精密鑄造的溫度測量控制
加入技術(shù)交流群
溫度的重要性
在精密鑄造工藝中，特別是在“等軸”工藝中，金屬溫度是起支配作用的因素，因此，也對許多質(zhì)量特性有著直接的影響。如果測量和控制不當(dāng)，金屬溫度的差異會(huì)對成品鑄件尺寸、晶粒尺寸、疏松（表面和內(nèi)部）、機(jī)械性能、產(chǎn)品品質(zhì)（即熱撕裂的傾向性 ）、薄壁部分的充滿度等方面產(chǎn)生影響。
因此，改進(jìn)金屬溫度的測量和控制將會(huì)提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低維護(hù)和勞動(dòng)力成本，減少測試費(fèi)用和責(zé)任賠償費(fèi)用等。
溫度測量的難度
精密鑄造，特別是使用感應(yīng)熔化設(shè)備的精密鑄造一般使用某種類型的非接觸性紅外輻射熱電偶或高溫計(jì)作為金屬溫度測量的主要或次要手段。使用常規(guī)高溫計(jì)的人們或許并不了解他們所作測量的潛在誤差來源，只是簡單地注意儀器的“精度”技術(shù)條件，因而常常受到誤導(dǎo)。這些精度技術(shù)條件只是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的理想目標(biāo)。真實(shí)世界中的一些情況會(huì)導(dǎo)致令人驚奇的高測量誤差值，它們包括（但不局限于）下述各項(xiàng)：
1、 未知/變化中的發(fā)射率—多種合金、擾動(dòng)效應(yīng)、溫度和波長的依賴性以及加工過程中成分的變化等，所有這些都對發(fā)射率的不可預(yù)見性起著作用。
2、 蒸汽發(fā)射：對高壓熔化（接近和在大氣壓以上）而言，熔池或坩堝中溢出的氣體會(huì)增加或減少熱輻射，因此造成誤差。
3、 觀察孔障礙：對多數(shù)儀器而言，信號的任何減弱都會(huì)造成溫度指示值的下降；觀察窗上的污物影響多數(shù)高溫計(jì)的精度。
4、 觀察窗玻璃材料：不是所有玻璃都具有同樣的透射性能；有的是“灰”色的，而另外一些玻璃的透射性則隨波長而發(fā)生變化。這會(huì)讓常規(guī)高溫計(jì)失靈。
5、 校驗(yàn)：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是每年校驗(yàn)一次，但是，儀器的漂移和失效有自己的日程，理想的做法是對工廠使用的所有光學(xué)元件都進(jìn)行校驗(yàn)（觀察玻璃或觀察鏡）。
6、 儀器校準(zhǔn)：通過透鏡瞄準(zhǔn)要求兩個(gè)光學(xué)路程準(zhǔn)確重疊，這會(huì)影響所有等級的常規(guī)高溫計(jì)。
這些困難是光學(xué)溫度測量所特有的困難。同時(shí)，還有與工藝相關(guān)的困難，這使得任何類型儀器儀表的溫度測量變得復(fù)雜化了，包括：
1、 工藝變量的可接受范圍：除非整個(gè)熔化爐都處于穩(wěn)定狀態(tài)（通常情況下，這是不現(xiàn)實(shí)的），否則，在澆鑄過程中，溫度會(huì)有一個(gè)范圍，很重要的是，這個(gè)溫度范圍必須能保證產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)。
2、 信號處理能力：測量儀器與控制設(shè)備之間的每個(gè)模擬打到數(shù)字或數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換都是潛在誤差源，寬廣的模擬范圍導(dǎo)致精密度的缺乏。
3、 熔化技術(shù)：不良熔化技術(shù)會(huì)導(dǎo)致高蒸汽壓力元素過渡沸騰、熔池表面產(chǎn)生擾動(dòng)或形成反應(yīng)產(chǎn)品，所有這些都會(huì)造成常規(guī)高溫計(jì)的誤差。
4、 鑄錠、坩堝、線圈間的匹配：對于熔化周期特性而言，熔化系統(tǒng)的這三個(gè)組分都是重要的。匹配不當(dāng)會(huì)造成熔化緩慢和不均勻、局部過熱或?yàn)R射。上述這些也都是常規(guī)高溫計(jì)誤差的來源。
高溫光譜儀對于問題的解決
高溫測量技術(shù)有其固有的優(yōu)越性：沒有污染，解除傳感器也不會(huì)中毒；安裝使用簡便；可進(jìn)行連續(xù)測量；沒有消耗材料；災(zāi)難性故障（喪失測量功能）極其稀少?，F(xiàn)在，高溫測量科學(xué)的進(jìn)步已經(jīng)解決了在使用中與真實(shí)世界相關(guān)聯(lián)的各種問題。高溫光譜儀是一種全新的儀器，它是一種專家系統(tǒng)型的多波長高溫計(jì)，在解決這些問題方面具有良好能力。
除了提供卓越的真實(shí)世界中的精度之外，高溫能光譜儀還有許多其它優(yōu)點(diǎn)：它能提供每次測量時(shí)的質(zhì)量實(shí)時(shí)讀數(shù)以及公差（即測量時(shí)的不確定程度）；它還能提供信號強(qiáng)度，同樣溫度和狀態(tài)下的目標(biāo)與理想目標(biāo)之間的對比。這兩項(xiàng)功能可提供有關(guān)原料和工藝狀態(tài)的寶貴信息，有助于確保合金成分的正確并顯示出合金材料是否被沸騰蒸發(fā)。顯然，用戶掌握了這些信息還可將其應(yīng)用于一些更為高級的領(lǐng)域中。
在各種不同應(yīng)用中，高溫光譜儀已經(jīng)解決了非接觸性溫度測量的困難。
1、發(fā)射率：發(fā)射率會(huì)隨著每批材料樣品而發(fā)生變化，，是高溫測量中理論計(jì)算與真實(shí)世界中材料行為的一種關(guān)聯(lián)關(guān)系。對精密鑄造業(yè)而言，金屬的發(fā)射率變化極其大。任何一個(gè)樣品，其發(fā)射率取決于成分、機(jī)械和熱性能的歷史狀況、進(jìn)行測量時(shí)的波長以及溫度本身。分析人員認(rèn)為，溫度的相對誤差與發(fā)射率的相對誤差成正比，即：
一個(gè)鑄造車間可能提供20種或30 種不同合金元素制成的零件，合金材料發(fā)生少量變化對金屬發(fā)射率產(chǎn)生影響的量化工作尚未大規(guī)模地開展，所以，精密鑄造合金的發(fā)射率沒有手冊可以查詢。成分的類似性不能用于估算發(fā)射率，少量添加劑可大大地改變發(fā)射率。如圖1所示，圖中所示的兩種合金的發(fā)射率，其成分差異總共為添加元素的2%原子量。由此產(chǎn)生的發(fā)射率方面的差異使得按照一種合金“校驗(yàn)”的高溫計(jì)產(chǎn)生幾百度的讀數(shù)誤差。大的誤差會(huì)造成工藝混亂，使熔煉爐停產(chǎn)數(shù)天。 透射電鏡相關(guān)文章:透射電鏡原理 熱電偶相關(guān)文章:熱電偶原理
評論