真空熱處理爐恒溫區(qū)均勻性的測定

李安華，王永卿，苗俊芳

（中國電子科技集團公司 第二研究所，山西 太原 030024）

1 真空熱處理爐恒溫區(qū)

真空熱處理爐的發(fā)熱元件布置，通常有：圓形布置和矩形布置。在真空狀態(tài)下加熱，熱傳導方式只有輻射。恒溫區(qū)的測量，通常是在空載狀態(tài)下進行的。恒溫區(qū)的存在，是為了保證熱處理工藝需要，保證熱處理產(chǎn)品品質(zhì)，提高生產(chǎn)率。

恒溫區(qū)的判斷標準很多，不同行業(yè)按照各自行業(yè)需求，判斷各自的恒溫區(qū)。每一臺真空熱處理爐，通常都是按照恒溫區(qū)尺寸要求設(shè)計的，合格的真空熱處理爐，都得滿足恒溫區(qū)尺寸要求。真空熱處理爐爐內(nèi)溫度均勻性，是指爐內(nèi)設(shè)計恒溫區(qū)邊緣各測試點最高和最低與控制點的溫度偏差。

為了保證工藝溫度和實際記錄溫度的一致性，在選擇控溫熱電偶時，按照熱電偶的測溫范圍應(yīng)盡量選擇誤差小、精度等級高的；其次選擇帶冷端補償?shù)目刂苾x表，以保證工作偶與爐內(nèi)溫度一致；再次，應(yīng)當盡可能地將控溫熱電偶安裝在爐內(nèi)溫度近似于平均爐溫值的地方，以便正確地反映真空熱處理爐的恒溫區(qū)的均勻性。

2 恒溫區(qū)均勻性測量的原理

真空熱處理爐恒溫區(qū)均勻性的測定裝置：測溫熱電偶、補償導線、檢測儀表（如溫度巡檢儀）、測溫架等組成，如圖1 所示。

2.1 測溫熱電偶的選用

測定恒溫區(qū)的熱電偶，應(yīng)選用真空爐專用熱電偶，且符合相關(guān)標準及技術(shù)指標要求，按照各溫度段選用對應(yīng)的測溫熱電偶。標準化熱電偶的主要性能如表1 所列。

圖1 恒溫區(qū)測量原理圖

表1 標準化熱電偶的主要性能表

2.2 補償導線的選用

測定恒溫區(qū)用的熱電偶補償導線根據(jù)GB/T4989-1994、GB/T4990-1995、GB/T4993-1998 的技術(shù)要求表選用。并參照表2 所列的數(shù)據(jù)。

表2 熱電偶補償導線數(shù)據(jù)表

2.3 檢測儀表

測定恒溫區(qū)的檢測儀表，必須具備有效檢定合格證，并要在有效日期內(nèi)。其精度應(yīng)高于或者等于生產(chǎn)中使用的儀表的精度等級。優(yōu)先使用抗干擾的自動數(shù)顯、多點溫度巡檢儀。溫度巡檢儀是一種高精密的高集成化的巡回檢測儀，可以與電腦、打印機互聯(lián)。

2.4 測溫架

測溫架用于固定測溫熱電偶，根據(jù)恒溫區(qū)最高溫度，選用相應(yīng)的材料制作測溫架，測溫架尺寸通常和所測真空熱處理爐假設(shè)恒溫區(qū)尺寸一致。測溫架通常有矩形和圓柱型，臥式爐選用矩形，立式爐選用圓柱形。測溫點布置如圖2 所示。

圖2 測溫點布置圖

3 恒溫區(qū)均勻性的測量過程

3.1 測溫偶的安裝

將測溫熱電偶及控溫熱電偶按GB/J351-1996《中華人民共和國國家計量鑒定規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定進行檢測，檢測合格，方能進行爐溫均勻性測定。自爐體拆下測溫孔的蓋板，將經(jīng)過檢測合格的測溫熱電偶依次穿上壓緊螺母、壓緊環(huán)、密封圈，自法蘭孔引入爐腔內(nèi)，固定好測溫盤，并按照測溫點布置位置，將測溫熱電偶固定在測溫架上，測溫架的尺寸為恒溫區(qū)尺寸。將測溫架小心地移入爐腔內(nèi)，放在爐床上，調(diào)整其位置，使之恰好與爐子預(yù)設(shè)恒溫區(qū)空間重合，如圖3 所示。

圖3 測溫盤安裝示意圖

3.2 測溫過程

根據(jù)工藝要求，選定測量溫度點，在控溫儀表上設(shè)定升溫曲線。

按照操作規(guī)程啟動真空系統(tǒng)，查看壓升率是否滿足工藝要求。如滿足要求，則開啟真空系統(tǒng)，至達到工藝要求真空度后，按照升溫曲線加熱。否則需查漏，及至壓升率滿足工藝要求。

在控溫偶顯示儀表達到設(shè)定溫度后，按照GB9452-2003 規(guī)定的恒溫時間、測溫次數(shù)、間隔時間，測定各支熱電偶的值。如果各點溫度都在所要求溫度偏差范圍內(nèi)，則此溫度點測量完畢；否則繼續(xù)等溫，直到溫度均勻或保溫檢測時間到達2 h 為止。

按照此方法測定其他各溫度點。以上數(shù)據(jù)分別填入記錄表中，完成測定后，按正常的空爐冷卻步驟進行降溫。

4 測量數(shù)據(jù)的處理與分析

將每個檢測點所得溫度值，分別減去熱電偶、補償導線、儀表的誤差，求得各檢測點溫度真實值。

各檢測點溫度真實值減去設(shè)定溫度，得到各檢測點的溫度偏差。最大偏差，就是該熱處理爐的溫度精度。

如果假設(shè)恒溫區(qū)各檢測點的溫度偏差，均在工藝規(guī)定的保溫精度范圍內(nèi)時，則恒溫區(qū)合格；如果有一點或一點以上偏差不能滿足保溫精度要求，則恒溫區(qū)不合格。

5 結(jié)束語

真空熱處理爐恒溫區(qū)均勻性的測量，需保證設(shè)備在工藝技術(shù)條件下的真空度及壓升率，正確地選用測溫熱電偶及測溫點布置，才能正確測定恒溫區(qū)的偏差。恒溫區(qū)的確定，關(guān)系到設(shè)備的好壞，并且是產(chǎn)品工藝能否進行下去的關(guān)鍵一環(huán)。

[1]JB/T 6049-92，熱處理爐有效加熱區(qū)的測定[S].

[2]GJB 509B-2008，熱處理工藝質(zhì)量控制[S].

[3]GBT 22561-2008，真空熱處理[S].

[4]GB 9452-2003，熱處理爐有效加熱區(qū)測定方法[S].