MXPA06012417A - Metodo y aparato para el control continuo de calidad de un alambre de aleacion con memoria de forma. - Google Patents

Abstract

Un metodo para el control continuo de calidad de un alambre de aleacion con memoria de forma, el cual comprende: a) suministrar el alambre a traves de una pluralidad de areas controladas de temperatura apropiadas para reproducir un perfil de temperatura que abarca las temperaturas de transicion caracteristicas del material del cual esta hecho el alambre; b) medir el alargamiento del alambre en cada area a una temperatura controlada; c) utilizar los datos de temperatura y alargamiento al obtener por puntos la curva de histeresis del material en el diagrama de alargamiento de temperatura. De preferencia, el alambre se suministra a una velocidad conocida y una tension constante y la medicion del alargamiento se obtiene al medir la velocidad del alambre. Un aparato que lleva a cabo el metodo comprende unidades (B, B', V, V') de suministro apropiadas para ajustar la tension y la velocidad de suministro del alambre (F) a traves de una serie de camaras (T) termostaticas que contienen poleas (M) inactivas, en donde se enrolla el alambre (F) sin deslizamiento, cuya velocidad de rotacion se puede medir por ejemplo, por codificadores de alta definicion.

Description

requiere la aplicación de fuerza mecánica, en el llamado "segunda vía", por el contrario, ambas transiciones pueden provocarse por cambios de temperatura. Es conocido que estos materiales transforman su estructura microcristalina al pasar de un tipo llamado martensítico, estable a temperaturas bajas a un tipo llamado austenítico, estable a altas temperaturas y viceversa. La transformación entre las dos formas se lleva a cabo de conformidad con el ciclo de histéresis en un diagrama de alargamiento de temperatura, caracterizado por cuatro valores de temperatura, durante el calentamiento, empezando desde una baja temperatura en donde la fase martensítica es estable, y se alcanza una primera temperatura As, en donde empieza la transformación hacia la fase austenítica y después a una segunda temperatura Af que identifica el fin de la transformación de la fase austenítica. Durante el enfriamiento, empezando desde el intervalo de temperatura al cual la fase austenítica es estable, se alcanza una tercera temperatura Ms, en la cual empieza la transformación hacia la fase martensítica, y después a una cuarta temperatura Mf en la cual termina la transformación. Los diagramas de estos ciclos de histéresis se pueden encontrar por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos Nos. US 4,896,955 y EP 0 807 276. Las temperaturas reales de las transformaciones antes mencionadas dependen del tipo de material y del proceso de fabricación, pero para cada material estas temperaturas siempre están dentro del orden Mf<Ms, As<Af, mientras que puede ser que MS<AS o viceversa de conformidad con la velocidad de transición entre las dos fases. Los ejemplos de composiciones de las aleaciones con memoria de forma se pueden encontrar en la Patente de Estados Unidos US 6,309,184 del solicitante, entre se permiten principalmente las aleaciones Ni-Ti de preferencia, con Ni 54 / 55,5% en peso y el resto de titanio (se permiten también trazas de otros componentes). Para usos prácticos, un alambre SMA puede tener varias características tecnológicas y funcionales que se calculan con pruebas específicas. Las pruebas que típicamente se utilizan para revisar las características de estos alambres, son las siguientes: 1. Resistencia a la fatiga: Una muestra de alambre (por ejemplo, un segmento de 10 cm) se introduce en un horno, suspendido por un extremo y con un peso colgado en el extremo libre, el peso se selecciona de conformidad con el diámetro del alambre y por lo general, es similar a la carga a la que podrá soportar el alambre en su aplicación real. Al calentar y enfriar cíclicamente la muestra, se somete a una serie de ciclos de alargamiento y acortamiento, hasta la falla. 2. Ajuste residual: Consiste en calcular el ajuste residual neto de una muestra tal como uno de la prueba previa, probado en las mismas condiciones, pero por un número de ciclos menor que el que provoca la falla (por ejemplo, 75% o 90% de los ciclos que provocan falla). 3. Ciclo de histéresis:. Se utiliza para verificar que el alambre en realidad lleva a cabo las transiciones de alargamiento y acortamiento a las temperaturas esperadas para esa composición. Esta prueba también se lleva a cabo en las mismas condiciones que la primera. 4. Recorrido: Consiste en calcular el porcentaje de alargamiento o acortamiento de la muestra durante la transición. También esta última prueba se lleva a cabo en las mismas condiciones y con el mismo ajuste experimental que la primera prueba. Las cuatro pruebas antes mencionadas son todas pruebas de muestreo, las cuales se pueden llevar a cabo por ejemplo, en una pieza aproximadamente cada kilómetro de alambre, pero las dos primeras pruebas son destructivas y por lo tanto, se necesitan llevar a cabo en muestras, por lo cual sería preferible realizar las pruebas 3 y 4 en forma continua. De hecho, al realizar estas dos últimas pruebas como pruebas de muestreo tiene varias desventajas. Una primera desventaja es que puede haber no homogeneidades en las características del alambre, las cuales no son detectadas debido a su muy baja frecuencia de muestreo a lo largo del alambre, además con los modos operativos actuales, estas pruebas se realizan en paralelo con el proceso de fabricación y por lo tanto, incrementan el tiempo y los costos para tomar la muestra de la línea de fabricación y llevan a cabo pruebas fuera de línea, por último, en las fábricas industriales es mejor tener alambres tan largos como sea posible, mientras que llevar a cabo las pruebas de muestras como se describe antes, hace necesario fraccionar el alambre en varias porciones relativamente cortas.

Breve Descripción de la Invención El objetivo de la presente invención es proporcionar un método y un aparato, que resuelvan las desventajas antes mencionadas. Este objetivo se alcanza con la presente invención ya que un primer aspecto de la misma es acerca de un método para el control continuo de calidad de un alambre de aleación con memoria de forma o su semejante, caracterizado por: a) suministrar el alambre a través del aparato, en donde se somete a una excursión de temperaturas que cubren un intervalo para comprender las temperaturas de transición características para el material del cual fue hecho el alambre; b) medir directa o indirectamente en línea las variaciones de longitud del alambre en los puntos pre-establecidos del aparato correspondientes a las diferentes temperaturas conocidas; c) utilizar los datos de la variación de temperatura y longitud para obtener los puntos de la curva de histéresis del material en el diagrama de temperatura-alargamiento. La ventaja principal del método y aparato presentes es que permiten la revisión de las características del alambre, no nada más con el muestreo sino al controlar continuamente la calidad del producto, en la producción total. Otra ventaja importante deriva del hecho de que este control se lleva a cabo en línea, lo que ahorra tiempo y costos para tomar las muestras y realizar las pruebas fuera de línea. Estas y otras ventajas y características del método y del aparato de conformidad con la presente invención serán claras para las personas experimentadas en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada de una modalidad de la misma, al hacer referencia a los dibujos anexos.

Breve Descripción de los Dibujos Estas y otras ventajas y características del método y del aparato de conformidad con la presente invención serán claras para las personas experimentadas en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada de una modalidad de la misma, al hacer referencia a los dibujos anexos. La Figura 1 es una vista frontal esquemática de un aparato que lleva a cabo el método de conformidad con la presente invención; y La Figura 2 es una vista superior esquemática del aparato de la Figura 1.

Descripción Detallada de la Invención El presente método se basa en la idea de hacer un pase continuo de alambre en un aparato de medición, en donde se somete a una excursión de temperatura, en donde se abarcan las temperaturas de transición características por el intervalo de excursión, y medir en línea las variaciones de longitud del alambre durante esta excursión. De preferencia, la temperatura del alambre que entra y abandona el aparato de medición es a temperatura ambiente, mientras en por lo menos un área del aparato el alambre se calienta a una temperatura por lo menos igual a Af (pero de preferencia más alta). Dentro del aparato es posible tener un perfil térmico que es continuo o discontinuo, "por pasos". En una primera modalidad del método, es posible medir directamente el alargamiento del alambre, por ejemplo, al realizar un deslizamiento del alambre en los puntos de soporte del aparato, las variaciones de longitud del alambre provocarán la aparición y desaparición progresiva de desviación entre los puntos de soporte, y al medir la desviación es posible obtener las variaciones de longitud que se dan lugar entre los puntos de soporte, una vez que se conocen las temperaturas en estos puntos y las variaciones de temperatura, es posible obtener una curva de histéresis del alambre.

Sin embargo, ya que los alargamientos son pequeños, es difícil lograr la medición directa de los mismo, ya que también requiere el uso de instrumentos de precisión óptica con el fin de no afectar la tensión del alambre. Por lo tanto, una modalidad preferida del método de la invención consiste en medir la variación de la velocidad del alambre mientras pasa entre las áreas a diferentes temperaturas del sistema.

Considerando que una variación de longitud se puede expresar como un porcentaje de la longitud inicial, la variación de ésta última cuando pasa de una temperatura a otra puede medirse como su primera derivada con respecto al tiempo, es decir, como velocidad, más exactamente, en el método de la invención se mide la diferencia de la velocidad del alambre entre varios puntos de su recorrido a través del aparato, que están a diferentes temperaturas. En otras palabras, al suministrar el alambre con una velocidad fija conocida, y con una tensión constante apropiada, a través de una secuencia de áreas a diferentes temperaturas, y medir la velocidad del alambre en cada temperatura, es posible obtener la cantidad de alargamiento (o acortamiento) ocurrido mientras pasa de una temperatura a otra. De esta forma, al integrar las variaciones de velocidad, es posible obtener los puntos de la curva de histéresis en el diagrama de temperatura-alargamiento y calcular el recorrido en la transición entre las dos temperaturas. En el método de medición presente, la medición de la velocidad del alambre es más sencilla de realizar que la medición directa de los alargamientos o acortamientos en el método de desviación antes descrito. En un segundo aspecto de la misma, la invención es acerca de un aparato para llevar a cabo el método de la invención. Un ejemplo de un aparato con la capacidad para realizar la medición de variaciones de velocidad se ilustra en las Figuras antes descritas, el cual muestra un alambre F desenrollado por una máquina B de desenrollado de entrada y enrollado en una máquina B' de enrollado de salida. La tensión del alambre F se controla por una unidad V, colocada corriente debajo de la máquina B de desenrollado de entrada, provista con dos rodillos R de accionamiento, en donde el alambre F se enrolla pocas veces y con un brazo C suelto que detecta la transición en el alambre. La medición de la tensión por medio del brazo C se dirige a mantenerse constante al accionar el control de los rodillos R, y en caso también de que los rodillos R' de la unidad V que controla la velocidad del alambre y que se coloca corriente arriba de la máquina B' de enrollado de salida. Las unidades V y V se conectan para una retroalimentación mutua. Entre las dos unidades V y V, se coloca una serie de cámaras T termostáticas, en cada una se mantiene constante una temperatura determinada, por medio de sistemas de regulación conocidos, para reproducir un perfil determinado de temperatura en una manera discontinua. En el ejemplo ilustrado, se proporcionan trece cámaras T con una temperatura "escalonada", es decir, una diferencia de temperatura entre las cámaras adyacentes de 20°C primero, aumentando y después disminuyendo, de tal forma que se obtenga un perfil de temperatura que será de 40-60-80-100-120-140-160-120-100-80-60-40°C. En cada cámara T se coloca una polea M inactiva, mantenida a la temperatura de cámara y en donde se enrolla el alambre F sin deslizarse, la cual se utiliza para medir la velocidad del alambre F a través de un codificador de alta definición que detecta la velocidad de rotación de la polea M con precisión. Otras dos poleas M, con codificadores relevantes, también se colocan respectivamente, corriente arriba y corriente abajo de las cámaras T para detectar la velocidad del alambre a temperatura ambiente, que es normalmente de aproximadamente 20°C. Con el conocimiento de la velocidad del alambre F en las diferentes cámaras T en cada temperatura y ya que se conoce la contracción P entre las poleas M, es posible obtener la relación entre la temperatura del alambre y el alargamiento del mismo. Los parámetros medidos se registran continuamente en tiempo real por medio de un medio conocido y es preferible proporcionar un medio de marcado de alambre que se activa automáticamente cuando los parámetros medidos alcanzan valores fuera del rango de tolerancia permitido. En una modalidad alternativa, entre las dos unidades V y V se coloca una sola cámara de calentamiento con extremos abiertos, y las poleas M se pueden mover a lo largo del eje de la cámara, al llevar el área central de la cámara a la temperatura más alta de interés (160°C en el ejemplo anterior), la dispersión térmica en los extremos abiertos de la cámara determina un perfil de temperatura con "forma de campana" a lo largo de la única cámara, con un máximo en la mitad y disminuciones regulares hacia los extremos. Cuando el perfil térmico de la cámara es conocido, es posible mover cada una de las poleas M a la posición en la cámara que está a la temperatura deseada (por ejemplo, las temperaturas correspondientes a las trece cámaras de la modalidad antes descrita). El perfil térmico de la cámara se puede conocer al medir la temperatura en una serie de puntos ubicados a lo largo de la cámara, por ejemplo, por medio de termoacoplamientos o pirómetros ópticos u otros sistemas apropiados, la medición de la temperatura en la serie de puntos se puede realizar durante una prueba de calibración apropiada, o en una forma continua durante la prueba de revisión del alambre. De preferencia, los puntos en los cuales se mide la temperatura a lo largo de la cámara corresponden a los puntos en donde se colocan las poleas M. Es evidente que las modalidades del método y del aparato de conformidad con la invención antes descritos e ilustrados son solamente ejemplos susceptibles de varios cambios. En particular, los parámetros constructivos y operativos se pueden cambiar, tal como el número de cámaras T y la temperatura "escalonada" entre las cámaras, el enrollado, desenrollado del alambre, las unidades de suministro, incluso la contracción P entre las poleas M adyacentes puede no ser constante, siempre que sea conocido. Además, en la modalidad con el perfil de temperatura escalonado a lo largo del aparato, las cámaras T pueden suministrarse con el uso del calentamiento del alambre por el efecto Joule (al menos para el incremento de temperatura), aplicar diferentes voltajes en diferentes puntos con los cuales entra en contacto el alambre (pueden ser las mismas poleas M), es posible ajusfar las caídas potenciales en las partes únicas del alambre y así conocer la resistencia del alambre, ajustar las temperaturas conocidas en estas partes. De igual forma la velocidad se puede detectar con diferentes medios a las poleas y codificadores antes mencionados, por ejemplo, por medio de instrumentos ópticos que detectan el paso de marcas colocadas en el alambre a una distancia constante o instrumentos ópticos de lectura láser que no requieren la presencia de marcas en el alambre y en donde la medición de velocidad del mismo se basa en el efecto Doppler. El aparato de la invención, en una variable del mismo puede también comprender un medio de marcado de alambre, para permitir marcar partes del alambre cuando los parámetros medidos en esas partes alcanzan valores fuera del rango de tolerancia permisible, este medio de marcado por lo general, se activa automáticamente cuando el sistema detecta que estas partes del alambre no cumplen con las especificaciones. El aparato y método de la invención constituyen solamente una forma conocida para proporcionar un alambre hecho de una aleación SMA en donde el 100% del alambre está certificado para tener las características requeridas. Sin embargo, para ciertas aplicaciones con menos requerimientos estrictos de calidad, el método y el aparato de la invención pueden ser utilizados para revisar menos de la totalidad del alambre, por ejemplo, 75% del alambre. Esto se realiza por ejemplo, al no pasar parte de la longitud del alambre dentro del sistema o al no registrar los datos medibles por el sistema por un período de tiempo, en esos períodos de tiempo el alambre puede viajar más rápidamente desde la máquina B de desenrollado de entrada a la máquina B' de enrollado de salida, lo cual acorta el tiempo total de operación. Al operar de esta forma, es posible tener un buen grado de confiabilidad acerca de las propiedades del alambre, suficiente para otras aplicaciones, a menor costo.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un método para el control continuo de calidad de un alambre de aleación con memoria de forma, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) suministrar el alambre a través de un aparato en donde se somete a una excursión de temperatura que abarca un intervalo para comprender las temperaturas de transición características del material del cual está hecho el alambre; y b) medir directamente o indirectamente en línea las variaciones de longitud del alambre en puntos pre-establecidos del aparato correspondientes a diferentes temperaturas conocidas; c) utilizar los datos de temperatura y variación de longitud para obtener por puntos la curva de histéresis del material en el diagrama de temperatura-alargamiento.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alambre es suministrado con una velocidad conocida y con una tensión constante, y la medición de las variaciones de longitud se obtienen de la desviación entre diferentes puntos de soporte colocados a lo largo del aparato.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alambre es suministrado con una velocidad conocida y con una tensión constante, y porque las mediciones de las variaciones de longitud se obtienen al medir las variaciones de velocidad del alambre entre diferentes puntos del aparato.

4. Un aparato para el control continuo de calidad de un alambre (F) o su semejante hecho de una aleación con memoria de forma, caracterizado porque comprende: a) un medio apropiado para ajustarse a lo largo del alambre (F) a un perfil de temperatura conocido en un intervalo que abarca las temperaturas de transición características del alambre; b) un medio apropiado para medir directamente o indirectamente la variación de longitud del alambre (F) en cada una de las diferentes temperaturas; y c) unidades (B, ?', V, V) de suministro de alambre.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la variación de longitud del alambre se mide directamente a través de la medición por un medio óptico de la desviación formado por el alambre entre diferentes puntos de soporte ajustados a diferentes temperaturas.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque las unidades (B, ?', V, V) de suministro son apropiadas para ajusfar la tensión y la velocidad de suministro del alambre (F), y en donde la variación de longitud del alambre se mide indirectamente con un medio apropiado para medir la velocidad del alambre en diferentes puntos ajustados a diferentes temperaturas.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el medio apropiado para ajusfar un perfil de temperatura conocido a lo largo del alambre comprende puntos de contacto del alambre ajustado a diferentes potenciales eléctricos.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el medio apropiado para ajustar un perfil de temperatura conocido a lo largo del alambre comprende una o más cámaras (T) termostáticas.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende una pluralidad de cámaras (T) termostáticas, en cada una se mantiene una temperatura constante por medio de sistemas de regulación automática, y en donde el medio apropiado para medir directa o indirectamente la variación de longitud del alambre se coloca en cada una de las cámaras (T).

10. El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende una única cámara (T) termostática calentada en el área central de la misma para crear una perfil de temperatura continuo en el intervalo, y en donde el medio apropiado para medir directamente o indirectamente la variación de longitud del alambre se coloca en puntos pre-establecidos a lo largo de la cámara (T).

11. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque también comprende un medio de revisión en puntos pre-establecidos a lo largo de una única cámara (T) termostática .

12. El aparato de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque los puntos de revisión de temperatura pre- establecidos coinciden con los puntos en donde se coloca el medio apropiado para medir directa o indirectamente la variación de longitud del alambre.

13. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el medio de medición de velocidad del alambre (F) son poleas (M) inactivas en donde el alambre (F) se enrolla sin deslizamiento, cuya velocidad de rotación se mide por codificadores de alta definición.

14. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la contracción (P) entre las poleas (M) es constante.

15. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 a la 14, caracterizado porque también comprende un medio de marcado de alambre que se activa automáticamente cuando los parámetros medidos alcanzan valores que están fuera del rango de tolerancia permisible.

16. Un alambre de aleación con memoria de forma caracterizado porque el hecho de que el 100% de la longitud del alambre se certifica para tener un ciclo de histéresis y propiedades de recorrido a un rango deseado de valores pre-establecido.

17. El alambre de aleación con memoria de forma caracterizado porque el hecho de que el 75% de la longitud del alambre se certifica para tener un ciclo de histéresis y propiedades de recorrido en un rango deseado de valores pre-establecido.