Температурное профилирование — это измерение и запись температуры изделия в течение всего цикла. Датчики измеряют температуру воздуха и участков изделия, а измерительный прибор сохраняет их показания. Полученные кривые температуры называют температурными профилями. Их сопоставляют с требованиями конкретного покрытия.
Заданная температура, воздух, металл и выдержка
При чтении отчёта важно различать четыре показателя:
- Заданная температура печи — значение, установленное в системе управления.
- Температура воздуха — результат измерения в месте установки воздушного датчика.
- Температура металла — результат измерения на конкретном участке изделия.
- Выдержка металла — время, в течение которого этот участок находился при температурах, соответствующих выбранным критериям режима.
Заданное время работы печи не равно выдержке металла: часть цикла может приходиться на прогрев изделия. Разные участки при этом могут иметь разные температурные профили. Если датчик температуры воздуха показал нужную температуру, это ещё не значит, что до неё нагрелись все точки металла.
Что должно быть понятно из отчёта
Для оценки нужны описание изделия и загрузки, заданная температура печи, установленная выдержка или скорость конвейера. Также нужны схема датчиков и требования покрытия. По легенде должно быть понятно, какие датчики измеряют воздух, а какие — металл. Для измерения поверхности нужен надёжный тепловой контакт: датчик должен плотно соприкасаться с ней. Место и способ его крепления записывают.
Куда устанавливать датчики температуры
Задача — выбрать точки, которые покажут разные условия нагрева изделия. Количество и расположение датчиков определяют по геометрии детали и задаче контроля. Может требоваться обзор нескольких зон или проверка конкретного участка. Универсальной схемы для любой печи и загрузки нет.
При выборе точек рассматривают:
- Тонкие и массивные участки изделия. Первые могут прогреваться быстрее, вторые — медленнее. Толстые элементы и места соединения нескольких деталей стоит рассмотреть при выборе точек, которые могут прогреваться медленнее всего.
- Разные положения по высоте и в загрузке. Если есть основания ожидать неодинаковый прогрев, сравнивают, например, верх и низ изделия или разные положения в рабочем пространстве печи. Верх/низ — возможный выбор точек, а не обязательная схема для каждой детали.
- Характерные зоны сложной геометрии. На детали с переменным сечением или несколькими соединёнными элементами выбирают участки, поведение которых важно проверить. Сначала предполагают, какие зоны прогреваются быстрее, а какие — медленнее. Измерения должны подтвердить, есть ли это различие. Основание выбора точек.
Принцип выбора точек
- 01Тонкий участок
- 02Массивный участок
- 03Узел / соединение
- 04Воздух
Датчик температуры воздуха показывает температуру только там, где он установлен. Датчик на изделии измеряет нагрев металла, поэтому заменить его датчиком воздуха нельзя. При измерении воздуха чувствительная часть датчика должна находиться в воздухе. При измерении поверхности она должна плотно соприкасаться с ней.
Если отдельный участок металла недогревается, можно сравнить его температурный профиль с температурой воздуха в соответствующей зоне печи. Это дополнит данные об условиях нагрева. Само по себе различие температур воздуха и металла не устанавливает причину отклонения.
Чтобы оценить, как температура воздуха распределяется по рабочему объёму печи, одной точки измерения недостаточно. Для этого воздух измеряют в нескольких обоснованно выбранных зонах. Количество и расположение точек определяют по задаче проверки.
Если датчик недостаточно плотно соприкасается с поверхностью, он может медленнее реагировать на её нагрев и искажать измерение температуры. Способ крепления выбирают с учётом материала, формы участка и применяемого датчика; его нельзя назначить одинаковым для всех изделий. Эти принципы описаны в руководстве по температурному профилированию, раздел Thermocouple Probes, с. 32–34.
Для каждого датчика записывают, что он измеряет, где установлен и как закреплён. Схему полезно дополнить фотографиями точек. При повторном сравнительном измерении датчики устанавливают в те же места и закрепляют тем же способом либо явно отмечают изменения. Иначе нельзя без проверки объяснять разницу между записями только изменением режима печи.
В примере 1 ниже датчик температуры воздуха в середине печи справа показал максимум 201,5 °C. Максимум температуры металла в середине справа — 193,6 °C, а внизу слева — 158,0 °C. Если бы измеряли только точку с максимумом 193,6 °C, можно было бы не заметить, что металл внизу слева не достиг 180 °C. Это показывает пользу нескольких обоснованно выбранных точек. Расположение датчиков в этом опыте не является универсальной схемой. Эти максимумы зарегистрированы в разное время.
Как читать кривую и таблицу результатов
Термограмма — это график температуры. По горизонтали обычно отложено время, по вертикали — температура. Каждая кривая относится к отдельному датчику. Максимальная температура металла — самая высокая температура, которую зарегистрировал датчик в этой точке изделия за цикл.
Одинаковая максимальная температура ещё не означает одинакового режима: одна точка могла оставаться при требуемой температуре дольше другой. Поэтому важно смотреть, как температура менялась во времени, и сравнивать весь профиль с требованиями технического паспорта покрытия. Времени выше одного порога недостаточно, если паспорт также ограничивает максимальную температуру или длительность выдержки. Показатели анализа температурного профиля, разделы анализа данных.
Реальный производственный пример 1: недогрев отдельных точек
В предварительно нагретой тупиковой печи проверяли стальные двери и панели при полной загрузке. Заданная температура печи составляла 190 °C, установленная выдержка — 15 минут. Температуру металла измеряли в пяти точках, температуру воздуха — одним датчиком.
В заключении исходного отчёта рассматривался режим покрытия 20 минут при 180 °C. В настройках программы также указаны 15 минут при 190 °C и 10 минут при 200 °C. Это условия расчёта в этом отчёте. Они не являются универсальными режимами порошковой окраски.
В таблице время указано в формате минуты:секунды. Cure Index (CI) — расчётный показатель программы, который сравнивает записанный температурный профиль с заданным режимом. Его ограничения разобраны ниже.
Датчик температуры воздуха в середине печи справа показал максимум 201,5 °C. Максимальная температура металла внизу слева составила только 158,0 °C. Воздух измеряли в другой зоне. По этому датчику нельзя определить температуру воздуха рядом с указанной точкой металла.
За время записи эта точка не достигла 180 °C. Максимальные температуры измеренных точек металла — 158,0–193,6 °C. Разница между наибольшим и наименьшим из этих максимумов — 35,6 °C. Они зафиксированы в разное время, поэтому это число не показывает одновременный перепад температуры между точками.
По заключению автора отчёта, при указанном режиме покрытие на изделиях слева формировалось не полностью. Недостаточную подачу нагретого воздуха и негерметичность дверей автор назвал возможными причинами. Это возможные объяснения: по этим данным нельзя точно установить причину отклонения или подтвердить, что её устранили.
Эти данные показывают: заданная температура печи и один датчик температуры воздуха не описывают прогрев всех измеренных точек металла. Вывод об отверждении принадлежит автору исходного отчёта. Полного технического паспорта покрытия для этого измерения нет. Поэтому по доступным данным нельзя независимо подтвердить соответствие всем его требованиям к температуре и времени отверждения.
Неравномерный прогрев изделия
Заданная температура печи 190 °C · установленная выдержка 15 мин
Что показал замер
- ВОЗДУХ
- 201,5 °C
- максимум
- МЕТАЛЛ · СЕРЕДИНА СПРАВА
- 193,6 °C
- максимум
- МЕТАЛЛ · НИЗ СЛЕВА
- 158,0 °C
- максимум
Датчики зарегистрировали максимумы в разное время.
Исходный график измерений
График можно прокручивать по горизонтали
Каналы измерения
- 1 — Воздух, середина справа
- 2 — Металл, середина справа
- 3 — Металл, верх слева
- 4 — Металл, низ слева
- 5 — Металл, низ справа
- 6 — Металл, верх справа
Выбранные результаты
| Точка измерения | Максимальная температура | Время выше 180 °C | Расчётный Cure Index |
|---|---|---|---|
| Воздух, середина справа | 201,5 °C | 27:35 | 208 |
| Металл, середина справа | 193,6 °C | 18:05 | 115 |
| Металл, верх слева | 184,2 °C | 14:45 | 73 |
| Металл, низ слева | 158,0 °C | 00:00 | 0 |
| Металл, низ справа | 188,0 °C | 22:55 | 128 |
| Металл, верх справа | 192,7 °C | 23:35 | 152 |
Время — минуты:секунды. CI — расчёт исходной программы, не процент химического превращения.
Температурные профили воздуха и пяти точек металла за один производственный цикл. Заданная температура печи — 190 °C; максимум одной из точек металла составил 158,0 °C.
Максимумы зарегистрированы в разное время. По этому измерению нельзя установить причину отклонения.
Открыть график в полном размере ↗Реальный производственный пример 2: положительное заключение по проверенным зонам
В другом случае панели шкафов загружали в уже нагретую печь при полной загрузке. Заданная температура печи составляла 160 °C, установленная выдержка — 25 минут. Измеряли пять точек металла и температуру воздуха; в отчёте рассматривался режим покрытия 20 минут при 160 °C. Это отдельное производственное измерение и не продолжение первого примера.
Максимальные температуры в пяти точках металла — 167,2–169,8 °C. Температура в каждой из пяти точек оставалась выше 160 °C более 20 минут — от 21:10 до 25:45. Разница между наибольшим и наименьшим из этих максимумов составила 2,6 °C. Это не доказывает, что во всех точках температура была одинаковой в течение всего цикла.
Специалист дал положительное заключение о формировании покрытия в проверенных зонах для указанного режима. Эти данные относятся только к проверенным точкам и условиям этого измерения. Они не подтверждают, что любая следующая загрузка даст тот же результат. Полного технического паспорта покрытия и результатов испытаний его свойств в материалах этого измерения нет.
Проверка пяти точек металла
Заданная температура печи 160 °C · установленная выдержка 25 мин
Исходный график измерений
График можно прокручивать по горизонтали
Каналы измерения
- 1 — Воздух, середина низ
- 2 — Металл, середина верх
- 3 — Металл, справа верх
- 4 — Металл, справа низ
- 5 — Металл, слева низ
- 6 — Металл, слева верх
Выбранные результаты
| Канал / место | Максимальная температура | Время выше 160 °C | Расчётный Cure Index |
|---|---|---|---|
| 1 — Воздух, середина низ | 167,6 °C | 26:15 | 170 |
| 2 — Металл, середина верх | 167,7 °C | 23:15 | 149 |
| 3 — Металл, справа верх | 167,3 °C | 22:30 | 142 |
| 4 — Металл, справа низ | 167,2 °C | 21:10 | 132 |
| 5 — Металл, слева низ | 169,8 °C | 25:45 | 180 |
| 6 — Металл, слева верх | 168,2 °C | 21:55 | 141 |
Время — минуты:секунды. CI — расчёт исходной программы, не процент химического превращения.
Отдельный производственный пример при заданной температуре печи 160 °C: максимальные температуры пяти точек металла — 167,2–169,8 °C. По заключению специалиста режим обеспечивал формирование покрытия в проверенных зонах.
Заключение специалиста относится к проверенным зонам и условиям этого прогона.
Открыть график в полном размере ↗Что означает Cure Index
Cure Index нельзя понимать как процент химического отверждения покрытия. В методиках, где принят ориентир 100, результат оценивают с учётом модели расчёта, введённых параметров и критериев пригодности режима. Описание расчётного показателя, раздел Temperature Data Analysis Software.
Значение выше 100 само по себе не доказывает повреждения покрытия. Значение ниже 100 означает, что расчётный ориентир выбранной модели не достигнут. Само по себе это не доказывает брак: сначала нужно проверить, подходит ли модель расчёта и её критерии для этой задачи. Нулевой CI также не доказывает полного отсутствия химической реакции.
В первом примере показатель взят из исходного отчёта. Одного времени выше 180 °C недостаточно, чтобы повторить расчёт: программа оценивает профиль по введённым условиям. Без исходных записей температуры по времени и полных настроек программы нельзя независимо пересчитать этот показатель. Сравнивать CI разных покрытий и программ как общий рейтинг качества печей тоже некорректно.
Пределы вывода и повторная проверка
Термограмма показывает, как менялась температура в проверенных точках. Сравнение с подходящими критериями помогает оценить режим. По одному такому сравнению нельзя подтвердить прочность сцепления покрытия с поверхностью, его стойкость к коррозии и остальные свойства. Для этого нужны соответствующие испытания и критерии приёмки.
Если изменились изделие, загрузка, покрытие, скорость конвейера, температурный режим или сама печь, прежний профиль может не описывать новый процесс. При повторном измерении важно записать изменения и сохранить сопоставимые точки и способы крепления датчиков. Так результат можно оценивать при известных условиях. Причину различий между графиками всё равно нужно подтверждать.
Какие данные нужны для проверки режима
Для проверки соберите:
- описание изделия, его материала, толщины и характерной загрузки;
- технический паспорт используемого покрытия с требованиями к отверждению;
- заданную температуру печи, установленную выдержку или скорость конвейера;
- схему с указанием, какие датчики измеряют воздух, а какие — металл, где они установлены и как закреплены;
- термограмму и таблицы, а при использовании CI — исходный файл и настройки расчёта.
С этими данными можно начать проверку: определить, где измеряли температуру, как она менялась и с какими требованиями её сравнивают. Хватит ли этих данных для окончательного вывода, зависит от задачи контроля. Причины отклонений и решения по настройке процесса нужно обосновать отдельно.
