NO811593L - Sonder for ultralydbehandling eller inspeksjon av smeltet aluminium - Google Patents

Description

Sonder for ultralydbehandling eller inspeksjon av smeltet aluminium

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører bruken av ultra-lydbølger i forbindelse med behandling qg inspeksjon av smeltet aluminium. Mer spesielt vedrører den en forbedret sonde til overføring av ultralydbølger mellom en transduktor og en aluminiumsmeltemasse.

Oppfinnelsens bakgrunn

Ultralydbølger har i de siste år fått stor betydning.

Deres enestående egenskaper er anvendt i forbindelse med industri, signaloverføring, medisin og på mange andre områder.

Bruken av ultralydbølger til.behandling og inspeksjon av smeltet aluminium er kjent, skjønt den hittil ikke er praktisert kommersielt i betydelig omfang.

For eksempel er det kjent at smeltet aluminium kan behandles med ultralydbølger med forholdsvis lave frekvenser (15-20 KHz) og høy effekt (0,1-flere hundre watt) for å oppnå forbedringer i metallkvaliteten. De virkninger som er rapportert, innbefatter avgassing av smeltet aluminium for reduksjon av hydrogeninnholdet, forenklet dispersjon av legerende elementer i den smeltede aluminium, og med hensyn til det størknede metall forbedret kornstruktur og økt bearbeidbarhet og mekaniske egenskaper.

Ved inspeksjon av smeltet aluminium blir der benyttet forholdsvis høye frekvenser (1-10 MHz) og lav effekt (0,004-0,04 watt). Den mest praktiske forholdsregel ved inspeksjon er pulsekkometoden, hvor en ultralydbølgepuls overføres til den smeltede aluminium, og pulsrefleksjonene eller ekkoene blir detektert og målt. Smeltemassekvalitet kan kjennetegnes som antall og amplitude av de ekkoer som reflekteres fra diskontinuiteter, f.eks. uoppløselige smeltebestanddeler, dempninger av pulsamplitude, pulshastighet gjennom smeltemassen og skiftinger i ultralydbølgefrekvensen.

Andre anvendelser av ultralydbølger for inspeskjon av smeltet aluminium er selvsagt mulige.

Vedrørende detaljer som angår bruken av ultralydbølge-teknologi i sin alminnelighet, vises der til B. Carlin, Ultrasonics, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York-Toronto-London (1960), hvilken publikasjon herved innbefattes ved henvisning.

For å sende ut eller motta ultralydbølger, henholdsvis til og fra en aluminiumsmeltemasse, er det vanlig å bruke en elektromekanisk transduktor for omforming av elektrisk energi til mekanisk energi og vice versa. De mest brukte elektro-mekaniske omformingssystemer baserer seg for sin drift enten på magnetostriksjon eller den piezoelektriske virkning. Imidlertid blir magnetostriktive transduktorer ikke vanligvis benyttet til inspeksjon av smeltet aluminium på grunn av deres karakteristiske lave operasjonsfrekvens (f.eks. 60 KHz eller lavere).

Piezoelektriske transduktorer har typisk den mulighet både å overføre og motta ultralydbølger. Der kan således brukes bare en eneste piezoelektrisk transduktor for å

utføre begge funksjoner, eller der kan benyttes separate transduktorer for sending og mottagning. Piezoelektriske transduktorer kan enkelt innrettes til å behandle høye frekvenser og lave effektnivåer, og er følgelig vel anvendelige• for inspeksjonsmetoder vedrørende smeltet aluminium.

En transduktor kan passende være forbundet med smeltemassen ved bruk av en sonde, som av og til kalles en "for-sinkelseslinje" eller en "mekanisk pause" ("mechanical standoff"). Se f.eks. US patentskrift 3 444 726. Sonden tjener til å isolere transduktoren fra de høye temperaturer i smeltemassen, som vanligvis ligger i området 675-825°C, og til å innføre en forsinkelse mellom en utsendt puls og ekkoene fra urenheter som befinner seg nær der hvor pulsen først trenger inn i smeltemassen.

Sonden vil vanligvis ha form av en stang eller stav, hvis ene ende vil være innsatt i smeltemassen og kjent under betegnelsen "arbeidsspissen". Den annen sondeende er for bundet med transduktoren. Det er sagt at et ideelt sonde-materiale burde ha følgende egenskaper: (a) materialet bør ha en konstant lav akustisk energi-dempning over intervallet av arbeidstemperaturer ved de frekvenser som benyttes. (b) Det bør være solid og homogent å ha en god motstandsevne mot termiske og mekaniske sjokk. (c) Det bør ha en god motstandsevne mot angrep fra det smeltede metall. Ethvert materiale som har den egenskap at det reagerer med det smeltede metall for å danne en beskyt-tende film, er beheftet med den ulempe at fuktingen som den nedsenkende sendeende av sonden utsettes for av det smeltede metall, vil bli drastisk redusert.

(d) Det bør ha lav termisk ledeevne.

(e) Den akustiske impedans, dvs. produktet av densitet og lydhastighet, bør være av samme størrelsesorden som for det smeltede metall.

Tilsynelatende er der ikke funnet noe materiale som oppfyller alle disse krav.

Sintrede staver laget av titandiborid og titankarbid-blandinger med volumforhold 70/30 og 60/40, er f.eks. under-søkt i henhold til kjent teknikk. Med disse staver støtte man til og begynne med på vanskeligheter med å oppnå staver som var tilstrekkelig solide, og med å fukte de nedsenkede ender av stavene for å tillate utsending av ultralydenergi mellom den flytende aluminium og sondene. Som forsøk på å bevirke fukting, ble sondene senket ned i den flytende aluminium under en inert atmosfære eller argon. Disse forsøk var ikke vellykkede, selv om sondeendene ble dekket med loddemetall før nedsenkningen. Bedre resultater ble der oppnådd da sta vene ble dekket med ren aluminium ved høye temperaturer (f.eks. 1200°C) under vakuum, idet man her o^pnadHe lav dempning og et meget lavt signaltap ved sonde/aluminium-grenseskiktene. Imidlertid gikk disse fordeler tapt da:;son- . dene ble fjernet fra det flytende metall og utsatt for atmosfære. Tilsynelatende oksyderte endeflatene av sonden slik at der ved fornyet neddykking ikke ble oppnådd full fukting, og bare en liten del av de tilgjengelige signaler ble da sendt inn i metallet.

En titanlegering Ti 317, inneholdende 5% Al og 2,5 % Sn (vektprosent) og fremskaffet med en monofasestruktur,

ble også undersøkt ifølge kjent teknikk og funnet å motstå erosjon i betydelig grad. Materiale med en dupleksstruktur (+ B) hadde en meget høy dempning, slik at det var mulig bare å sende signaler opp til 2,5 MHz gjennom en stav av 60 cm lengde og 2,5 cm diameter. Omformet til monofasestruktur hadde det en rimelig dempning, men fremdeles høyere enn ønsket. Eksperimenter viste også at titan ikke blir fuktet før det har vært innført i smeltet aluminium i tilnærmet 30 minutter.

Etter å ha vurdert titandiborid-titankarbidsintere

og metalliske titanlegeringer, foretrakk i det minste én gruppe bruken av stål (0,26 vektprosent karboninnhold) dekket med en påsprutet vannoppslemmet Foseco Dycote 34 og med spissen dekket av et lag sølvloddemetall. Sølvlodde-metallet akselererte fuktingen, slik at sondene sendte ut og mottok den tilgjengelige energi etter tilnærmet 3 minutters nedsenkning. Når sondene først var fuktet, kunne de fjernes fra det flytende metall, få lov til å kjøle seg og deretter skiftes ut uten overdrevne tap av koblingsvirkning. Og det påsprutede varmebestandige lag forhindret fukting av sonde-sidene og innføringen av lekkvibrasjoner i det flytende metall. Det var imidlertid et problem at stålet hadde en tendens til å gå i oppløsning i aluminiumsmeltemassen. Prob-lemet ble tolerert ved observasjon av amplituden av de reflekterte ekkoer, og når amplituden'falt til et forhånds-bestemt nivå, ble sondene fjernet, avkappet og loddet på nytt.

Av forskjellige sondekonstruksjoner som ble vurdert i henhold til kjent teknikk, var således de enkelte beheftet med ett eller fler av de følgende problemer; fukting fant ikke sted i det hele tatt, eller bare etter forløpet a.v en vesentlig lang tid etter at sonden var ført inn i smeltemassen; fukting fant ikke sted etter at sonden var fjernet fra smeltemassen, utsatt for atmosfæren og avkjølt og deretter ført inn i smeltemassen på nytt; ved.driftstempera-turer dempet sondematerialet ultralydbølgene i uønsket grad; eller sondematerialet var ikke kjemisk stabilt i smeltet aluminium.

Det er på den ovenstående bakgrunn at den foreliggende

i

oppfinnelse ble unnfanget.

Sammendrag av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse er rettet på.forbedrede sonder til å overføre ultrasonisk, mekanisk energi mellom en transduktor og en aluminiumsmeltemasse. En sonde som er forbedret i henhold til oppfinnelsen, omfatter en arbeidsspiss som er tildannet hovedsakelig av titan som oppviser fortrinnsvis en monofasestruktur, og et belegg av aluminium som er blitt fordampet og avsatt på arbeidsspissen i.vakuum.

For at en sonde kan sende ut og motta ultralydbølger til og fra smeltet aluminium, må arbeidsspissen være "fuktet" av det smeltede metall. Den forbedrede sonde i henhold til den foreliggende oppfinnelse blir fuktet meget raskt på arbeidsspissen, og sonden er kjennetegnet ved at spissen ved neddykning av :denne . i aluminiumsmeltemassen ved temperaturer opp til 850°C, blir fuktet av smeltet aluminium i løpet av 1 minutt eller mindre, vanligvis i løpet av ca. 15 sekunder. Når sonden først er blitt fuktet, kan arbeidsspissen fjernes fra det flytende metall, bli utsatt for atmosfæren og til-latt å kjøles, og deretter på nytt senket ned i smeltemassen, idet fornyet fukting finner sted i løpet av en tilsvarende kort tid, f.eks. i løpet av ca. 1 minutt eller mindre, og vanligvis i løpet av ca. 15 sekunder.

Dempningen av ultralydenergi i sonden er typisk ikke et problem ved høyeffektanvendelser (0,1 watt eller mer).

Ved laveffektanvendelser (0,004-0,04 watt) er det ønskelig å ha en arbeidsspiss som er kort (f.eks. 6,35-50,8 mm lang), samt et kjøleorgan som sikrer en steil negativ temperaturgradient (f.eks. minst 78°C/cm) langs den langsgående sondeakse fra neddykningspunktet til et punkt hvor sondetemperaturen er redusert til 300°C eller lavere.

Den forbedrede sonde i henhold til den foreliggende oppfinnelse har vist seg å være hovedsakelig inert med hensyn til smeltet aluminium.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter også en spesiell fremgangsmåte til å fremskaffe en forbedret sonde som be- <■ skrevet ovenfor. Idet der tas utgangspunkt i en sonde-arbeidsspiss som hovedsakelig er fremstilt av titan, blir spissen kjemisk etset for rensing og fjerning av titanoksyder og andre reaksjonsprodukter fra spissens overflate. Den kjemisk etsede spiss blir deretter plassert i en vakuumatmosfære, hvor den bombarderes med ionisert gass fra en glødeutstråling med henblikk på å bevirke en ytterligere rensing og fjerning av titanoksyd og andre reaksjons<p>rodukter. Trykket for vakuumatmosfæren blir deretter redusert, og aluminium blir gjort flyktig i vakuumatmosfæren med redusert trykk, slik at flyktig aluminium avsetter seg på spissen for dannelse av et belegg på denne.

Kort beskrivelse av tegningen

I forbindelse med den vedføyede tegning:

Fig. 1 er et sideriss av en spesiell inspeksjonssonde for smeltet aluminium som beskrives her;

Fig. 2 er et oppriss av sonden vist på fig. 1 med

deler fjernet og partier skåret vekk, og

fig. 3 er et eksemplifiserende■blokkdiagram over driften av sonden vist på fig. 1 og 2.

Beskrivelse av foreløpig foretrukne utførelsesformer-Fig. 2 og 3 illustrer en forbedret sonde 1, som er en foreløpig foretrukken utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse. Det skal forstås at sonden 1 er spesielt anvendelig og innrettet til inspeksjonsmetoder relatert til smeltet aluminium, og at for andre anvendelser, f.eks. behandling av smeltet aluminium, kan det være nødvendig å ta forholdsregler om tilpasninger som vil være nærliggende og tilhøre teknikkens stilling.

Songen 1 innbefatter og omfatter en hoveddel 3 som er fremstilt hovedsakelig av titan og er fortrinnsvis bearbei- det fra en forarbeidet titanstav med en monofasestruktur. Hoveddelen 3 har motsatte ender 5 og 7 , som hver har en hovedsakelig flat endeflate 9 som er hovedsakelig vinkelrett på den langsgående akse 11 for hoveddelen 3.

En passende piezoelektrisk transduktor 13 kan hensiktsmessig forbindes med flaten 9 av hoveddelenden 7 ved hjelp av mekanisk trykk som påføres mot en O-ring 15 ved hjelp av en pressflate 17, slik det er vist på fig. 2. Som vist, kan platen 17 være festet ved hjelp av en flerhet av fingerskruer 19. Med henblikk på å redusere akustisk motstand til et mini-mum bør der mellom flaten 9 av hoveddelenden 7 og den virk-somme berøringsflate av transduktoren 13, være innsatt et passende koblingsmedium, f.eks. et foliemellomlegg eller en passende høytemperaturolje eller fettstoff. For eksempel kan koblingsmediet bestå av en passende silikonforbindelse, f.eks. Dow Coring Corporation's 710 silikonfluidum (virksom fra 32-932°C).

Transduktoren 13 kan være av en hvilken som helst kjent type som virker i de ønskede områder for frekvens og effekt. Transduktorer som benytter krystaller av kvarts, bariumtitan eller et passende kjeramisk materiale, kan som regel benyttes ved den viste utførelsesform for oppfinnelsen. For eksempel kan der brukes søkeenheter. av den flate neddykkbare type i A-3000 seriene fremstilt av Panametrics, Inc.

Driften av en typisk piezoelektrisk transduktor er begrenset av Curie-temperaturpunktet. En transduktor som bruker et kvartskrystall, må vanligvis brukes ved temperaturer på f.eks. 300°C eller mindre. En transduktor som bruker et bariumtitankrystall, må vanligvis brukes ved temperaturer på 110°C eller mindre. Det vil således være av viktighet å kjøle sonden 1, slik at overflaten 9 av hoveddelenden 7 vil ha en temperatur som ligger innen driftsgrensene for transduktoren 13. Temperaturen på denne flate 9 kan overvåkes ved bruk av en termokobler forbundet ved åpningen 21, vist på fig. 2.

Sonden 1 har en arbeidsspiss som er dannet av enden

5 av hoveddelen 3. For å unngå unødige dempninger av ultra lydsignalene på grunn av titasondematerialet, bør arbeidsspissen være forholdsvis kort. Således bør arbeidsspissen ha en lengde A som er ca. 3,175-7 6,2 mm, fortrinnsvis 6,75-50,8 mm, f.eks. ca. 9,525 mm.

Som det er vist, utgjøres hoveddelen 3 delvis av et sideparti 29 som grenser opp til arbeidsspissen, idet sidepartiet 29 har en lengde B og utgjør en kjølesone for sonden 1. Lengden B bør være forholdsvis kort, fortrinnsvis ca. 63,5-76,2 mm for å unngå uønsket dempning av ultralydsignalene, samtidig som der tillates tilstrekkelig overflate-areal for at sonden 1 skal bli tilstrekkelig kjølt.

Varme trekkes ut ved den ovennevnte kjølesone ved hjelp av k jøleorganer, f. eks. en va.nnka.ppe 31 eller lignende. Vannkappen 31 som kan være av messing og krympemontert, bør ha en slik kapasitet til å avkjøle sonden 1 at der når arbeidsspissen når en termisk likevekt ved nedsenkning i en aluminiumsmeltemasse ved en temperatur i området ca.

■675-825°C, eksisterer en negativ temperaturgradient på

minst 78°C/cm, f.eks. ca. 98,5°C/cm langs aksen 11 inne i sondekjølesonen. Denne negative temperaturgradient bør redusere sondetempera.turen langs aksen 11 fra. neddykningspunktet, f. eks. punkt C, til et punkt hvor sondetempera.turen er 300°C eller lavere. Denne negative temperaturgradient er nødvendig, for å unngå unødig dempning, av la.vef f ektultralydsignaler ved titansondemateriale. Den bør også være effektiv for å kunne redusere temperaturen på overflaten 9 av hoveddelenden 7, slik at temperaturen ligger innenfor driftsgrensene for den piezoelektriske transduktor 13.

Som det er vist på fig. 2, kan vannkappen 31 omfatte en todels-sammenstilling som innbefatter et deksel 22, som kan festes med sølvloddmetall. På figuren går fingerskruene 19 gjennom holdeplaten 17 for transduktoren og er gjenget inn i dekselet 22. Som sikkerhet mot glipp mellom sidepartiet 29 av sonden og vannkappen 31 under drift av sonden 1, kan der gjennom holdeplaten 17 være ført en ytterligere ikke vist fingerskrue som er gjenget inn i hoveddelenden 7.

Sonden 1 kan også innbefatte en hovedsakelig flat reflekterende overflate 23 som befinner .seg i motsatt, avstandsordnet, hovedsakelig parallell relasjon til overflaten 9 av enden 5 på hoveddelen 3. Som det er vist på fig. 2, kan den reflekterende overflate 23 være anordnet på avstand fra flaten 9 ved hjelp av et par motsatte støttevegger 25. Således definerer overflaten 9 av enden 5 et hulrom 27, som ytterligere utgjøres av støtteveggene 25 og den reflekterende overflate 23. Hulrommet 27 vil fylles med smeltet metall når arbeidsspissen av sonden 1 senkes ned, og det vil romme en strøm av smeltet metall når arbeidsspissen senkes ned for inspeksjon av en smeltet aluminiumstrøm. Eventuelt kan støtteveggene 25, den reflekterende overflate 23 og hoveddelen 3 alle fremstilles under bruk a.v et eneste stykke av et titanstangemne, hvor hulrommet 2 7 kan formes under bruk a.v vanlig maskinbearbeiding.

Overflaten 9 a.v enden 5 og den reflekterende overflate 23 kan hver for seg måle 25,4 mm.25,4 mm i kvadrat og er anordnet på avstand fra hverandre et stykke D, slik at ultralydsignaler som utsendes fra overflaten 9, under drift vil bli reflektert fra den reflekterende overflate 23 og tilbake til overflaten 9 på enden 5, etter å ha tilbakelagt en kjent referansedista.nse. Det er nødvendig å bruke en reflekterende overflate, f.eks. overflaten.23, i den hensikt å detektere og beregne hastighet og sammenlignende ampli-tudedempning og frekvensskifter, hos ultralydsignalene. En reflekterende referanse-overflate behøves imidlertid ikke for diskontinuerlig deteksjon. Det ville selvsagt,være.mulig å utelate den reflekterende overflate 23 langs støtteveggene 25 og benytte en passende, erstattende reflekterende overflate adskilt fra sonden 1 og anordnet i aluminiumsmeltemassen. Deler av konstruksjonen som rommer smeltemassen, kan f.eks. benyttes. Imidlertid gjør den viste konstruksjon ting adskillig enklere, idet sonden 1 tillates å bli installert og forflyttes uten at man trenger å bekymre seg om innret-ting av sonden 1 eller gjenetablering av den distanse som signalene skal tilbakelegge.

Den reflekterende over f late" - 23 bør være anordnet minst 12.7 mm fra overflaten 9 av sondeenden 5. For eksempel kan der brukes en mellomromsavstand D fra ca. 38,1 mm til ca. 50.8 mm. Dette sikrer en signalbane gjennom smeltemassen som har tilstrekkelig lengde for oppnåelse av karakteristiske data. Mellomromsavstanden D bør altså være slik at forholdet mellom avstand D og sondelengden (A + B) er mindre enn forholdet mellom signalhastigheten gjennom smeltemassen og den gjennomsnittlige signalhastighet gjennom sonden (under driftsbetingelser). Det er for å unngå muligheten for en overlapping mellom de mottatte signaler fra smeltemassen,

og de andre mottatte refleksjoner fra grensesnittet mellom sonde og smeltemasse.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse blir sondens arbeidsspiss dekket med et lag av aluminium som er blitt gjort flyktig og avsatt på arbeidsspissen i vakuum- Sonden 1 er kjennetegnet ved at den ved nedsenkning av arbeidsspissen i en aluminiumsmelte ved temperaturer opp til ca. 8 50°C,

får arbeidsspissen fuktet av smeltet aluminium i løpet av 1 minutt eller mindre, f.eks. i løpet av 15 sekunder. Når sonden først er fuktet, kan arbeidsspissen fjernes fra det flytende metall,utsettes for atmosfæren og tillates å avkjøles og deretter på nytt ført.ned i smeltemassen, idet gjenfukting vil finne st'éd>i ønsket grad i løpet av en tilsvarende kort tid, f.eks. i løpet a.v ca. 1 minutt eller. mindre, og. vanligvis i løpet av ca. 15 sekunder;"/.

Aluminiumlaget kan passende påføres sonde-arbeidsspissen under bruk av den følgende spesielle fremgangsmåte.

Først blir arbeidsspissen kjemisk etset for rensing

og fjerning av titanoksyder og andre reaksjonsprodukter fra overflaten av arbeidsspissen. Dette trinn kan utføres under bruk av passende syreholdige vandige oppløsninger, som inneholder i det minste én syre valgt fra den gruppe som består av kromsyre, fluorsyre, fosforsyre, salpetersyre, natriumsulfat og svovelsyre. Tilfredsstillende resultater er oppnådd, f.eks. ved bruk av en oppløsning som består hovedsakelig av 20 vektprosent fluorsyre og ca. 30 vektprosent

salpetersyre, rest vann. Fortrinnsvis utføres etsetrinnet inntil en tilstrekkelig mengde av elementær titan er fjernet fra sondens arbeidsspiss, slik at den underliggende titan-kornstruktur blir synlig på overflaten av arbeidsspissen.

Det etsede arbeidsstykke blir deretter plassert i en vakuumatmosfære, fortrinnsvis ved ca. 50-300 mikron trykk, f.eks. ca. 200 mikron trykk, hvor arbeidsspissoverflaten bombarderes med ionisert gass fra en glødeutladning, fortrinnsvis i en periode på ca. 15-60 minutter, f.eks. ca. 45 minutter. Disse trinn medfører en ytterligere rensing og fjerning av titanoksyder og andre reaksjonsprodukter fra arbeidsspissoverflaten.

Vakuumatmosfæretrykket reduseres fortrinnsvis til ca. 0,005-0,5 mikron trykk, f.eks. ca- 0,01 mikron trykk, og deretter blir aluminium gjort flyktig i. nærvær av arbeids-stykket, fortrinnsvis i,et . tidsintervall på 15^30 sekunder, f.eks. 20 sekunder, slik at det flyktige aluminium avsetter seg på arbeidsspissflaten for å danne detønskede belegg.

Med henblikk på å forsegle den overtrukne sonde-arbeidsspiss og forhindre oksydering av denne, er det god praksis å senke arbeidsspissen ned i en aluminiumsmeltemasse innen et.par minutter etter at sonden er fjernet fra vakuumatmosfæren. Det kan også være til hjelp å ha sonden i drift på dette tidspunkt. Ved fjerning av sonden fra smeltemassen kan sonden få anledning til å bli avkjølt for deretter å lagres.

Sonden 1 kan brukes under anvendelse av vanlige puls-ekkokretser som er velkjente for en fagmann. I US patentskrift 2 280 226 er der beskrevet kretser for et reflektoskop som f.eks. kan benyttes. Et reflektoskop modell S-80 med en pulsdanner/mottager av modell PR-1, markedsført av Automation Industries, Inc., kan benyttes med gode resultater. Alternativt kan der benyttes en dempningskomparator, modell 9000, femstilt av Matec, Inc.

. Et eksempel på et kresblokkdiagram for drift av sonden 1 er vist på fig. 3. Som det er vist, vil utsignaler fra en pulsoscillator 33 og en høyfrevensoscillator 35 tilføres

en modulator 37, som på sin side tilfører et utsignal til en forsterker 39. Det resulterende utsignal fra forsterkeren 39 er en radiofrekvenspuls med en varighet på noen få mikro-sekunder ved en repetisjonstakt i området mellom ca. 50 Hz og ca. 5000 Hz, f.eks. ca. 2,5 KHz. Repetisjonstakten for denne radiofrekvenspuls er ikke kritisk,,men den bør være tilstrekkelig langsom til å forhindre refleksjoner fra etter-følgende pulser fra å overlappe hverandre. Den maksimale pulsamplitude kan være av størrelsesorden noen få hundre til flere tusen volt, men økning av spenningen medfører ikke nødvendigvis en proporsjonaløkning i følsomheten, og ca.

500 volt vil være passende. Pulsbærefrekvensen bør være av den størrelsesorden som er nødvendig for inspeksjonsmetoder for smeltet aluminium, f.eks. 9,5 MHz, og vil selvsagt være avhengig a.v driftsegenskapene hos den piezoelektriske transduktor 13.

Utsignalene fra. forsterkeren 39 tilføres transduktoren 13 gjennom et impedanstilpasset nettverk 41, som passer til transduktorkapasitansen med en induktans for forbedret driftseffektivitet. Som reaksjon på utsignalene fra forsterkeren 39 sender transduktoren 13 ut ultralydsignaler gjennom sonden 1 og inn i smeltemassen som ér under observasjon. Refleksjoner av ekkoer fra disse signaler blir ført tilbake til transduktoren 13. Transduktoren 13 omformer ekkoene til elektrisk energi, som sendes tilbake gjennom tilpasningsnettverket . 41. til .den innstilte mottager 43. Utsignalene fra mottageren 43 blir på sin side overført til et oscilloskop 45 gjennom en variabel signaldempekrets 49. Oscilloskopet 45 er synkronisert, idet dets lineære sveip 51 er forbundet med pulsoscillatoren 33 via en variabel forsinkelse 53.

Fordi de utsendte og de mottatte pulser begge påtrykkes mottageren 43, kan de avleses samtidig på den visuelle frem-visning på oscilloskopet 45. Forsinkelsen 53 kan imidlertid justeres slik at de utsendte pulser ikke kommer til syne.

Dempekretsen 49 kan justeres slik at amplituden av de fremviste pulser kan reguleres, og er nyttig med henblikk på kalibrering. For eksempel når der undersøkes for diskontinuiteter eller uoppløst partikkelformet materiale i smeltemassen, er den nyttig for kalibrering av fremvisningen i henhold til en distanse/amplitude-korrigeringskurve for en unormalitet av kjent type og størrelse, f.eks. "en 6,35 mm aluminiumoksydkule.»

Avlesningsfølsomhet for de mottatte pulser kan justeres ved valg eller justering av bærefrekvensen for den utsendte puls. Fordi følsomheten kan variere i henhold til den type av måling som utføres, er det hensiktsmessig å skaffe en variabel styreanordning for høyfrekvensoscillatoren 35.

Sonden 1 slik den er beskrevet, utgjør en anordning som er vel skikket til overvåkning og fastsettelse av kvali-teten av smeltet aluminium i forbindelse med metallrensing og støpeoperasjoner. Anordningen er enkel, robust, pålitelig og innrettet til bruk i forbindelse med et a.luminiumstøpt hylster, som et produksjonskvalitetskontrollverktøy til daglig rutinebruk. Det kan benyttes til å lære om eller demonstrere virkningen av en eller annen faktor eller variabel i en prosess med henblikk på å etablere et kvalitets-nivåkrav for en spesiell prosess og produkt, eller til å sammenligne kvalitet med en gitt operasjon med tidligere etablerte kvalitetsnivåkriteria.

Ved bruk av sonden 1 kan meta.llk<y>alitet måles ultrasonisk med hensyn til diskrete dråper, med hensyn til endringer i signaldempning og med hensyn til kvalitets-problemer relatert til hastighetsendringer eller frekvens-endringer. Med den.riktige elektronikk og utlesningsanord-ninger, kan hvilken som helst av disse kvalitetsmålinger utføres hver for seg eller i en hvilken som helst ønsket kombinasjon med en eneste sonde i den smeltede metall-masse.

Som nevnt under omtalen av fig. 3, kan den øyeblikke-lige kvalitetstilstand for metallet i sondens hulrom bli gjort kjent gjennom fremvisningen av målekarakteristikken eller karakteristikkene på et katodestrålerør. Alternativt eller samtidig kan signalet eller signalene bli opptegnet. Opptegningen kan tjene som en integrert måling av kvalitet for hele mengden av det metall som strømmer gjennom sonden, idet eventuelle variasjoner eller problemer med kvalitet blir tilkjennegitt på en tidsskala som dekker en fullstendig operasjon.

For å måle eller opptegne metallkvalitet på forskjellige steder, kan der benyttes en flerhet av sonder, eller en eneste sonde kan forflyttes mellom lokasjoner fordi sonden ikke er beheftet med merkbare funskjonsforsinkelser, enten den tas i bruk for første gang eller når den forflyttes fra en posisjon til en annen.

Mens den foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet under henvisning til en sonde som utfører både funksjoner med hensyn til sending og mottagning av ultralydsignaler, så skal det forstås at oppfinnelsen er like anvendelig i forbindelse med sonder som er tenkt benyttet for utførelse av bare én av disse funksjoner. Og mens oppfinnelsen vedrører sonder som benytter en piezoelektrisk transduktor for utfø-relse av fremgangsmåter vedrørende inspeksjon av smeltet aluminium, vedrører den også sonder som kan sammenkobles med andre typer transduktorer, f.eks. magnetostriktive transduktorer, og med sonder som kan benyttes til utøvelse av fremgangsmåter vedrørende behandling av smeltet aluminium. Det skal således forstås at der foreligger mulighet for tallrike utførelsesformer for oppfinnelsen,.idet meningen er at oppfinnelsen skal defineres og begrenses bare ved om-fanget av de vedføyede krav.

Claims (19)

1. Forbedret sonde til å overføre ultrasonisk, mekanisk energi mellom en transduktor og en aluminiumsmeltemasse,karakterisert vedat sonden omfatter en arbeidsspiss tildannet hovedsakelig av titan og et belegg av aluminium som er blitt gjort flyktig og avsatt på arbeidsspissen under vakuum, idet sonden er ytterligerekarakterisert vedat arbeidsspissen ved nedsenkning, av denne i en aluminiumsmeltemasse ved temperaturer opp til ca. 8 50°C, blir fuktet av smeltet aluminium i løpet av 1 minutt eller mindre.

2. Sonde som angitt i krav 1,karakterisertved at belegget er dannet på arbeidsspissen ved sekvenstrinn omfattende: (a) kjemisk etsing av overflaten av arbeidsspissen for rengjøring av overflaten og fjerning av titanoksyder og andre reaksjonsprodukter fra overflaten, (b) plassering av arbeidsspissen i en vakuumatmosfære, (c) bombardement av overflaten av arbeidsspissen med ionisert gass fra en glødeutladning for ytterligere ren-gjøring av overflaten og ytterligere fjerning av titanoksyder og andre reaksjonsprodukter fra overflaten, (d) reduksjon.av trykket i vakuumatmosfæren, og (e) f lyktiggjøring av aluminium i vakuumatmosf æren, slik at den flyktiggjorte aluminium avsettes på flaten av arbeidsspissen for dannelse av belegget.

3. Sonde som angitt i krav 2,karakterisertved at trinnet (a) utføres under bruk av en flytende syreoppløsning inneholdende i det minste én syre valgt fra den gruppe som består av kromsyre, fluorsyre, fosforsyre, salpetersyre, natriumsulfat og svovelsyre.

4. Sonde som angitt i krav 3,karakterisertved at oppløsningen består hovedsakelig av 20 vektprosent fluorsyre og ca. 30 vektprosent salpetersyre, rest vann.

5. Sonde som angitt i krav 3,karakterisertved at trinnet (a) fjerner en tilstrekkelig mengde av elementær titan fra overflaten av arbeidsspissen, slik at titankornstrukturen for hoveddelen blir synlig ved overflaten av arbeidsspissen.

6. Sonde som angitt i krav 2,karakterisertved at trinnet (c) utføres under en vakuumatmosfære ved ca. 50-300 mikron trykk.

7. Sonde som angitt i krav 6,karakterisertved at trinnet (c) utføres i et tidsintervall på ca.

15-60 minutter.

8. Sonde som angitt i krav 2,karakterisertved at trinnet (e) utføres i vakuumatmosfære ved ca.

0,005-0,5 mikron trykk.

9. Sonde som angitt i krav 8,karakterisertved at trinnet (e) utføres i et intervall på ca. 15-30 sekunder.

10. Sonde som angitt i krav 2,karakterisertved at etter trinnet (e) blir den belagte arbeidsspiss fjernet fra vakuumatmosfæren og forseglet for å hindre oksydering ved nedsenkning av den belagte arbeidsspiss i en aluminiumsmelte.

11. Fremgangsmåte til fremstilling av en sonde til å lede ultrasonisk, mekanisk energi mellom en transduktor og en aluminiumsmelte,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter følgende sekvenstrinn med utgangspunkt i en sonde-arbeidsspiss som er tildannet hovedsakelig av titan: (a) kjemisk etsing a,v overflaten av arbeidsspissen for rengjøring av overflaten og fjerning av titanoksyd og andre reaksjonsprodukter, (b) plassering av arbeidsspissen i en vakuumatmosfære, (c) bombardement av overflaten av arbeidsspissen med ionisert gass fra en glødeutladning for ytterligere ren-gjøring av flaten og ytterligere fjerning av titanoksyder og andre reaksjonsprodukter fra overflaten, (d) reduksjon av trykket i vakuumatmosfæren, og (e) flyktiggjøring av aluminium i vakumatmosfæren, slik at det flyktigjorte aluminium avsettes på overflaten av arbeidsspissen for å danne et belegg på dette.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11,karakterisert vedat trinn (a) utføres under bruk av en flytende syreoppløsning som inneholder minst én syre fra den gruppe som består av kromsyre, fluorsyre, fosforsyre, salpetersyre, natriumsulfat og svovelsyre.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12,karakterisert vedat oppløsningen består hovedsakelig av ca. 20 vektprosent fluorsyre og ca. 3 0 vektprosent salpetersyre, rest vann.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 12,karakterisert vedat trinnet (a) fjerner en tilstrekkelig mengde av elementær titan fra overflaten av hoveddelen, slik at titankornstrukturen for hoveddelen blir synlig ved overflaten av hoveddelen.

15. Fremgangsmåte . som angitt i krav 1,karakterisert vedat trinnet (c.) utføres i vakuumatmosf ære på ca. 50-300 mikron trykk.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 15,karakterisert vedat trinnet (c) utføres i et tidsintervall på ca. 15-60 minutter.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav.11,karakterisert vedat trinnet (e): utføres i vakuumatmosfære ved ca. 0,005-0,5 mikron trykk.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 17,karakterisert vedat trinn (e) utføres i et tidsintervall på ca. 15-30 sekunder.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 11,karakterisert vedat en forbedret sonde i henhold til krav 2 fremskaffes idet den belagte arbeidsspiss etter trinnet (e) fjernes fra vakuumatmosfæren og forsegles for å hindre oksydasjon ved neddykking av den belagte arbeidsspiss i en aluminiumsmeltemasse.