FOTOELEKTRYCZNA REJESTRACJA ENERGII PROMIENIOWANIA KRZEPNĄCEGO STOPU

Transkrypt

1 13/8 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 23, Rocznik 3, Nr 8 Archives of Foundry Year 23, Volume 3, Book 8 PAN - Katowice PL ISSN FOTOELEKTRYCZNA REJESTRACJA ENERGII PROMIENIOWANIA KRZEPNĄCEGO STOPU Z. NIEDŹWIEDZKI 1, M. CŁAPA, R. KACZOROWSKI Politechnika Łódzka, Zakład Odlewnictwa Łódź, ul. Stefanowskiego 1 STRESZCZENIE W pracy przedstawiono urządzenie do fotoelektrycznej rejestracji energii promieniowania krzepnącego stopu z wykorzystaniem światłowodu oraz fotoelementu. Omówiono wyniki analizy badań mierzonych wielkości z wykorzystaniem czujnika fot oelektrycznego i termoelementu. Key words: photoelectricity, crystallization, 1. WSTĘP Współczesne metody oceny jakości ciekłego stopu metodą analizy termicznej i derywacyjnej ATD w oparciu o analizę składu chemicznego stopu oraz równoczesną rejestrację zależności stygnięcia T( ) i pochodnej dt( )/d, umożliwiają kontrolę poszczególnych faz przebiegu procesu metalurgicznego, ustalenie właściwości mech anicznych oraz technologicznych odlewu. Wnioskowanie oparte jest na podstawie analizy zaobserwowanych efektów cieplnych towarzyszących procesowi stygnięcia i krzepnięcia stopu. Zazwyczaj stosowane czujniki termoelementowe charakteryzują się dużą stałą czasową i wrażliwością na zakłócenia od pól elektromagnetycznych. Zmniejszając wartość stałej czasowej zwiększamy czułość pomiaru efektów cieplnych. Eliminując oddziaływanie pól elektromagnetycznych na wynik pomiaru otrzymujemy większe możliwości analityczne i korelacyjne w ocenie właściwości stopu i odlewu. Realizację zamiaru 1 dr hab. inż., kaczorek@ ck-sg.p.lodz.pl 119

2 umożliwia zastosowanie metody fotoelektrycznej do pomiarów efektów energetycznych procesu krzepnięcia stopu.. 2. CEL BADAŃ Istnieje pilna potrzeba zwiększenia możliwości analitycznych metody ATD posiadającej duży aparat metodyczny, analityczno korelacyjny, umożliwiający wnioskowanie odnośnie przewidywanych właściwości otrzymanego odlewu. W tym celu przeprowadzono badania mające przedstawić możliwości wykorzystania czujników fot oelektrycznych w analizie termicznej stopu. 3. METODA POMIARU W badaniach stosowano czujniki fotoelektryczne typu: BPYP-35 oraz SFH 39. Czujniki z odpowiednim układem pracy umożliwiały pomiar napięcia, którego wartość zależała od energii promieniowania badanego obiektu. Czujniki fotoelektryczne izolowano od oddziaływania cieplnego poprzez stosowanie światłowodu o odpowiedniej długości. Początek światłowodu umieszczano w osłonie odtwarzającej wewnątrz badanego stopu pewną przestrzeń (wnękę). Strumień energii promieniowania odbierano w miejscu zamykającym wnękę uzyskaną z odtworzenia osłony czujnika. Układy pracy czujników fotoelektrycznych przedstawiono na rys. 1 i 2. Rys. 1. Układ pracy czujnika typu BPYP-35 Fig. 1. Functional scheme of BPYP-35 sensor Rys. 2. Układ pracy czujnika typu SFH 39 Fig. 2. Functional scheme of SFH 39 sensor 12

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Stanowisko do wyznaczania charakterystyki napięcia od temperatury U(T) przedstawiono na rys. 3. Rys.3. Stanowisko do wyznaczania charakterystyk Natomiast rozmieszczenie czujników w próbniku przedstawiono na rys OMÓWIENIE BADAŃ WŁASNYCH Rys. 4. Rozmieszczenie czujników w próbniku Fig. 4. Arrangement of sensor in sampler Wyznaczanie zależności napięcia generowanego przy pomocy czujnika fotoele k- trycznego zainstalowanego w odpowiednim układzie pracy od temperatury dokonywano z bezpośrednich pomiarów uzyskanych z eksperymentu na specjalnie zbudowanym do tego celu stanowisku, którego widok przedstawiono na rys.3. Uzyskane zależności przedstawiono odpowiednio na rys. 5 i

4 U, mv U, mv o t, C Rys. 5. Zależność napięcia U od temperatury t dla czujnika BPYP-35 Fig. 5. Dependence of voltage U on temperature t for BPYP t, oc Rys. 6. Zależność napięcia U od temperatury t dla czujnika SFH 39 Fig. 6. Dependence of voltage U on temperature t for SRH 39 sensor Przedstawione zależności pozwalają na generowanie funkcji temperatury oraz jej pochodnej od czasu. Z analizy zależności ilorazu wartości największej i bieżącej od czasu przedstawionej na rys.7 wynika, że odpowiedź układu wyposażonego w czujnik fot oelektryczny charakteryzuje się wielokrotnie mniejszą stałą czasową niż układu wypos ażonego w czujnik termoelementowy zabezpieczony przed zniszczeniem osłoną z rurki kwarcowej. 122

5 Napięcie fotodiody U, V Napięcie termopary typu B; U, V ARCHIWUM ODLEWNICTWA Termoelement Fotodioda Czas, s Rys. 7. Zależność ilorazu napięcia od czasu Fig. 7. Dependence of quotient of voltage on time 3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2,8,4 Fotodioda Termopara B 2 okr. śr. ruch. (Fotodioda) 12 okr. śr. ruch. (Termopara B),32,28,24,2,16,12,8, Czas, s Rys.8. Zależność napięcia U od czasu dla czujnika fotoelektrycznego i termoelementowego Fig. 8. Dependence of voltage U on time for photoelectric and thermoelement sensor Przedstawione na rysunku 8 zależności napięcia U od czasu dla czujnika fotoelektrycznego i termoelementowego dotyczą żeliwa o następującym składzie chemicznym: 3,1 % C;,28 % Mn; 2,11 % Si;,54 % P;,15 % S;,7 % Cr;,4 % Ni; <,1 % Al;,7 % Cu;,3 % V;,1 % Mo;,1 %W;,3 %Ti. Analiza tych zależności wykazuje lepsze możliwości wykorzystania aparatu analityczno-korelacyjnego dla danych uzyskanych z zastosowaniem czujnika fotoelektrycznego. Pozwoli to na dokładniejsze ustalenie właściwości badanego stopu. 123

6 5. PODSUMOWANIE Zastosowanie czujników fotoelektrycznych w metodzie ATD pozwala na dokładniejszą analizę procesu stygnięcia i krzepnięcia stopu. Stwarza to nowe możliwości analityczne, zarówno w ocenie procesu przygotowania ciekłego stopu, jak też dokładniejszego przewidywania jego właściwości użytkowych i technologicznych. LITERATURA [1] Olejnik R., Kujawiak H., Niedźwiedzki Z.: Próba zastosowania fotoelektrycznej metody badania krystalizacji stopów metali. VI Ogólnopolska Konferencja Naukowo- Techniczna Tendencje Rozwojowe w Technologii Maszyn, Komisja Technologii Budowy Maszyn PAN, Zielona Góra, 199 s SUMARY PHOTOELECTRIC RECORDING OF ENERGY OF SOLIDIFYING ALLOY RADIATION The recording device with a light pipe and photoelement for the photoelectric e n- ergy of the solidifying alloy radiation are presented in this work. Result of investigation of measured dimensions analys is used photoelectric sensor and thermocouple was discussed. Recenzował: prof. dr hab. inż. Ferdynand Romankiewicz 124