[发明专利]一种高温材料定向凝固过程中的声场测定方法

说明书

本发明公开了一种高温材料定向凝固过程中的声场测定方法，其采用的装置包括高温声信号检测传感器、高温材料定向凝固界面追踪系统和数据采集处理系统，高温声信号检测传感器包括水听器、波导杆、耦合剂套筒和声波耦合剂；高温材料定向凝固界面追踪系统包括测温头、温控器、位移控制器和升降机；其方法包括步骤：一、声场测定装置的安装，二、高温材料定向凝固过程声场测定。本发明设计新颖合理，能够在高温环境中持续地对高温材料定向凝固界面的声场分布进行测定，解决了现有技术中缺乏能够适用于高温环境中的声信号检测传感器，以及声信号检测传感器不能随着高温材料定向凝固界面的推进而移动的问题，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

技术领域

本发明属于声场测定技术领域，具体涉及一种高温材料定向凝固过程中的声场测定方法。

背景技术

振动凝固是对凝固过程中的材料液施加振动，使铸件结晶组织因受振动而细化，铸件残余应力降低并均匀化，力学性能提高；振动在材料凝固领域中的应用研究引起了人们的广泛重视。Sokolov在1935年第一次采用高频装置对纯金属凝固过程施加振动。同一时期，Loomis等人分别研究了在金属和有机物的凝固过程中施加超声振动的规律，Eskin等人对超声场中金属凝固规律进行了探索。

因为超声波具有很高的频率，同时具有很高的能量，会在高温材料熔体中发生空化和声流等一系列非线性效应，对细化合金组织有良好的作用。但是，在传统的高温材料凝固过程中，人们只是凭经验对待凝固的高温材料溶液施加一定的超声振动，进而影响其凝固过程。由于高温材料熔体的温度很高，超出了声信号检测传感器的工作温度范围，所以对于所施加的超声振动在合金熔体中的分布以及声压跟高温材料的凝固过程之间的关系缺乏定量的分析和表征，严重制约了振动凝固技术的发展。

定向凝固是材料凝固过程控制一种重要方式，通过控制传热的方向，使得固相沿着某一方向生长，即凝固界面定向推移。最终凝固组织的特性主要由液固界面的演化过程决定。因此，在施加超声振动的凝固过程中，对界面前沿液相中的超声场进行检测对于优化超声处理工艺和阐明超声场下的凝固组织形成机制具有重要意义。工业生产中的定向凝固，多采用浇铸模具一端冷却法，其高温材料定向凝固界面也不断推移。为了能持续的对高温材料定向凝固界面的声场分布进行测定，不仅需要能够适用于高温环境中的声信号检测传感器，还要声信号检测传感器能够随着高温材料定向凝固界面的推进而移动，现有技术中缺乏能够实现这种功能的声场测定装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高温材料定向凝固过程中的声场测定装置，其结构简单，设计新颖合理，能够在高温环境中持续地对高温材料定向凝固界面的声场分布进行测定，解决了现有技术中缺乏能够适用于高温环境中的声信号检测传感器，以及声信号检测传感器不能随着高温材料定向凝固界面的推进而移动的问题，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高温材料定向凝固过程中的声场测定方法及装置，包括高温声信号检测传感器、高温材料定向凝固界面追踪系统和数据采集处理系统，所述高温声信号检测传感器包括水听器和用于伸入材料高温液相内的波导杆，以及上部套装在水听器上、下部套装在波导杆上的耦合剂套筒，所述耦合剂套筒的中部空间为耦合剂腔，所述耦合剂腔内填充有声波耦合剂，所述水听器的感应元件设置在声波耦合剂中；所述高温材料定向凝固界面追踪系统包括设置在波导杆外壁上且用于对材料高温液相的温度进行检测的测温头和与测温头的输出端连接的温控器，以及位移控制器和用于带动所述高温声信号检测传感器向上或向下移动的升降机，所述升降机通过夹持臂夹持在耦合剂套筒上，所述位移控制器与温控器的输出端连接，所述升降机与位移控制器的输出端连接；所述数据采集处理系统包括依次连接的信号放大器、信号采集卡和计算机，所述水听器的电信号输出端与信号放大器的输入端连接。

上述的一种高温材料定向凝固过程中的声场测定装置，所述测温头的底端与波导杆的底端相平齐。

上述的一种高温材料定向凝固过程中的声场测定装置，所述波导杆由耐高温材料制成。