致在淬火過程中工件上的某一部位產生非常大的拉應力，當該拉應力大到某一臨界值後將導致淬火裂紋的產生。產生淬火裂紋部位的組織應該是很難產生塑性變形的脆性組織，該脆性組織在三向拉應力的作用下(無塑性變形產生)，當拉應力大於該部位組織的拉伸強度後就會有裂紋產生，而且在產生裂紋的同時會發出較大的聲頻信號，這種聲頻信號即使是裸耳也能清楚的聽到。
被加熱的工件在淬火冷卻過程中在熾熱工件表面與介質之間將發生蒸汽膜的生成、核沸騰和對流三個階段的傳熱過程。其中，在蒸汽膜和核沸騰階段由於工件表面氣泡的產生和消失會有明顯聲頻信號發出，而且這個聲波是在可容易測量範圍。通過對液下聲頻信號的測量和分析可實現對淬火過程的評價與優化。
經對現有技術文獻檢索發現，文獻n.i.kobasko,a.a.moskalenko,andl.n.deyneko.investigationsofnucleateboilingprocessesduringquenchingbasedonpossibilitiesofnoisecontrolsystem.materialsperformanceandcharacterization.2014,3(4):86-97採用分析淬火過程中發出的聲頻信號的方法估測鹽類水溶液最佳濃度。該方法相對簡便，不需要採用熱電偶測量蒸汽膜持續階段的溫度變化，僅通過測量局部蒸汽膜破裂發出的聲頻即可達到對淬火冷卻工藝分析的目的。
對於淬火裂紋，一般是通過對淬火後工件的無損探傷檢測發現產生裂紋的工件，這項工作的工作量大和漏檢率高。顯然，無論是對於一次單件淬火或一次多件淬火，全部進行無損探傷檢是一件很困難的事，如果有能在淬火過程中檢測是否有裂紋產生的儀器將會大大提高無損探傷的針對性，同時也會大大降低漏檢率。
技術實現要素：
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在於提供一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法及裝置，通過對淬火冷卻過程中產生的聲音信號測量和分析，篩查出產生淬火裂紋的聲音信號，提醒熱處理操作人員對該次淬火工件進行無損探傷檢測。
本發明測量原理：
工件在淬火冷卻過程中是通過蒸汽膜的生成、核沸騰和對流三個階段進行傳熱，這三個階段聲音信號的特點為：從蒸汽膜產生開始到沸騰階段結束都存在一個大致相同的較低數值的背景聲音信號，在蒸汽膜產生、蒸汽膜向沸騰階段過渡和沸騰階段本身都有多次高聲音振幅峰值出現，在對流開始後背景聲音信號和聲音振幅峰值均完全消失。
淬火裂紋產生的時間段大多是在工件冷卻到馬氏體轉變開始溫度(ms)以下某一溫度和產生一定量的馬氏體組織後發生，此時工件表面的溫度多是低於產生蒸汽膜的臨界溫度以下(即低於該介質的leidenfrost溫度)，處於對流換熱階段，在該階段背景聲音信號和聲音振幅峰值均完全消失。如果在此階段探測到高振幅的聲音信號就有可能是產生裂紋所發出的。雖然工件在整個淬火冷卻過程中都會有氧化皮脫落產生而發出的聲音信號，但是這個聲音信號的頻率與產生裂紋的頻率範圍有明顯不同，可以通過信號處理軟體進行篩選和過濾。
本發明的第一方面，提供一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法，所述方法包括以下步驟：
步驟一，經過加熱的淬火件在淬火介質中進行淬火冷卻時，採用聲音測量探頭對淬火冷卻過程的聲音信號進行採集；
步驟二，對採集的聲音信號進行分析，判斷淬火冷卻過程中是否產生裂紋。
優選地，所述聲音測量探頭為一個或多個，其測量聲頻範圍1hz-30khz，工作溫度10-80℃或根據介質工作溫度設定。
優選地，所述聲音信號是振幅、頻率、波形中一種或多種。
優選地，所述聲音測量探頭位於淬火槽液面以下、或液面以上、或液面以上與以下分別放置。
優選地，所述進行淬火冷卻處理的工件處理數量為一支或多支，聲音測量探頭可以是一支或多支，聲音測量探頭的數量只是根據滿足測量真實聲音信號為目的，與具體的工件數量沒有直接聯繫。
優選地，步驟二中，對採集的聲音信號進行分析，判斷淬火冷卻過程中是否產生裂紋，具體為：對採集的聲音信號進行分析，判斷淬火冷卻過程中是否產生裂紋，具體為：先記錄下出現裂紋的聲音信號的強度數值，此強度數值作為評價是否出現淬火裂紋的臨界值；當測量的聲音強度數值超過臨界值，系統將給出報警，提示該次淬火過程中會有裂紋產生。
更具體為：對於在蒸汽膜的生成和核沸騰階段，如果出現的聲音信號強度明顯高於在該階段常規的背景聲音信號，則可以判斷在該階段有產生裂紋的可能性，通常將這一階段稱為「裂紋低發區」；在對流開始後，如果出現的聲音信號明顯高於氧化皮爆裂所發出的聲音信號的情況，則可以判斷在該階段產生裂紋的可能性非常高，通常將這一階段稱為「裂紋高發區」。在裂紋低發區和高發區產生裂紋的聲音信號強度判據應根據大量的數據採集確定，然後將這個聲音信號強度值輸入到軟體中作為判據，聲音信號高於該值可以判斷為出現裂紋的概率為100％，低於這個值可以根據其低於的比例給出出現裂紋的近似的參考概率。
根據本發明的第二方面，提供一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的裝置，包括：
至少一個聲音測量探頭：用於對整個淬火冷卻過程的聲音信號進行數據採集；
信號放大與轉換器：用於對聲音測量探頭採集的聲音信號進行放大和信號轉換，並輸出到數據處理模塊；
數據處理模塊：記錄和分析數位化形式的聲音信號，經過分析給出淬火冷卻過程中產生裂紋的可能性概率。
優選地，所述裝置進一步包括至少一個用於聲音測量探頭安裝的探頭夾持機構，所述探頭夾持機構布置在淬火槽的預定位置(可以是液面以下，也可以是液面以上；可以是淬火工件附近，也可以是距離工件一定位置)，將聲音測量探頭安裝在探頭夾持機構之上。
優選地，所述數據處理模塊由計算機和分析軟體模塊組成，其中：
所述數據處理模塊由計算機和分析軟體模塊組成，其中：
計算機，接收和存儲信號放大與轉換器發來的數字聲音信號，同時按照分析軟體模塊指令進行相關的運算；
分析軟體模塊，對採集的數據進行分析，根據預先設定的產生裂紋的聲音信號強度判據進行比較和運算，最後給出可能產生裂紋的概率。
與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
本發明所述的通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法，採用該方法可以通過對淬火過程中的聲音信號測量和分析給出淬火過程中是否有可能產生裂紋的聲音信號出現，並給出可能產生淬火裂紋的概率。大大提高了無損探傷檢測針對性。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：
圖1為本發明一實施例中裝置結構示意圖；
介質1、淬火槽2、淬火件3、介質液面4、聲音探測探頭(液面上部)5、聲音探測探頭(液面下部)6、探頭夾持機構7、線纜8、信號放大與轉換器9、數據處理模塊10。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。
如圖1所示，一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的裝置，其中包括：
至少一個聲音測量探頭：用於對整個淬火冷卻過程的聲音信號進行測量；
信號放大與轉換器9：用於對聲音測量探頭測量的聲音信號進行數據採集、信號放大和轉換；
數據處理模塊10：記錄和分析數位化形式的聲音信號，經過分析給出淬火冷卻過程中可能產生裂紋的概率。
具體的，在部分實施例中：
所述聲音測量探頭採用高靈敏度聲音測量探頭，測量聲頻範圍1hz-30khz，工作溫度10-80℃(或根據介質工作溫度設定)。
信號放大與轉換器可以採用單通道或多通道信號放大與轉換器。
數據處理模塊10由計算機和分析軟體模塊組成，計算機作為分析軟體模塊的載體，分析軟體模塊安裝在計算機之上。分析軟體模塊通過計算機的顯示器進行人機界面交互輸入和輸出信息，採集的聲音信號進入計算機，並通過分析軟體模塊處理給出結果。
在部分優選實施例中，所述裝置進一步包括探頭夾持機構7，探頭夾持機構7布置在淬火槽2的預定位置，聲音測量探頭(液面上部)5、聲音測量探頭(液面下部)6安裝在探頭夾持機構7之上。聲音測量探頭(液面上部)5、聲音測量探頭(液面下部)通過線纜8與信號放大與轉換器9連接，經過放大的信號和被轉換的數據被傳送到數據處理模塊10。
經過加熱的淬火件3在介質1中進行淬火冷卻，聲音測量探頭(液面上部)5、聲音測量探頭(液面下部)6對整個淬火冷卻過程的聲音信號進行測量，測量的信號經過信號放大與轉換器9被轉換為數位訊號傳送到數據處理模塊10，經軟體分析模塊給出淬火過程中是否有產生裂紋的聲音信號出現，並給出可能產生淬火裂紋的概率。相關人員可以根據可能產生淬火裂紋的概率值，判斷是否對該批淬火件進行無損探傷檢測。
具體的，所述的聲音信號，可以是振幅、頻率、波形。
具體的，所述的介質，可以是水、油、各類水溶性介質、各類鹽浴、氣體。
具體的，所述的淬火冷卻，可以是浸液式淬火、感應加熱淬火、高能束淬火等各類淬火冷卻。
具體的，所述的測量探頭安裝位置，可以是液面以下、液面以上、液面以上與以下分別放置。
具體的，所述的工件，可以是各類材料和各類形狀的淬火件。
具體的，所述的同批次工件處理數量，可以是一支、多支。
基於上述裝置結構，以下對本發明通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法的具體實施進行描述。
實施例1
本實施例涉及一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法，所述方法包括以下步驟：
步驟一，在經過加熱的淬火件在淬火介質中進行淬火冷卻時，聲音測量探頭對整個淬火冷卻過程的聲音信號進行數據測量；
步驟二，測量的聲音信號通過信號放大與轉換器被發送到計算機分析軟體，經軟體分析給出淬火冷卻過程中是否存在產生裂紋的聲音信號或給出可能產生裂紋的概率。
具體操作：用浸液式淬火油槽，單支長軸類件淬火冷卻，軸的材料和尺寸已知，行車吊掛垂直入液淬火冷卻。3隻聲音測量探頭分別安裝在淬火槽淬火區域內的液面以下200mm深度、軸長度一半的深度和全軸長度的深度的預先確定的位置。
事先已經對該材料和該尺寸工件的淬火聲音進行記錄和分析，已經獲取出現和不出現淬火裂紋的聲音信號數據，並建立了是否有可能產生裂紋的聲音信號分析軟體。聲音信號分析軟體的原理是，先記錄下出現裂紋的聲音信號的強度數值，此聲音強度數值作為評價是否出現淬火裂紋的臨界值，當測量的聲音強度數值超過這個臨界值，系統將給出報警，提示該次淬火過程中可能有裂紋產生。
完成該工件淬火後，分析軟體給出該次淬火冷卻產生裂紋的概率，相關人員可以根據可能產生淬火裂紋的概率值，判斷是否對該批淬火件進行無損探傷檢測。
實施例2
本實施例涉及一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法，步驟一、二與實施例1相同。
具體操作：浸液式淬火水槽，多件軸類件同時進行淬火冷卻，軸的材料和尺寸已知，行車吊掛水平入液淬火冷卻。將一隻聲音測量探頭安裝在淬火槽淬火區域內液面以下200mm深度預先確定的位置。
事先已經對該材料和該尺寸工件的淬火聲音進行記錄和分析，已經獲取出現和不出現淬火裂紋的聲音信號數據，並建立了是否有可能產生裂紋的聲音信號分析軟體。聲音信號分析軟體的原理是，先記錄下出現裂紋的聲音信號的強度數值，此聲音強度數值作為評價是否出現淬火裂紋的臨界值，當測量的聲音強度數值超過這個臨界值，系統將給出報警，提示該次淬火過程中可能有裂紋產生。
完成批次工件淬火後，分析軟體給出該次淬火冷卻產生裂紋的概率，相關人員可以根據可能產生淬火裂紋的概率值，判斷是否對該批淬火件進行無損探傷檢測。
實施例3
本實施例涉及一種通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法，步驟一、二與實施例1相同。
具體操作：臥式軸類感應淬火工具機，軸的材料和尺寸已知，聲音測量探頭安裝在感應加熱器後端的噴水冷卻器上。
事先已經對該材料和該尺寸工件的淬火聲音進行記錄和分析，已經獲取出現和不出現淬火裂紋的聲音信號數據，並建立了是否有可能產生裂紋的聲音信號分析軟體。聲音信號分析軟體的原理是，先記錄下出現裂紋的聲音信號的強度數值，此聲音強度數值作為評價是否出現淬火裂紋的臨界值，當測量的聲音強度數值超過這個臨界值，系統將給出報警，提示該次淬火過程中可能有裂紋產生。
完成工件淬火冷卻後，分析軟體給出該次淬火冷卻產生裂紋的概率。
所以，本發明實施例1-3通過聲音信號判斷淬火裂紋產生的方法，採用該方法可以通過對淬火過程中的聲音信號測量和分析給出淬火過程中是否有可能產生裂紋的聲音信號出現，並給出可能產生淬火裂紋的概率。大大提高了無損探傷檢測針對性。
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。