仪器研制
2010年第32卷第12期
朱 丹，曾效舒
(南昌大学机电工程学院，南昌 330031)
摘 要：蠕化率作为衡量蠕墨铸铁质量的主要参数，在生产中要求准确、快速地测量和控制。介绍了超声波声速与蠕墨铸铁蠕化率的关系。利用厚度无关声反射法(TI RP )测量蠕墨铸铁的声速，并借助VC6.0
设计了软件系统。该系统实现了炉前蠕墨铸铁蠕化率的自动化检测和调整，大大降低了在生产蠕墨铸铁中对蠕化率的控制难度，缩短了检测和调整时间。
关键词：超声波检测；厚度无关声反射法；蠕化率
中图分类号:
T G 115.28 文献标志码:A 文章编号:1000-6656(2010)12-0970-03Automatic Ultrasonic Inspection System of the Vermicular Graphite Rate in Vermicular Iron
ZHU D an ,ZENG Xiao -Shu
(M echanical and Electrical Engineering Colleg e ,N anchang Univ ersity ,N anchang 330031,China )A bstract :T he ver micular g raphite ra te is o ne of the main pa rameters in mea suring the qua lity of ve rmicular iro n ,which requir es a precise ,rapid measur eme nt and contro l in pro ductio n .T he rela tionship be tw een the ultra so nic velo city and the v ermicula r g raphite rate in vermicular iro n was described ,the ultrasonic v elocity in vermicular iron wa s measured by thickness independe nt reflecto r plate (T IRP )and the sof tware was compiled using VC6.0,T he sy stem realized v ermicular iro n blast fur nace -based automa tic detection and adjustme nt ,g reatly reduced the diffic
启动电容器
ulties of contro lling the r ate of ve rmicular g r aphite cast iron ,decreased testing a nd adjustment time .
Keywords :U ltr aso nic inspectio n ;T hickness independent reflecto r pla te ;Ve rmicular gr aphite rate
蠕墨铸铁强度、塑性、韧性高于灰铸铁，铸造性能优于球墨铸铁，具有良好的力学性能和综合性能,
因而得到广泛的应用。蠕化率是衡量蠕墨铸铁质量的重要参数之一，因此准确、快速检测蠕墨铸铁蠕化率，及时调整蠕化率是蠕墨铸铁质量的保证。
目前常用的炉前蠕墨铸铁蠕化率检测方法是金相分析，费时费力，检测成本高，且需要经验丰富的人员进行判断和分析，难以实现蠕墨铸铁蠕化率检测和控制的自动化。经研究发现，超声波检测技术能克服这些问题，且较容易实现检测的自动化，使蠕化率检测速度和控制精度得到极大提高。
1 超声波速度与蠕化率的关系
超声波在材料中的传播速度是材料本身的声学
收稿日期:2009-12-17
作者简介：朱丹(1982-)，女，硕士研究生，主要从事自动化超声波检测的研究。特性，不同的材料，传播速度不相同。在固体介质中，超声波纵波声速c 为:
c =
E (1-σ)ρ(1+σ)(1-2σ)
(1)式中E 为弹性模量;σ为泊松比;ρ为材料密度。作
为铸铁,σ和ρ的变化都很小，即对速度变化的影响很小[1]，影响超声波声速c 的主要因素是弹性模量E 。而蠕墨铸件的弹性模量及其蠕化率有直接关系，因此可以利用超声波声速检测蠕墨铸铁蠕化率。蠕化程度越高，超声波声速越慢，如图1所示[2]。
2 自动化超声波检测系统
自动旋转喷雾喷头为减少对浇注试样的要求，并获得高的检测精度，采用水槽下放置声反射板，利用放置试样前后的反射时间差和超声波在水中的传播速度与试样的厚度无关的方法来确定试样声速，此方法也称为厚度无关声反射法(T RIP )，如图2所示。经计算，可得
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朱 丹等：蠕墨铸铁蠕化率自动超声波检测系统
2010年第32卷第12期 式(2)[3]
:
c =c 水
Δt 2τ
+1
(2)
式中c 水为超声波在水中的速度，与温度有关;2τ为
放置试样前后超声波反射时间差;Δt 为试样第一底面与第二底面反射时间差。
根据TRIP 检测超声波在蠕墨铸件内的传播速度，伺服电机控制平面移动探头的位置，采取试件不同位置的超声波声速，送入超声波接收系统，由放大电路放大超声波信号，后由A /D 转换系统进行数据转换送入计算机，计算机根据超声波声速与蠕化率关系进行数据分析、处理，并控制步进电机的运动，使冲天炉中添加适量铁水或者蠕化剂，然后再进行浇注试样并判别。如图3为超声波自动检测蠕墨铸铁蠕化率的原理图。2.1 硬件系统
硬件系统由自动超声波探测系统和步进电机控制系统组成。
2.1.1 自动化超声波检测系统
检测系统由水槽、反射板、浇注的试样、耦合剂
图3 超声波自动检测蠕墨铸铁蠕化率原理图
(水)、伺服电机、A /D 0809转化器、BLC -2000型数字超声波探伤仪和工控机组成。
根据式(2)知，超声波测量声速与水的声速有关，故水的温度变化不能太大，试验控制温度在
25℃。根据水温与超声波声速的关系，可以计算超声波水中的速度c 水≈1450m /s 。浇注的试样为 30m m 的圆形棒料，厚度不作要求，为便于检测，选择在20mm 左右。经多次试验验证，采用水浸脉冲反射法检测的结果比较准确。
选用BLC -2000型数字探伤仪，探头参数为2.5M H z ,F10mm , 20mm 的水浸式双晶聚焦直探头，探伤仪设置采样频率在2.5M H z ，选择水为耦合剂，增益设置时，应有足够的声能且尽量少的杂波，经试验检测，将增益设置在68～78dB 之间比较适合，如图2所示，检测数据见表1。根据超声波声
速检测的蠕化率与金相分析的蠕化率对比，表明此方法检测蠕化率准确、有效。
表1 超声波与金相检测蠕墨铸铁试样的蠕化率比较
Δt /μs 2τ/μs c /(m ·s -1)超声波测量蠕化率R 1/%金相观察蠕化率R 2/%
10.123.685437.5082.9227968410.243.525668.1867.8516336910.063.745350.2789.8613009010.103.645473.3580.2885638010.04
3.78
5301.32
94.116950温室保温被
95
将采集超声波信号由A /D 0809转化为数字信号，由工控机进行读入、分析和处理。然后通过伺服电机带动探头，改变探头位置，采集试样不同点的
声速。
2.1.2 步进电机控制
步进电机控制系统上位机为工控机，利用工控机的串行口通讯控制单片机，根据自动化超声波检测系统，计算出所需蠕化剂或铁水量，由单片机控制步进电机转速和转向，选用89S52单片机进行。
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仪器研制
红外线加热灯 2010年第32卷第12期
2.2 软件系统
利用VC6.0的M FC 完成软件系统的编写，主要实现炉前蠕墨铸铁蠕化率的检测和调整，因此从功能上主要分为数据处理模块、文件管理模块和运动控制模块。
数据处理模块主要包括由超声波声速计算蠕墨铸铁蠕化率，在不同的蠕化剂情况下，所应该补加的铁
对旋轴流风机水或者蠕化剂量，并根据所加量设定步进电机的速度和方向。文件管理模块主要是负责文件的存储、打印。运动控制模块主要负责工控机与步进电机的串行通讯，实现VC 界面控制步进电机，本系统采用VC6.0中Registered Activex Controls 的MSCOMM 控件现实步进电机和工控机的通讯。以下是部分原码:
m Botelv .SetCurSel (8);
m Jiou .SetCurSel (2); m Shuju .SetCurSel (3);
m Sto p .SetCurSel (0); int iBotePos =m Bo telv .GetCurSel (); int iJiouPo s =m Jiou .GetCurSel (); int iShujuPos =m Shuju .GetCurSel (); int iS to pPo s =m Stop .GetCurSel (); m ctrlCom m .SetRTSEnable (FALSE ); m ctrlCom m .SetDT REnable (FA LSE ); m ctrlCo mm .SetSetting s ("m Botelv .Ge t -I temData (iBo tePo s ),m Jiou .GetItemData (iJiou -Pos ),m Shuju .GetItemData (iShujuPos ),m S top .GetItemData (iStopPos )");//设置属性
m ctrlCom m .SetInputM ode (1);//参数1：表示以二进制方式检取数据
m ctrlCom m .SetRThreshold (1);//参数1：表示每当串口接收缓冲区中有多于或等于1个字符时将引发一个接收数据的OnComm 事件
收缩薄膜 m ctrlComm .SetInputLen (0);//设置当前接收区数据长度为0
m ctrlCom m .GetInput ();//先预读缓冲区以清除残留数据
综合考虑检测对象与检测操作人员，因此采用面向对象的程序设计思想。对于检测对象，针对不同检测对象的不同检测功能进行封装，通过接口进行调用和联系；对于操作人员，针对不同的测试与计算分析原理进行封装，仅留有简单友好操作接口，便于不熟悉软件编程的操作人员操作，系统界面如图4所示。
图4 自动化超声波检测系统界面
3 结论
蠕墨铸铁蠕化率自动化超声波检测系统，整个检测时间不到1s ，且精度与金相的检测结果吻合,
完全实现了蠕化率快速、准确检测，不仅提高了蠕墨铸铁的生产质量，且极大降低了蠕墨铸铁的检测成本，具有非常重要的实用价值。但是由于蠕墨铸铁蠕化率受各种因素影响，尤其是在蠕化率的调整方面，系统的稳定性还有待提高。参考文献:
[1] 徐光清.超声检测技术在汽车铸件上的应用[J ].无损
检测,1991,13(5):135-136.
[2] 陈信，彭光俊，张念.蠕墨铸铁蠕化质量无损检测技术
的研究[J ].武汉汽车工业大学学报,1999,21(2):37-39.
[3] Ro th D J .Eliminating the effect of plate thickness va r -iatio n in ult rasonic images using a sing le tr ansducer metho d [J ].Pro ceeding s ,1996,2944:76-85.
(上接第950页)
3 结论
针对超声测厚信号的特征提取，采用小波技术对性质均一的绝热层的超声回波信号进行了小波降噪及提取高低频信号重构，可有效提取出两界面的位置特征信息，即一界面与二界面之间的采样点之间的差值，再运用相关公式，可计算出绝热层厚度。由此可实现绝热层厚度的超声无损检测，同时验证了小波分析方法在绝热层超声回波信号处理中的实用价值。参考文献:
[1] 《超声波探伤》编写组.超声波探伤[M ].北京：电力工
业出版社,1980:235-241.
[2] 王召巴，路宏年.固体火箭发动机包覆层厚度超声测量
新技术[J ].兵学学报,1999,20(1):88-90.
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