اندازه‌گیری دقیق دمای ذوب آلومینیوم نقطه آغاز تولید یک قطعه سالم، بدون تخلخل و با خواص مکانیکی مطلوب است. کنترل دما در کوره‌های ذوب، به‌طور مستقیم روی سیالیت مذاب، کنترل ناخالصی‌ها، میزان اکسیداسیون، هیدروژن محلول و در نهایت کیفیت نهایی محصول اثر می‌گذارد.
در این مقاله، روش‌های استاندارد اندازه‌گیری دمای ذوب آلومینیوم در صنعت معرفی می‌شود و نکات فنی برای بهره‌برداری بهتر از هر روش بیان خواهد شد.
چرا اندازه‌گیری دقیق دما در ذوب آلومینیوم اهمیت دارد؟
آلومینیوم خالص دارای دمای ذوب حدود ۶۶۰°C است؛ اما در عمل، اکثر مذاب‌ها به دلیل وجود آلیاژها، ناخالصی‌ها و عملیات پیش‌ذوب، در ۶۵۰ تا ۷۸۰°C نگهداری می‌شوند.
دماهای بالا (بالای ۷۸۰°C) باعث ایجاد مشکلات زیر می‌شود:
- افزایش سرعت اکسیداسیون و رشد پوسته آلومینا
- افزایش نفوذ هیدروژن → تخلخل گازی
- مصرف انرژی بیشتر و کاهش عمر نسوز کوره
دماهای پایین (زیر ۷۰۰°C) نیز می‌تواند سبب:
- کاهش سیالیت
- مشکل در پرشدن قالب
- سردجوشی و عیوب سطحی شود
به همین دلیل، اندازه‌گیری صحیح و لحظه‌ای دما برای رسیدن به محدوده عملیاتی مناسب ضروری است.
روش‌های اندازه‌گیری دمای ذوب آلومینیوم
ترموکوپل‌های نفوذی (Immersion Thermocouple)
این روش متداول‌ترین و قابل اعتمادترین راه اندازه‌گیری است.
سازوکار
- استفاده از یک ترموکوپل نوع K با غلاف سیلیکون کارباید یا سیلیکون نایتراید
- اتصال به نمایشگر یا سیستم PLC
مزایا
- پاسخ‌دهی سریع
- دقت ۱–۳ درجه سانتی گراد
- مناسب برای اندازه‌گیری مستقیم دمای مذاب
نکات کاربردی:
- غلاف ترموکوپل را ابتدا پیش گرم کرده و ترموکوپل را به‌آرامی وارد مذاب کنید تا شوک حرارتی کاهش یابد.
- استفاده بیش از حد باعث پیر شدن غلاف و شکست غلاف می‌شود.
- برای کارگاه های کوچک ، استفاده از ترموکوپل‌های یک‌بارمصرف پیشنهاد می گردد.
پیرومترهای نوری (Infrared Pyrometer)
این ابزار از اندازه‌گیری تابش حرارتی سطح مذاب استفاده می‌کند.
کارکرد
- دما بدون تماس سنجیده می‌شود.
- مناسب برای دمای سطحی و کنترل لحظه‌ای کوره.
مزایا:
- عدم تماس → بدون خوردگی یا شکست.
- سرعت خیلی بالا.
- مناسب برای کوره‌های بازیابی، نگهدارنده و پاتیل انتقال.
محدودیت‌ها:
- سطح مذاب دارای پوسته اکسیدی (Al2O3) است که تابش را تغییر می‌دهد → خطای اندازه‌گیری.
- ضرایب تابش (Emissivity) باید برای هر دستگاه تنظیم شوند.
- حساس نسبت به بخار، دود و نور مستقیم شعله.
نکته صنعتی: برای افزایش دقت، دما را در سطحی که پوسته شکسته شده یا لحظه بهم زدن مذاب اندازه‌گیری کنید.
ترموکوپل‌های ثابت داخل کوره
در کوره‌های صنعتی مداوم، از ترموکوپل‌های داخل محفظه کوره استفاده می‌شود.
ویژگی‌ها:
- قابلیت اتصال به PLC و سیستم کنترل اتوماتیک.
- مناسب برای حفظ دمای پایدار در نگهداری مذاب.
نقاط ضعف:
- دمای محیط کوره را می‌سنجد، نه دمای دقیق مذاب.
- در صورت آسیب به نسوز یا رسوب فلز، خطا ایجاد می‌شود.
توصیه مهندسی: هر ۳۰۰–۵۰۰ ساعت کار، صحت سنجی با ترموکوپل نفوذی انجام شود.
بهترین بازه دمایی برای ذوب آلومینیوم
برای اکثر کارگاه‌های کوچک و متوسط:
- آلومینیوم خالص: ۶۹۰–۷۳۰°C
- آلیاژهای ریخته‌گری (A356, ADC12, LM25): ۷۱۰–۷۶۰°C
- بالاتر از ۷۸۰°C = خطر اکسیداسیون و افزایش هیدروژن
همیشه دما را در پاتیل قبل از ریخته‌گری مجدداً اندازه بگیرید؛ افت دما تا ۳۰–۶۰°C حین انتقال طبیعی است.
خطاهای رایج در اندازه‌گیری دمای ذوب آلومینیوم
فرو کردن ترموکوپل در دیواره مذاب
گرفتگی در پوسته اکسیدی ایجاد می‌کند → دمای پایین‌تر گزارش می‌شود.
اندازه‌گیری بلافاصله پس از اضافه کردن قراضه یا آلیاژ
فلز جدید سرد است و دما را لحظه‌ای کاهش می‌دهد → اندازه‌گیری گمراه‌کننده.
استفاده طولانی از ترموکوپل ثابت
دیوار کوره رسانش را تغییر می‌دهد → اختلاف تا ۵۰°C مشاهده می‌شود.
تنظیم نبودن ضریب تابش پیرومتر
Emissivity پیش‌فرض اشتباه باشد → خطای ۲۰–۱۰۰°C کاملاً طبیعی است!
توصیه‌های مهندسی برای افزایش دقت
- همیشه ۲ روش را ترکیبی استفاده کنید:
ترموکوپل نفوذی برای صحت سنجی + پیرومتر جهت پایش سریع. - اندازه‌گیری را پس از هم زدن مذاب انجام دهید تا لایه اکسیدی شکست بخورد.
- ترموکوپل‌ها را طبق استاندارد ASTM E230 انتخاب کنید (Type K یا S).
- نوک پروب مصرفی را هر یک بار استفاده تعویض کنید، مگر مدل صنعتی مقاوم داشته باشید.
- در کوره‌های نگهدارنده، PID کنترلر با ورودی چند سنسور استفاده کنید.
جمع‌بندی
کنترل دما در فرآیند ذوب آلومینیوم، تنها یک کار سنجشی نیست؛ بلکه ابزار کنترل کیفیت و کاهش هزینه‌های تولید است.
ترموکوپل‌های نفوذی دقیق‌ترین روش برای ریخته‌گری عملی محسوب می‌شوند، در حالی که پیرومترهای نوری سرعت پایش را افزایش می‌دهند و ترموکوپل‌های ثابت برای پایداری دما کاربرد دارند. ترکیب صحیح این روش‌ها، در کنار رعایت نکات مهندسی، تضمین‌کننده مذاب سالم، قالب‌گیری بهتر و قطعه نهایی بدون عیب است.
