D0L:10.13374M.issn1001-053x.2012.09.020 第34卷第9期 北京科技大学学报 Vol.34 No.9 2012年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2012 基于动态测氢法的铝含氢量快速检测系统研制 孙 谦2》李大勇)区王利华) 1)哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨1500802)机械科学研究院哈尔滨焊接研究所，哈尔滨150080 ☒通信作者，E-mail:dyli@hrbust..cdu.cn 摘要以氢分压动态检测方法为基本原理，以西华特定律为含氢量计算公式的基本模型，研制了由真空变容单元、变容驱 动单元和数据采集与处理单元构成的铝合金熔体含氢量快速检测系统.通过实时监测真空室实际压强和动态计算的理论压 强以及二者的差值，快速获得熔体氢分压，利用经验公式计算熔体含氢量，不仅测试速度快、测试准确，而且具有操作简单和 测试成本低的显著特点. 关键词铝合金熔体：氢：分压：检测 分类号TF111 Development of a system for fast measuring hydrogen content in aluminum alloy melt based on dynamic measurement of hydrogen partial pressure SUN Qian',I Da-yong》,WANG Li-hua'” 1)School of Material Science and Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China 2)Harbin Welding Institute,China Academy of Machinery Science and Technology,Harbin 150080,China Corresponding author,E-mail:dyli@hrbust.edu.en ABSTRACT A system for fast measuring hydrogen content in aluminum alloy melt was developed based on dynamic measurement of hydrogen partial pressure and Sieviet's law.The system consists of a changing volume vacuum chamber unit,a changing volume driven unit and a data acquisition and processing unit.The hydrogen content in aluminum alloy melt was gotten by monitoring the real pressure and computing the theoretical pressure in the vacuum chamber,calculating the difference between the two pressures,finding the hydro- gen partial pressure,and using the empirical formula.The system is fast and accurate in testing,simple in operating,and low in tes- ting cost. KEY WORDS aluminum alloy melt:hydrogen:partial pressure:measurement 含氢量是铝合金熔体的重要质量参数之一，熔 断进行，熔体内外氢分压压差不断降低，熔体中的氢 体中的氢对凝固后的铝合金铸件的塑性、韧性、疲劳 向外扩散的速度越来越慢，导致测试周期延长回 寿命和应力腐蚀抗力等力学性能具有显著的破坏作 为了缩短氢分压测试时间，笔者提出了一种氢分压 用-.高效除氢是获得合格铝合金铸件的重要措 动态检测方法@，采用这种方法可在1min左右测 施，准确测定铝合金熔体中的氢含量是评价除氢效 得氢分压.本文将介绍基于氢分压动态测试方法研 果的重要手段5日 制的铝合金熔体含氢量快速测定系统 根据西华特定律，合金熔体中氢的溶解度与氢 分压之间理论上存在对应关系.因此，通过测定 1氢分压动态检测基本原理 铝合金熔体氢分压即可计算熔体含氢量.为了准确 对于一个密闭的恒温气室，当气体容积发生变 测定熔体氢分压，要求熔体中的氢在负压环境下有 化时，气体压强将随之改变，气体压强与体积之间的 足够的时间向体外充分扩散，但随着扩散过程的不 关系应满足气态方程： 收稿日期：20110601 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51174067)第 34 卷 第 9 期 2012 年 9 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 9 Sep． 2012 基于动态测氢法的铝含氢量快速检测系统研制 孙 谦1，2) 李大勇1) 王利华1) 1) 哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150080 2) 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所，哈尔滨 150080 通信作者，E-mail: dyli@ hrbust． edu． cn 摘 要 以氢分压动态检测方法为基本原理，以西华特定律为含氢量计算公式的基本模型，研制了由真空变容单元、变容驱 动单元和数据采集与处理单元构成的铝合金熔体含氢量快速检测系统． 通过实时监测真空室实际压强和动态计算的理论压 强以及二者的差值，快速获得熔体氢分压，利用经验公式计算熔体含氢量，不仅测试速度快、测试准确，而且具有操作简单和 测试成本低的显著特点． 关键词 铝合金熔体; 氢; 分压; 检测 分类号 TF111 Development of a system for fast measuring hydrogen content in aluminum alloy melt based on dynamic measurement of hydrogen partial pressure SUN Qian1，2) ，LI Da-yong1) ，WANG Li-hua1) 1) School of Material Science and Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China 2) Harbin Welding Institute，China Academy of Machinery Science and Technology，Harbin 150080，China Corresponding author，E-mail: dyli@ hrbust． edu． cn ABSTRACT A system for fast measuring hydrogen content in aluminum alloy melt was developed based on dynamic measurement of hydrogen partial pressure and Sieviet's law． The system consists of a changing volume vacuum chamber unit，a changing volume driven unit and a data acquisition and processing unit． The hydrogen content in aluminum alloy melt was gotten by monitoring the real pressure and computing the theoretical pressure in the vacuum chamber，calculating the difference between the two pressures，finding the hydro￾gen partial pressure，and using the empirical formula． The system is fast and accurate in testing，simple in operating，and low in tes￾ting cost． KEY WORDS aluminum alloy melt; hydrogen; partial pressure; measurement 收稿日期: 2011--06--01 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51174067) 含氢量是铝合金熔体的重要质量参数之一，熔 体中的氢对凝固后的铝合金铸件的塑性、韧性、疲劳 寿命和应力腐蚀抗力等力学性能具有显著的破坏作 用［1 － 4］． 高效除氢是获得合格铝合金铸件的重要措 施，准确测定铝合金熔体中的氢含量是评价除氢效 果的重要手段［5--6］． 根据西华特定律，合金熔体中氢的溶解度与氢 分压之间理论上存在对应关系［7--8］． 因此，通过测定 铝合金熔体氢分压即可计算熔体含氢量． 为了准确 测定熔体氢分压，要求熔体中的氢在负压环境下有 足够的时间向体外充分扩散，但随着扩散过程的不 断进行，熔体内外氢分压压差不断降低，熔体中的氢 向外扩散的速度越来越慢，导致测试周期延长［9］． 为了缩短氢分压测试时间，笔者提出了一种氢分压 动态检测方法［10］，采用这种方法可在 1 min 左右测 得氢分压． 本文将介绍基于氢分压动态测试方法研 制的铝合金熔体含氢量快速测定系统． 1 氢分压动态检测基本原理 对于一个密闭的恒温气室，当气体容积发生变 化时，气体压强将随之改变，气体压强与体积之间的 关系应满足气态方程: DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.020