Система контроля геометрических параметров лунки в процессе непрерывного литья алюминиевых сплавов

• Автор: Хныкин, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Непрерывное литье алюминиевых слитков
1.1.1 Образование лунки при отливке слитка
1.1.2 Строение слитка
1.1.3 Современное состояние проблемы исследования лунки
1.2 Виды неразрушающего контроля
1.3 Физические основы распространения ультразвука
1.4 Измерительная аппаратура, промежуточные среды и сущность
методики контроля
1.5 Типы преобразователей и их основные характеристики
ВЫВОДЫ
2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЛУНКИ
2.1 Вывод одномерных уравнений
2.2 Вывод уравнений акустики для многомерных задач
2.3 Характеристики эволюции ультразвуковой волны
2.3.1 Влияние неоднородности в одномерной постановке
2.3.2 Влияние неоднородности в многомерных задачах
2.4 Расчет эхо-сигнала от границы лунки
2.5 Математическая модель лунки
ВЫВОДЫ
3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ
УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЛУНКИ
3.1 Методика ультразвукового зондирования лунки
3.2 Исследование температуры расплава в лунке

3.3 Цифровая обработка сигналов
3.3.1 Переход к дискретному сигналу
3.3.2 Непрерывное и дискретное преобразования Фурье
Аналитическое представление сигнала
3.3.3 Связь дискретных и непрерывных функций
3.3.4 Вычисления с дискретными сигналами
3.4 Двумерный метод формирования бездифракционного луча
3.4.1 Алгоритм формирования узкой диаграммы
направленности
3.4.2 Алгоритм цифровой обработки сигналов
ВЫВОДЫ
4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛУНКИ
4.1 Схема ультразвукового контроля
4.2 Выбор компонентов системы ультразвукового контроля
геометрических параметров лунки
4.2.1 Выбор ультразвуковых датчиков
4.2.2 Выбор микроконтроллера
4.2.3 Интерфейс связи с ПК
4.3 Описание программного обеспечения
4.3.1 Структурная схема ПО микроконтроллера
4.3.2 Блок управления таймером
4.3.3 Блок анализа входного сигнала
4.3.4 Реализация алгоритма цифровой обработки сигналов
4.4 Проведение экспериментальных исследований
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Актуальность работы.
Современный уровень развития науки и техники требует постоянного повышения качества промышленной продукции. От алюминиевой отрасли зависят многие сферы производства. Поэтому к качеству алюминиевой продукции предъявляются повышенные требования.
В настоящее время алюминиевые заводы работают в сложных условиях: рост цен на энергоносители и непрерывный рост требований к защите окружающей среды [56].
Строительство новых алюминиевых заводов с современной технологией производства не всегда является финансово оправданным решением. В большинстве случаев модернизация и более эффективное использование уже имеющегося оборудования обеспечивают реальное повышение качества алюминиевой продукции.
Технологический цикл производства алюминиевых сплавов состоит из нескольких этапов, наиболее важным среди которых является процесс литья слитков.
При отливке алюминиевого слитка на его поверхности могут образовываться различные дефекты: трещины, неслишны, ликвационные наплывы [3]. С увеличением размеров слитка указанные дефекты появляются чаще, что обусловливает необходимость его механической обработки перед дальнейшим использованием. Для сведения доли этих дефектов в общей массе слитка к минимуму прибегают к различным способам по их предупреждению. Постоянно ведется совершенствование кристаллизатора - главного компонента литейной машины. Отечественные производители по-прежнему в большинстве случаев работают с морально устаревшими кристаллизаторами (щелевые, струйные). На сегодняшний день зарубежными специалистами разработано несколько более совершенных конструкций кристаллизато-

2.3 Характеристики эволюции ультразвуковой волны
Возбужденные в жидком расплаве высокочастотные механические возмущения распространяются в соответствии с уравнениями (2.2)—(2.16). В однородной среде ультразвуковая волна претерпевает изменения, обусловленные только геометрическими характеристиками фронта - поверхности равной фазы. Так, для сферической волны, исходящей из точечного источника, амплитуда уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Вследствие вязкости расплава волна претерпевает дополнительные изменения, связанные:
- с изменением фазовой скорости из-за наличия вязкости;
- с затуханием вследствие рассеяния и поглощения энергии волнового движения.
Для количественной характеристики перечисленных процессов используются:
а) амплитуда А(х) в выражении для акустической волны
Р{х,і) = А(х)ехр(-Ш); (2.27)
б) акустическая интенсивность
/,=«, (2.28)
где V- скорость;
в) плотность акустической энергии

—+ Р0у-у
(2.29)
лРос У
Выражение (2.29) представляет собой сумму плотности кинетической энергии
Ы2 V * V V
к = Р^-«Роу (2-30)