Mesure de la température et contrôle de la coulée de précision

Les fabricants de pièces moulées de précision qui réussissent connaissent l'importance du contrôle des processus pour la production de pièces moulées de haute qualité. Les variables clés du processus de coulée comprennent la température du moule, les propriétés d'isolation thermique du moule, la durée du cycle et la méthode de l'opérateur, etc. Cependant, la variable de processus la plus critique est la température du métal. Dans le processus de moulage de précision, la mesure sans contact de la température du métal présente de nombreuses difficultés majeures. Cependant, un ensemble de dispositifs développés récemment peut fournir une rétroaction quantitative précise en temps réel, révélant des problèmes potentiels.

L'importance de la température

Dans le processus de moulage de précision, en particulier dans le processus "à axe égal", la température du métal est le facteur dominant et, par conséquent, elle a également un impact direct sur de nombreuses caractéristiques de qualité. Si la mesure et le contrôle sont incorrects, la différence de température du métal affectera la taille de la coulée finie, la taille des grains, la porosité (surface et interne), les propriétés mécaniques, la qualité du produit (c'est-à-dire la tendance à la déchirure à chaud), la plénitude de la mince -pièces à parois, etc. Avoir un impact.

Par conséquent, l'amélioration de la mesure et du contrôle de la température du métal améliorera la qualité et la productivité, réduira les coûts de maintenance et de main-d'œuvre, et réduira les coûts de test et les coûts d'indemnisation de la responsabilité.

Difficulté de mesure de la température

La coulée de précision, en particulier la coulée de précision utilisant un équipement de fusion par induction, utilise généralement un certain type de thermocouple ou pyromètre à rayonnement infrarouge sans contact comme moyen principal ou secondaire de mesure de la température du métal. Les personnes qui utilisent des pyromètres conventionnels peuvent ne pas comprendre les sources potentielles d'erreur dans leurs mesures, mais simplement faire attention aux conditions techniques de "précision" de l'instrument, et sont souvent induites en erreur. Ces spécifications de précision ne sont que des cibles idéales dans un environnement de laboratoire. Certaines conditions du monde réel peuvent conduire à des valeurs d'erreur de mesure étonnamment élevées. Ils comprennent (mais ne sont pas limités à) les éléments suivants :

• Émissivité inconnue/variable - une variété d'alliages, d'effets de perturbation, de dépendance à la température et à la longueur d'onde, et des changements de composition pendant le traitement, etc., qui jouent tous un rôle dans l'imprévisibilité de l'émissivité.
• Émission de vapeur : Pour la fusion à haute pression (proche et au-dessus de la pression atmosphérique), le gaz débordant dans le bain de fusion ou le creuset augmentera ou diminuera le rayonnement thermique, provoquant ainsi des erreurs.
• Obstacle du trou d'observation : Pour la plupart des instruments, tout affaiblissement du signal fera baisser la valeur de l'indication de température ; la saleté sur la fenêtre d'observation affecte la précision de la plupart des pyromètres.
• Matériau du verre de la fenêtre d'observation : tous les verres n'ont pas les mêmes propriétés de transmission ; certains sont de couleur « grise », tandis que les propriétés de transmission d'autres verres changent avec la longueur d'onde. Cela entraînera la défaillance du pyromètre conventionnel.
• Étalonnage : La norme de l'industrie est d'étalonner une fois par an. Cependant, la dérive et la défaillance de l'instrument a son propre calendrier. L'approche idéale est de calibrer tous les composants optiques utilisés en usine (verre d'observation ou miroir d'observation).
• Calibrage de l'instrument : viser à travers l'objectif nécessite que deux chemins optiques se chevauchent avec précision, ce qui affectera tous les niveaux des pyromètres conventionnels.

Ces difficultés sont propres à la mesure optique de la température. Dans le même temps, il existe également des difficultés liées au processus, qui compliquent la mesure de la température de tout type d'instrumentation, notamment :

• La plage acceptable de variables de processus : à moins que l'ensemble du four de fusion ne soit dans un état stable (généralement, ce n'est pas réaliste), sinon, pendant le processus de coulée, la température aura une plage, et il est très important que cette plage de température soit en mesure de garantir la qualité du produit.
• Capacité de traitement du signal : chaque conversion analogique-numérique ou numérique-analogique entre les instruments de mesure et l'équipement de contrôle est une source potentielle d'erreur, et la large plage analogique conduit à un manque de précision.
• Technologie de fusion : Une mauvaise technologie de fusion peut provoquer une ébullition transitoire d'éléments à haute pression de vapeur, des perturbations à la surface du bain de fusion ou la formation de produits de réaction, ce qui entraînera des erreurs dans les pyromètres conventionnels.
• Appariement entre lingots, creusets et bobines : Pour les caractéristiques du cycle de fusion, ces trois composants du système de fusion sont tous importants. Une correspondance incorrecte entraînera une fusion lente et inégale, une surchauffe locale ou une pulvérisation. Ce sont aussi des sources d'erreurs dans les pyromètres classiques.

Spectromètre haute température pour résoudre le problème

La technologie de mesure à haute température a ses avantages inhérents : pas de pollution, pas d'empoisonnement du capteur une fois retiré ; installation et utilisation faciles; une mesure continue peut être effectuée ; pas de matériaux consommables ; la défaillance catastrophique (perte de la fonction de mesure) est extrêmement rare. Maintenant, les progrès de la science de la pyrométrie ont résolu divers problèmes associés au monde réel en cours d'utilisation. Le pyrospectromètre est un tout nouvel instrument, c'est un pyromètre à plusieurs longueurs d'onde de type système expert, qui a une bonne capacité à résoudre ces problèmes.

En plus d'offrir une excellente précision dans le monde réel, le spectromètre d'énergie à haute température présente de nombreux autres avantages : il peut fournir des lectures en temps réel de la qualité et des tolérances (c'est-à-dire le degré d'incertitude pendant la mesure) pendant chaque mesure ; il peut également fournir la force du signal, la comparaison entre la cible et la cible idéale sous la même température et le même état. Ces deux fonctions peuvent fournir des informations précieuses sur la matière première et l'état du processus, aider à garantir la composition correcte de l'alliage et montrer si le matériau d'alliage est bouilli et évaporé. Évidemment, les utilisateurs qui maîtrisent cette information peuvent également l'appliquer à certains domaines plus avancés.

Dans une variété d'applications différentes, les spectromètres à haute température ont résolu la difficulté de la mesure de la température sans contact.

• Emissivité : L'émissivité changera avec chaque lot d'échantillons de matériaux, ce qui est une corrélation entre les calculs théoriques de mesure à haute température et le comportement des matériaux dans le monde réel. Pour l'industrie de la fonderie de précision, l'émissivité des métaux varie considérablement. Pour tout échantillon, son émissivité dépend des conditions historiques de composition, des propriétés mécaniques et thermiques, de la longueur d'onde à laquelle la mesure est effectuée et de la température elle-même. Les analystes pensent que l'erreur relative de température est proportionnelle à l'erreur relative d'émissivité, à savoir :
• Parmi eux : T est la température, est l'émissivité, ΔT et sont leurs erreurs respectives. Pour la coulée de précision, la valeur d'émissivité du métal liquide est souvent comprise entre 0.15 et 0.30, et la faible valeur d'émissivité dans le dénominateur aura un impact important sur l'erreur de température.

Un atelier de fonderie peut fournir des pièces composées de 20 ou 30 éléments d'alliage différents. La quantification de l'impact d'une petite quantité de changement dans les matériaux d'alliage sur l'émissivité des métaux n'a pas été réalisée à grande échelle. Par conséquent, il n'y a pas de manuel pour l'émissivité des alliages de coulée de précision. . La similitude de la composition ne peut pas être utilisée pour estimer l'émissivité, une petite quantité d'additifs peut modifier considérablement l'émissivité. Comme le montre la figure 1, l'émissivité des deux alliages représentés sur la figure, la différence de composition est au total de 2% en poids atomique de l'élément ajouté. La différence d'émissivité qui en résulte fait qu'un pyromètre "calibré" selon un alliage produit une erreur de lecture de plusieurs centaines de degrés. Des erreurs importantes provoqueront un chaos dans le processus et arrêteront le four de fusion pendant plusieurs jours.

Le pyrospectromètre est un pyromètre qui n'a pas besoin de préparer d'informations à l'avance et peut effectuer des mesures précises, quelle que soit l'émissivité, et n'est pas limité par l'environnement. Il montre la température et l'émissivité enregistrées par le spectromètre haute température FAR pour la surveillance des alliages de fonderie de précision à base de nickel. On peut voir sur la figure que chaque changement de la valeur de réglage de puissance provoque une augmentation rapide de l'émissivité en forme de pointe, qui est causée par la perturbation de l'agitation électromagnétique du matériau en fusion, ce qui renforcera l'émissivité. Le mouvement du liquide forme une petite cavité, ce qui augmente l'absorption et l'émission en raison de l'effet de réflexions multiples. Deuxièmement, lorsque la masse fondue se refroidit, l'émissivité subit un changement progressif : vers 1h15, l'incidence est réduite de plus de 10 %, de 0.245 à 0.220.

Cet effet est cohérent avec l'ébullition et l'évaporation des matériaux d'alliage. Lorsque ce changement se produit, la température reste constante. Enfin, la masse fondue gèle et l'émissivité change radicalement, de 0.22 à 0.60. La température diminuant lentement et l'émissivité augmentant lentement simultanément indiquent que le processus de durcissement du métal subit un état de bouillie, plutôt qu'un changement soudain de phase comme l'eau se transforme en glace. La figure 3 montre le même processus que la figure 2, mais cette fois la sortie d'un pyromètre conventionnel a été ajoutée. En plus de la grande erreur de température, il convient de noter que pendant le processus de refroidissement hors tension, les pyromètres conventionnels ne peuvent pas mesurer. Entre 1h35 et 1h50, le pyromètre a signalé une augmentation de la température. Il s'agit d'une fausse condition, causée par l'augmentation de l'émissivité pendant le processus de refroidissement du métal.

En fonctionnement réel, l'énorme erreur de température causée par une émissivité incorrecte affecte non seulement la qualité du produit, mais a également des conséquences évidentes telles que le gaspillage d'électricité, le temps de cycle prolongé et l'usure accrue des matériaux réfractaires. Les deux courbes de trace sont la température et l'émissivité. en quatre cycles de coulée consécutifs mesurés par un pyromètre. Le pic de température n'est pas sans Particulièrement répétable, vous pouvez voir qu'il y a de nombreux pics assez importants dans l'émissivité sur la figure 4, indiquant qu'il y a une perturbation particulièrement importante. Le pic est causé par une forte agitation électromagnétique.

Le processus est le suivant : la perturbation dans la masse fondue renforce l'émissivité, et les pyromètres conventionnels interprètent cela comme une valeur de surchauffe ; puis, en réaction au phénomène, le contrôleur coupe le courant ; le courant est coupé Après cela, la perturbation s'est calmée, puis le pyromètre conventionnel a détecté la condition de température trop basse et le courant a été remis sous tension. La surtension résultante a agité violemment le matériau fondu, et le cycle périodique a commencé, et la perturbation grave a provoqué la corrosion des matériaux réfractaires. En conséquence, des inclusions sont générées dans le produit.

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