MCA Strumentazione Industriale – Pirometri per trattamenti termici in Italia
Controllo della temperatura di austenitizzazione e di tempra in forno, ad induzione e in linea continua — modelli fissi MCA-IRT-8 e a fibra ottica MCA-FOT per ambienti EM
Applicazione siderurgia • Trattamenti termici
La tempra dell'acciaio è un trattamento termico in cui la temperatura di austenitizzazione è il parametro che condiziona durezza, struttura cristallina e tenacità del pezzo finale. Un errore di 30-50°C sul punto di austenitizzazione cambia significativamente le proprietà meccaniche: la misura precisa della temperatura è la differenza tra un trattamento riuscito e uno fuori tolleranza.
I pirometri a infrarossi MCA sono installati su forni di tempra atmosferici e a vuoto, impianti di tempra ad induzione per alberi, ingranaggi e perni, linee continue di tempra di nastri e barre, presse di tempra di componenti automotive. La selezione tecnica copre le tre famiglie principali: MCA-IRT-8 fissi monocromatici per forno e linea continua, MCA-FOT-6/8 a fibra ottica per ambienti con induzione, MCA-2C bicromatici per applicazioni con scaglia o atmosfere poco pulite.
Il supporto MCA include la selezione tecnica gratuita a partire dai dati reali del processo (tipo di acciaio, geometria pezzo, temperatura di setpoint, tipo di impianto, vincoli di installazione), la configurazione del loop di controllo con il PLC esistente, la calibrazione tracciabile a corpo nero e i piani di ricalibrazione calendarizzati per processi qualificati CQI-9 o Nadcap.
La tempra è il trattamento termico in cui un acciaio viene portato sopra la temperatura critica di austenitizzazione (Ac3 per gli acciai ipoeutettoidici, Acm per gli ipereutettoidici), mantenuto in temperatura per il tempo necessario alla trasformazione di tutta la massa, e raffreddato rapidamente (quench) in olio, polimeri, acqua o aria forzata per fissare la struttura martensitica. Il risultato è un acciaio molto più duro e resistente, ma più fragile, da rinvenire successivamente.
Tre temperature sono critiche e vanno misurate: la temperatura di austenitizzazione (780-1050°C a seconda del tipo di acciaio), che condiziona la qualità della trasformazione; la temperatura di ingresso al quench, che deve essere uniforme sull'intera massa del pezzo (rischio di tempra disuniforme se non lo è); la temperatura di estrazione dal quench, che indica l'efficacia del raffreddamento e segnala la fine della trasformazione martensitica.
Ogni temperatura ha un ambiente di misura diverso: il forno è caldo e chiuso, l'induzione è EM-rumorosa e veloce, il quench è bagnato. Un singolo modello di pirometro non copre tutte le postazioni: la selezione MCA è specifica per ciascuna postazione, con strumenti dedicati e configurazioni adattate. Sotto le quattro postazioni più frequenti.
Pirometro a fibra ottica MCA-FOT installato su macchina di tempra ad induzione di ingranaggi: la testa di misura passiva è puntata sul dente in lavorazione attraverso una finestra dell'utensile, mentre l'elettronica resta nell'armadio della macchina a distanza dal campo elettromagnetico dell'induttore.
Ogni tipologia di impianto di tempra richiede una postazione di misura specifica. Sotto le quattro più frequenti negli impianti italiani, con la configurazione MCA consigliata.
Forni a tunnel, a campana o a carico verticale per austenitizzazione di componenti automotive, utensili, parti meccaniche. Il pirometro misura attraverso una finestra di ispezione in quarzo posta in parete o in volta. La D:S elevata permette di puntare il pezzo evitando le pareti più calde del forno. Misura ridondante rispetto alle termocoppie interne del forno.
Configurazione MCA: MCA-IRT-8H1 banda 1-1,6 µm, D:S 300:1, finestra di ispezione in quarzo, eventuale water-cooling se T ambiente >120°C in parete forno.Tempra superficiale di alberi, perni, alberi a camme, ingranaggi, fusioni automotive. Riscaldamento in 2-10 secondi a 900-1000°C in zona localizzata sotto l'induttore. Forte campo elettromagnetico, spazi ristretti, pezzo in rotazione o traslazione. Pirometro fisso non installabile: serve fibra ottica.
Configurazione MCA: MCA-FOT-6 o MCA-FOT-8 testa acciaio inox Ø 8-12 mm, cavo in fibra ottica armato fino a 20 metri, elettronica in armadio macchina, RS-422 ad alta velocità per loop generatore.Linee continue di tempra di nastri sottili, barre tonde, profilati per costruzioni e fonderie. Velocità di linea da pochi metri a decine di metri al minuto, raffreddamento in linea con jet d'acqua o polimero. Bersaglio in movimento, vapore intermittente, atmosfera ossidante.
Configurazione MCA: MCA-2C-6H3 bicromatico ratio per ingresso quench (tolleranza al vapore), MCA-IRT-8H1 monocromatico per uscita forno in ambiente più pulito.Hot stamping di acciai al boro per scocche e crash management automobilistico: la lamiera austenitizzata in forno a 920°C viene trasferita rapidamente in pressa e formata mentre raffredda contro stampo raffreddato. Misura della temperatura della lamiera all'uscita forno e all'ingresso pressa, critica per garantire la trasformazione martensitica del pezzo finale.
Configurazione MCA: MCA-IRT-8H1 banda 1-1,6 µm su forno, MCA-2C-6H1 sul tappeto di trasferimento (lamiera in moto sotto vapore residuo), risposta 1-10 ms.Tra tutte le postazioni di tempra, la tempra ad induzione è la più difficile da strumentare correttamente. Tre vincoli tecnici si combinano e rendono il pirometro a fibra ottica l'unica scelta tecnicamente valida.
L'induttore genera campi elettromagnetici ad alta frequenza (10-400 kHz) molto intensi. Un'elettronica di pirometro standard installata vicino all'induttore subirebbe disturbi sul segnale, derive di lettura, rischio di guasto. La testa a fibra ottica MCA-FOT è completamente passiva (solo ottica e fibra), immune al campo. L'elettronica resta in armadio macchina a metri di distanza.
L'induttore è a contatto o pochi millimetri dal pezzo. Lo spazio per installare un'ottica di misura è minimo. La testa MCA-FOT è in acciaio inox di diametro 8-12 mm, installabile dentro l'utensile della macchina di tempra (slitta, mandrino, scanner) e puntata sulla zona di interesse attraverso un foro o una finestra. Lo spot di misura è 1-3 mm a distanza di 10-50 mm.
L'induzione porta il pezzo da temperatura ambiente a 950°C in 2-10 secondi. Un pirometro con tempo di risposta 250 ms non vede mai la temperatura reale durante la rampa. I MCA-FOT hanno tempo di risposta da 1 a 5 ms: campionano centinaia di volte durante la rampa, permettendo al generatore di chiudere il loop di controllo e fermare il riscaldamento esattamente sul setpoint.
L'ambiente intorno all'induttore è caldo: radiazione del pezzo, ricircolo termico, possibile contatto con liquido di tempra. La testa MCA-FOT è certificata per fino a 220°C di temperatura ambiente, valore impossibile per un pirometro fisso standard (max 60°C senza water-cooling). Air-purge optional per protezione lente da spruzzi.
Il generatore di induzione di marche come EFD, IEW, EFI, Inductoheat o Hocensa ha ingressi di feedback dedicati per pirometro. L'output 4-20 mA del MCA-FOT si collega direttamente all'ingresso analogico del generatore. Per controllo PID stretto si usa anche l'uscita digitale RS-422 ad alta velocità (1000 campioni/s) per closed-loop preciso pezzo dopo pezzo.
Sulla tempra ad induzione in produzione di serie (componenti automotive), la ripetibilità della temperatura raggiunta tra un pezzo e l'altro deve essere entro pochi gradi. Il pirometro MCA-FOT, calibrato a corpo nero, è il riferimento per la qualifica statistica del processo (Cpk) richiesta dalle norme automotive (CQI-9, IATF 16949). Documentazione di calibrazione tracciabile in italiano fornita con lo strumento.
Testa di misura del pirometro a fibra ottica MCA-FOT-6 installata sulla slitta di una macchina di tempra ad induzione: il cavo in fibra ottica armato porta il segnale all'elettronica in armadio macchina, completamente separata dal campo elettromagnetico dell'induttore.
Sintesi pratica della selezione tecnica per i quattro casi tipici. La tabella sotto raccoglie i criteri di scelta in funzione del tipo di impianto di tempra.
| Tipo di impianto di tempra | Pirometro consigliato | Modello MCA | Note |
|---|---|---|---|
| Forno atmosferico con finestra di ispezione | Fisso monocromatico banda corta | MCA-IRT-8H1 | D:S 300:1 per puntare il pezzo evitando le pareti |
| Forno a vuoto | Fisso monocromatico con finestra in zaffiro | MCA-IRT-8H1 con finestra dedicata | Finestra in zaffiro per passaggio banda 1-1,7 µm in vuoto |
| Tempra ad induzione superficiale | Fibra ottica con testa passiva | MCA-FOT-6 o MCA-FOT-8 | Risposta 1-5 ms, immune al campo EM, RS-422 alta velocità |
| Linea continua con quench in acqua | Bicromatico ratio per zona vapore | MCA-2C-6H3 + MCA-IRT-8H1 | Ratio per ingresso quench, monocromatico per uscita forno |
| Hot stamping automotive | Mono + bicromatico | MCA-IRT-8H1 + MCA-2C-6H1 | Mono per forno, ratio per trasferimento sotto vapore residuo |
| Tempra di nastro con bobinatore | Fisso monocromatico veloce | MCA-IRT-8H1 | Tempo risposta 1 ms, loop di controllo velocità avvolgitore |
| Saldatura indotta di tubi | Fibra ottica | MCA-FOT-8 | Misura sul punto di saldatura sotto bobina induttiva |
Cinque modelli coprono tutte le tipologie di tempra: dalla tempra in massa in forno atmosferico alla tempra superficiale ad induzione per componenti automotive. Sotto le specifiche essenziali.
Range: 600-2200°C • Banda: 1-1,6 µm • D:S: 300:1 • Tempo di risposta: 1 ms
Il pirometro standard per forni di tempra atmosferici, forni a vuoto (con finestra dedicata), uscita forno in linea continua. D:S elevatissima per puntare pezzi piccoli attraverso finestre di ispezione di limitato diametro.
Range: 450-1400°C • Banda: 1-1,6 µm • D:S: 280:1 • Tempo di risposta: 5 ms
Per applicazioni di tempra di acciai dolci e medio carbonio (austenitizzazione a 780-870°C) dove il range esteso a 450°C permette di vedere anche le fasi di pre-riscaldo e post-quench.
Range: 250-1400°C • Banda: 2,0-2,6 µm • D:S: 60:1 a 100:1 • Risposta: 2 ms
Pirometro a fibra ottica per tempra ad induzione di componenti automotive (alberi, ingranaggi, perni). Testa Ø 12 mm in acciaio inox, cavo armato fino a 20 m, elettronica in armadio. Range 250-1400°C copre il range di tempra acciai dolci e medio-alti carbonio.
Range: 600-1800°C • Banda: 1-1,7 µm • D:S: 100:1 • Risposta: 1 ms
Versione banda NIR del fibra ottica per acciai brillanti e alti tenori di lega dove serve insensibilità a emissività. Range esteso fino a 1800°C per acciai da utensili e leghe speciali. Risposta 1 ms.
Range: 600-1400°C • Banda: 1-1,7 µm ratio • D:S: 280:1 • Risposta: 10 ms
Bicromatico per applicazioni di tempra in linea continua di nastri e barre con quench in acqua/polimero. La tecnologia ratio gestisce il vapore intermittente e l'ossidazione superficiale. Per ingresso quench e uscita quench.
Range: 50-1700°C • Apertura: 25-50 mm • Tracciabilità: ACCREDIA / INRIM
Per i clienti che qualificano il processo di tempra (CQI-9, Nadcap, IATF 16949) la sorgente corpo nero MCA-BBF è il riferimento per la verifica periodica dei pirometri installati e per la calibrazione tracciabile in laboratorio.
Inviaci la descrizione dell'impianto (tipo di tempra, range di temperatura, geometria pezzo, vincoli di installazione, integrazione con macchina/PLC esistente). Risponderemo con la configurazione MCA, il preventivo, il piano di calibrazione tracciabile e il supporto di startup. Sopralluogo se necessario.
La temperatura critica è quella di austenitizzazione, tipicamente 780-870°C per acciai a basso e medio tenore di carbonio, fino a 950-1050°C per acciai legati o per acciai da utensili. Sotto Ac1 (727°C) l'austenitizzazione non avviene; sopra il limite si rischia grano grossolano e fragilità. La temperatura va misurata sull'intera massa del pezzo, non solo in superficie: nei pezzi spessi il controllo del tempo di permanenza è altrettanto critico della temperatura nominale del forno. Il pirometro a infrarossi misura la superficie; per la temperatura di cuore si usa la massa termica del pezzo e il tempo di soak.
Sì, ma con accorgimenti. In forno chiuso il pirometro vede il pezzo attraverso una finestra di ispezione in quarzo o zaffiro (banda 1-1,7 µm passa bene attraverso quarzo) oppure tramite un canotto di ispezione termico. È importante che il pirometro inquadri il pezzo e non le pareti del forno (che potrebbero essere più calde o più fredde della carica): la D:S elevata del MCA-IRT-8H1 (300:1) o l'uso di un pirometro a fibra ottica con testa avvicinata al pezzo risolvono il problema. Per forni a vuoto si usano sempre finestre dedicate in zaffiro, con tenuta a vuoto certificata.
La tempra ad induzione genera campi elettromagnetici ad alta frequenza (10-400 kHz) molto intensi nella zona dell'induttore. L'elettronica di un pirometro standard installata vicino all'induttore subirebbe interferenze, derive di lettura e rischio di guasto. Il pirometro a fibra ottica MCA-FOT separa la testa di misura (passiva, in acciaio inox, immune ai campi EM) dall'elettronica, collegate da un cavo in fibra ottica armato. La testa si installa a centimetri dall'induttore; l'elettronica resta in armadio a metri di distanza, lontana dalle interferenze. È la soluzione tecnicamente unica per chiudere il loop di controllo del generatore di induzione.
La tempra ad induzione è un processo veloce: un albero, un perno o un ingranaggio possono essere riscaldati da temperatura ambiente a 950°C in 2-10 secondi, in funzione della potenza e della massa. Il pirometro deve avere tempo di risposta sotto i 10 ms per seguire la rampa di salita e segnalare il raggiungimento della temperatura di setpoint con precisione. I modelli MCA-FOT-6 e MCA-FOT-8 hanno tempi di risposta da 1 a 5 ms, compatibili con la chiusura del loop di controllo della macchina di tempra (PID stretto, feedforward sulla potenza del generatore).
L'acciaio in tempra è scaglia se è stato pre-ossidato nel forno (ε 0,85-0,95) oppure metallico e brillante se è in atmosfera protetta o lucidato (ε 0,25-0,5). La banda spettrale 1-1,7 µm dei pirometri MCA-IRT-8 e MCA-FOT è scelta perché l'errore residuo per unità di errore di emissività è minimo: anche un'incertezza di 0,1 su ε produce solo pochi gradi di errore sulla temperatura. Per applicazioni più critiche (caso di certificazione tempra) si valuta il bicromatico MCA-2C che è insensibile a ε per costruzione del rapporto. La tabella di emissività per i diversi acciai e condizioni di superficie è fornita con la documentazione del pirometro MCA.
Durante il quench in olio, polimeri o acqua il pezzo è immerso e non è otticamente accessibile. Il pirometro misura prima del quench (temperatura di ingresso al bagno, parametro critico per la riuscita del trattamento) e dopo il quench (temperatura di estrazione, indica l'efficacia del raffreddamento). Per misure di superficie durante il quench in spray d'acqua si usano i bicromatici MCA-2C che tollerano l'occlusione dello spray, ma è applicazione specializzata. Tipicamente il pirometro di tempra è di ingresso, e si integra con termocoppie immerse per il monitoraggio del bagno.
Per tempra superficiale ad induzione di alberi, perni, ingranaggi, alberi a camme la combinazione standard è MCA-FOT-6 o MCA-FOT-8 a fibra ottica con testa di misura installata sull'utensile della macchina di tempra (mandrino, slitta, scanner). Range tipico 600-1400°C, banda 1-1,7 µm o 2-2,6 µm, D:S 60:1 a 100:1 (lo spot è piccolo, qualche mm, a distanza di centimetri dalla testa). L'elettronica resta in armadio della macchina collegata via cavo in fibra ottica fino a 20 metri. Risposta 1-2 ms per seguire la rampa di induzione e chiudere il PID sul generatore.
Tutti i modelli MCA per tempra hanno output 4-20 mA per collegamento diretto al PLC della macchina di tempra (Siemens, B&R, Beckhoff, Rockwell), oltre a interfaccia RS-485 bidirezionale per configurazione remota. Per loop di controllo veloce in induzione si usa anche l'uscita RS-422 alta velocità con campionamento fino a 1000 letture al secondo, indispensabile per chiudere il PID sul generatore di induzione e ottenere riscaldamenti ripetibili pezzo dopo pezzo. Documentazione tecnica e supporto di startup forniti da MCA in italiano, con assistenza diretta in fase di messa in servizio dell'impianto.
Per i clienti che devono qualificare il processo di tempra secondo norme CQI-9, Nadcap o specifiche cliente automotive/aerospace, MCA fornisce certificati di calibrazione tracciabili a corpo nero, supporto di documentazione tecnica per il dossier di processo, piani di ricalibrazione calendarizzati. Tutta la documentazione è in italiano. La sorgente corpo nero MCA-BBF di laboratorio è disponibile per audit di processo presso il cliente e per ricalibrazioni periodiche tracciabili ACCREDIA. Per impianti con flotte di pirometri installati offriamo un piano di manutenzione termica calendarizzato.
MCA fornisce pirometri industriali per tempra acciaio in tutto il territorio italiano: forni atmosferici e a vuoto, tempra ad induzione superficiale, hot stamping automotive, linee continue di tempra di nastri e barre. La selezione tecnica è gratuita, la calibrazione è tracciabile, l'assistenza in italiano. Supporto specifico per qualifiche CQI-9, Nadcap, IATF 16949.