本发明专利技术公开了一种基于红外测温的铝合金半固态重熔加热控制方法及装置。红外测温仪对准半固态坯料表面中心位置，红外测温仪与微型计算机通过ＵＳＢ口进行通讯，在计算机中通过软件程序实现对温度数据的在线接收和处理，实时显示出温度变化曲线，并对感应加热器输出控制信号。本发明专利技术对于铝合金半固态坯料采用多步法进行重熔加热，同时通过红外测温系统监测温度变化曲线，利用坯料相变特性达到准确控制坯料液相率的目的。本发明专利技术实现了铝合金坯料的半固态重熔加热液相率的非接触式测控，促进了半固态金属触变成形技术，避免了接触式测温带来的钻孔等麻烦，降低了设备成本，提高了工艺效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料成形技术，尤其涉及一种基于红外测温的铝合金半固态重熔 加热控制方法及装置。
技术介绍
20世纪70年代初，美国麻省理工学院的科学家首次发现了金属处于半固态状态下的流变性能，并发展了金属半固态成形技术，该工艺介于固态金属成形和液态金属成形 之间，融合了铸造和塑性成形工艺优点，具有高效、节能等显著优点，被认为是21世纪最有 发展前途的近净成形技术之一。近年来半固态金属成形技术在科学研究以及工业生产中均 受到普遍关注，其研究成果在汽车工业中零件加工中已经取得了较大程度的应用。在目前 半固态金属成形所选用的材料中，铝硅镁合金(尤其是A356，A357)凭借其较大的固液共存 区以及良好的成形性能，成为该技术最为重要和常见的材料。半固态金属成形的工艺可以分为触变成形和流变成形两种，其中流变成形是指将 经搅拌获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工，而触变 成形是指将半固态浆料冷却凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度， 然后进行成形加工。触变成形工艺流程长，但它便于组织专业化生产，质量便于控制，因而 成为半固态成形技术研究的重点，在现有的研究及工业应用中绝大多数采用触变成形的工 艺。半固态金属触变成形的工艺流程一般包括半固态坯料制备、坯料运输切割、重熔 加热以及触变成形。其中重熔加热的液相率控制是能否成功进行最终触变成形的关键，如 果液相率过高，坯料产生“象足”现象，并造成难以搬运；反之如果液相率过低，则后续成形 所需载荷将大大增加，丧失了半固态成形的优势。因此，在重熔加热过程中一般控制坯料液 相率为40-50%时为宜。目前半固态金属重熔加热的液相率控制方法主要有热电偶测温法、尖针侵入法、 加热能量控制法、线圈感应法、声压法等。热电偶测温法是半固态技术实验研究中最常用的液相率控制方法，通过热电偶直 接测量半固态坯料的温度，进而达到控制液相率的目的，具有直观、准确、连续的优点。热电 偶测温法的最大缺点是每块坯料上均需钻孔，孔内表面在加热时容易氧化，降低毛坯的内 在质量，而且每块坯料上取放热电偶的工艺操作麻烦，不适合高效率的生产控制。因此，热 电偶测温法只适合实验研究，难以进入工业应用。尖针侵入法采用一定重量和形状的尖针刺入半固态坯料表面，由于尖针刺入表面 的速度与半固态的液相率有着较好的对应性，通过对照预先获得的实验曲线，即可达到控 制坯料液相率的目的。该方法直观、简单，但刺入的过程形成小孔，孔洞内表面的氧化降低 坯料质量，而且经过一次测量后如需再次测量还需在不同区域刺入，造成不便。加热能量控制法是一种常用的开环控制方法，该方法通过经验数据以固定的加热 功率、时间对于固定尺寸的工件进行加热，以固定的加热能量期望得到预定的液相率。该方法简单、便捷、成本低，然而该方法控制精度不高，对于坯料及其环境要求很高，条件改变将 造成控制失败，产生废品。线圈感应法的原理是金属坯料由固态向液态转变时，坯料电导率将明显下降，通 过感应线圈可检测出感应涡电流的透入深度的变化，进而确定坯料液相率。该方法适应强， 有发展潜力，但目前尚不成熟。缺点是液相率较低时准确度不高，易产生误报，另外如果坯 料采用感应加热方式，则会对该方法产生影响。声压法的工作原理是金属坯料在感应加热过程中会产生一个噪声场，该声场在固 相转为液相时声压变化很强烈，声压法就是通过检测声压变化来得到坯料液相率。该方法 尚处于实验阶段，未进入应用。 从金属坯料半固态重熔加热液相率控制技术的研究报道中可以发现，目前金属坯 料半固态重熔加热尚缺乏一种易于工业应用的在线测控技术，现有的控制技术对于工业应 用均不甚理想。主要存在的问题有(1)对于金属坯料半固态重熔加热液相率的控制，开环的方法目前在工业中也被 采用，但精度较差；(2)为了对于液相率进行闭环精确控制，常采用接触式测量技术，这需要对每个工 件进行打孔，破坏工件表面，不利于工业应用；(3)半固态坯料重熔加热的非接触测温方法尚不成熟，有待进一步发展和改进。为了便于金属坯料半固态重熔加热的液相率控制，降低生产成本，为后续的触变 成形工艺创造条件，进而改进半固态金属成形技术，将其推向产业化应用，从而提供一种适 合大批量、低成本和高效的金属近净成形技术，对于现有的半固态重熔加热控制方法进行 改进是十分必要的。
技术实现思路
为了克服上述半固态坯料重熔加热液相率控制方法的不足，本专利技术的目的在于 提供一种基于红外测温的铝合金半固态重熔加热控制方法及装置。采用红外测温仪对 于重熔加热半固态铝合金进行非接触式测温，并依据温度变化曲线获得具有合适液相率 (40% -50% )的半固态坯料，从而避免了接触式测温带来的麻烦，同时具有良好的控制效 果，提高了生产效率。本专利技术解决其技术问题所依据的基本原理是任何物体只要温度高于绝对零度，就有热辐射向外部发射，红外测温技术通过检 测热辐射强度，并依据物体发射率来换算得到物体表面的温度。然而发射率在感应加热过 程中难以准确获得，导致红外测温仪难以准确测出半固态坯料的加热温度，这也是红外测 温仪在半固态坯料测温领域罕有应用的原因。然而，尽管红外测温仪对于物体绝对温度的 测量存在局限，但对于温度的相对变化趋势可以进行准确的把握。本专利技术正是依据这一特 点避免发射率标定的困难，通过监测半固态坯料的温度变化趋势，并依据铝合金坯料相变 特性，获得具有合适液相率的半固态重熔坯料。用于半固态成形的铝合金一般均为铝硅系合金，尤其是铝硅镁系合金中的A356 和A357。在重熔加热的相变过程中，在固相率由约80%转化为约60%过程时，固相率下降，液相率上升，但温度基本保持不变，为铝硅二元共晶转变区。该段二元共晶转变区的实际意 义在于当采用一定功率的感应加热器对坯料进行感应加热时，合金在进入共晶转变区后 温度曲线将出现一段明显的平坦区，而在共晶转变结束后，温度又将重新开始上升。在刚刚 完成共晶转变时，铝合金坯料的液相率为40% -45%，正是最适于半固态触变成形的液相 率范围。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一、一种基于红外测温的铝合金半固态重熔加热控制方法，该方法包括以下各步骤1)将铝合金半固态坯料置于感应加热线圈中，调整红外测温仪对准坯料的表面中 心位置，连接红外测温仪至计算机，开启测温软件显示温度变化曲线；2)开始感应线圈加热，频率为7000-9000HZ，加热功率30_35kW，加热至540°C时停 止加热；3)停止加热5s后重新开始感应线圈加热，频率为7000-9000HZ，调节加热功率至 15-20kff ；4)继续加热，待温度曲线趋于平稳不再上升时，调节加热功率为5_8kW ；5)继续加热，待温度曲线由平稳转而重新升高，重新升高5-10°C后停止加热；6)完成铝合金半固态重熔加热，将半固态坯料移至后续加工环节。二、一种基于红外测温的铝合金半固态重熔加热控制装置包括微型计算机、红外测温仪、感应加热线圈、耐火砖和感应加热器；将感应加热 线圈置于耐火砖上，感应加热线圈内装有铝合金半固态坯料，红外测温仪对准在铝合金半 固态坯料表面中心位置，红外测温仪与微型计算机通过USB 口进行通讯，感应加热器的一 端接感应加热线圈，感应加热器的另一端接微型计算机本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于红外测温的铝合金半固态重熔加热控制方法，其特征在于，该方法包括以下各步骤：１）将铝合金半固态坯料置于感应加热线圈中，调整红外测温仪对准坯料的表面中心位置，连接红外测温仪至计算机，开启测温软件显示温度变化曲线；２）开始感应线圈加热，频率为７０００－９０００Ｈｚ，加热功率３０－３５ｋＷ，加热至５４０℃时停止加热；３）停止加热５ｓ后重新开始感应线圈加热，频率为７０００－９０００Ｈｚ，调节加热功率至１５－２０ｋＷ；４）继续加热，待温度曲线趋于平稳不再上升时，调节加热功率为５－８ｋＷ；５）继续加热，待温度曲线由平稳转而重新升高，重新升高５－１０℃后停止加热；６）完成铝合金半固态重熔加热，将半固态坯料移至后续加工环节。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梅德庆，姚喆赫，周红华，钱淼，陈子辰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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