Суровые условия литейного производства
Большие, труднодоступные машины и высокие температуры: литейные цеха — это дом для экстремальных условий. Работа с жидким металлом требует гибкости и устойчивости как у людей, так и у машин.
С учётом этих сложных условий перед командой исследователей из Fraunhofer IZFP была поставлена задача разработать новую измерительную систему для клиентов из алюминиевой промышленности — для обнаружения загрязнений в расплавленном металле. Это важный инструмент в процессе производства.
Чистота расплавленного металла имеет огромное значение для конечного продукта. Например, любые керамические частицы, которые могут присутствовать в расплаве, не плавятся до температуры в 2000 градусов и более, и остаются в готовом изделии в виде включений, если их специально не удалить.
«Это может привести к трещинам и отверстиям, а в худшем случае — к отказу компонента», — говорит Томас Вашкиес, главный научный сотрудник по физике датчиков в Fraunhofer IZFP. С самого начала он возглавлял проект совместно со своей коллегой Андреа Морсс, которая сейчас работает в области стратегии и программирования исследований в институте в Саарбрюккене.
Ультразвуковая система измерения расплавленного алюминия
Различные системы измерения уже доступны на рынке для контроля качества при работе с расплавленным алюминием, но они дороги, требуют специально обученных экспертов для их использования или отнимают много времени. Поэтому возможны только выборочные проверки. Это означает, что отрасли нужна недорогая система, которой можно управлять без специальных знаний, которая быстро выдаёт окончательные результаты и может гибко использоваться в литейных условиях.
Именно из этой идеи, родившейся в Fraunhofer IZFP, появился проект AloX — мобильный ультразвуковой измерительный комплекс для расплавленного алюминия. Название проекта образовано от «aluminum melt» (алюминиевый расплав) и «oxide inclusions» (оксидные включения).
Система работает по аналогии с парковочным сенсором в автомобиле: система, погружённая в расплавленный металл, передаёт сигналы, которые затем отражаются от отражателя. Если мимо проплывают какие-либо частицы — то есть загрязнения — возникает прерывистый сигнал, объясняет Морсс. Эти сигналы позволяют принять меры прямо на производственной площадке для обеспечения качества.
Сложность разработки системы заключалась в первую очередь в экстремальных условиях, преобладающих в литейных цехах, где она предназначена для использования. Горячий расплавленный металл излучает много тепла, что влияет не только на саму систему, но и на весь несущий узел. Расплавленный алюминий также сильно разъедает металлические материалы.
Работая в тесном сотрудничестве с промышленностью, команда разработала первоначальный прототип. Измерительная тележка оснащена измерительным блоком со специальными ультразвуковыми волноводами и встроенным охлаждением, а также специально разработанной программой для ЭВМ с запатентованным алгоритмом анализа. Механизм смены ультразвуковых волноводов, изготовленных из титана, также запатентован.
Команда в настоящее время работает над AloX 2.0, которая была дополнительно оптимизирована по сравнению с первой версией. Но один фактор остался прежним: почти все компоненты были разработаны собственными силами в Fraunhofer IZFP. «От ультразвуковых датчиков до программного обеспечения для анализа, электроники и механики корпуса — AloX представляет собой комплексный пакет от одного производителя», — говорит Морсс.
Следующим шагом для исследователей станет внедрение системы в широкое промышленное применение, первоначально в производстве алюминия. Но возможны и другие варианты использования, например, для контроля качества других видов расплавленного металла или в производстве клеёв и пищевых продуктов.
Предоставлено Fraunhofer-Gesellschaft.