AMS2750E標準在真空爐中的應(yīng)用

張紅梅

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

AMS2750（航空材料性能）標準是SAE（汽車工程師學(xué)會）在1980年公布的。在2005年推出了修訂版AMS2750D，在2012年又推出了修訂版AMS2750E。AMS2750E標準規(guī)定了各類真空爐型的溫度校準精度和均勻性的要求，以及各類儀器、儀表的校準精度。而在Nadcap(國家航空和國防承包商認證程序的縮寫)的構(gòu)架下，主要的航空設(shè)備制造商的目的是提高技術(shù)，要求承包商（轉(zhuǎn)包商）提高產(chǎn)品質(zhì)量。一些承包商（轉(zhuǎn)包商）為獲得Nadcap認證，對于真空爐的要求就是能夠滿足AMS2750E標準。因此，在AMS2750E標準的嚴格要求下，對真空爐的設(shè)計要求就更加嚴格。

AMS2750E標準中規(guī)定了各類級別真空爐用傳感器及其校準見表1。

表1 各類級別真空爐用傳感器及其校準

AMS2750E標準中規(guī)定了各類級別真空爐爐溫均勻性的要求見表2。

表2 各類級別真空爐爐溫均勻性

符合AMS2750E標準的真空爐，其關(guān)鍵技術(shù)在于真空爐的工藝溫度控制、溫度均勻性的保證、各類溫度傳感器以及各類控制儀表的選用與檢測。目前，隨著各行各業(yè)的生產(chǎn)中都在使用或者借鑒AMS2750E標準，普通的真空爐已經(jīng)不能滿足各行業(yè)用戶的使用要求。因此，為了能夠設(shè)計出滿足AMS2750E標準的真空爐，我們在設(shè)計時，通過下述方法來解決和實現(xiàn)它的關(guān)鍵技術(shù)。

1 真空爐的工藝溫度控制

真空爐工藝溫度的控制主要是通過溫度傳感器來實現(xiàn)，它安裝在真空爐的有效空間內(nèi)，同控制儀表組成爐溫控制、記錄和監(jiān)測系統(tǒng)，用于真空爐工藝溫度控制。工藝溫度控制傳感器的選用與安裝使用都應(yīng)符合AMS2750E標準要求。

1.1 工藝溫度控制傳感器的選用

依據(jù)AMS2750E標準，在表3中列出了各個溫度段工藝溫度控制傳感器的選型分類。

表3 各個溫度段工藝溫度控制傳感器的選型分類

另外，在選用工藝溫度控制傳感器時，還要注意保護管的選用。工藝溫度控制傳感器的保護管根據(jù)所使用的溫度范圍分為金屬保護管、非金屬保護管和金屬陶瓷保護管等三大類。不同類別的保護管測溫響應(yīng)時間也不同。符合且滿足AMS2750E標準的工藝溫度控制傳感器的保護管一般選用金屬管，因為金屬管熱響應(yīng)時間比較快，在測量溫度均勻性時，可以與溫度均勻性測試傳感器的響應(yīng)時間接近或同步。

1.2 工藝溫度控制傳感器的安裝方式

對于負壓的真空爐，工藝溫度控制傳感器可以采用直插式安裝方式（如圖1所示），這種安裝方式簡單方便，溫度傳感器的安裝深度可以調(diào)節(jié)。同時可以使熱電偶與補償導(dǎo)線直接連接并一起校驗，減小系統(tǒng)精度誤差，能夠更好地滿足AMS2750E要求。

圖1 直插式安裝

對于正壓的真空爐，熱電偶的安裝就不能采用直插式。此時，就要考慮螺紋卡套安裝或是法蘭安裝，可以耐很高的正壓（2.5 MPa）。法蘭安裝方式分為兩種：一種為固定法蘭式（如圖2所示），一種為可調(diào)節(jié)法蘭式。可調(diào)節(jié)法蘭式要求溫度傳感器補償導(dǎo)線的引出需要轉(zhuǎn)接，轉(zhuǎn)接件材質(zhì)必須選用與偶材相同的材質(zhì)。這樣才能保證溫度傳感器的精度偏差方向一致。

2 真空爐溫度均勻性的保證

熱處理工藝要求真空爐的均溫區(qū)溫度分布均勻，并能長時間保持穩(wěn)定，使處理的零件能夠處于同一溫度范圍內(nèi)。為了確定真空爐設(shè)計的均溫區(qū)的大小和位置，還需要對均溫區(qū)進行溫度均勻性測量。

圖2 固定法蘭式

2.1 真空爐均溫區(qū)的設(shè)計

依據(jù)AMS2750E標準，對于I類真空爐，爐溫均勻性為±3℃。為滿足這一標準，真空爐加熱室的設(shè)計很關(guān)鍵,它的好壞直接影響到爐子的性能及其運營成本。真空爐的加熱室主要由加熱元件、反射屏、保溫屏以及絕緣瓷件等組成。因圓筒形加熱室熱損失小，溫度均勻性好，故一般真空爐加熱室均設(shè)計為圓筒形。由均溫區(qū)尺寸的大小決定加熱室的尺寸：加熱元件距離均溫區(qū)的徑向尺寸為50～150 mm（經(jīng)驗值為80～100 mm）,距離均溫區(qū)的軸向尺寸為100～250 mm（經(jīng)驗值為245 mm）；加熱元件距離反射屏的徑向尺寸為50～100 mm。隔熱屏應(yīng)距離均溫區(qū)軸向距離尺寸為150～300 mm，或更長一些（經(jīng)驗值為320 mm）。加熱方式采用多區(qū)加熱，多區(qū)獨立控溫（根據(jù)爐型大小設(shè)計）。

2.2 溫度均勻性檢測（TUS）傳感器的選用

溫度均勻性檢測（TUS）傳感器是用來測試真空爐均溫區(qū)的溫度均勻性。AMS2750E標準要求溫度均勻性檢測（TUS）傳感器是必須經(jīng)過國家I級計量單位檢定并附有檢定報告，偏差為已知的溫度傳感器，并且需在有效的檢定期內(nèi)使用。依據(jù)AMS2750E標準，表4中列出了各個溫度段溫度均勻性檢測（TUS）傳感器的選型分類。

表4 各個溫度段溫度均勻性檢測（TUS）傳感器的選型分類

溫度均勻性檢測（TUS）傳感器選用進口的偶絲（國內(nèi)偶絲達不到AMS2750E標準要求的精度），精度要求應(yīng)滿足表4，且同一批次的傳感器應(yīng)使用同一盤材料，不僅保證傳感器間偏差小，而且保證傳感器的偏差方向一致。

2.3 溫度均勻性檢測（TUS）傳感器的安裝方式

溫度均勻性檢測（TUS）傳感器的安裝方式主要分以下兩種，見圖3和圖4。圖3所示安裝方式在檢測時將其安裝在爐壁的安裝法蘭上，溫度均勻性檢測（TUS）傳感器分別通過壓緊螺帽緊固到安裝座上，再進爐膛進行檢測。檢測完后，需將其全部拆除。圖4所示安裝方式在檢測時將其安裝在爐壁的安裝法蘭上，溫度均勻性檢測（TUS）傳感器通過快插方式安裝，只需將插頭與插座一一對應(yīng)插上即可。圖4所示件1傳感器插頭為補償導(dǎo)線部分，件6傳感器插頭為均勻性檢測偶測量端。檢測完畢后，只需將件1與件6兩部分插頭拔下即可，中間件3安裝法蘭盤部分無需拆卸。此種結(jié)構(gòu)使用簡單方便。

圖3 溫度傳感器安裝方式1

2.4 溫度均勻性檢測（TUS）方法及使用儀表

溫度均勻性檢測（TUS）傳感器的安裝數(shù)量及方法以箱式9點為例，如圖5所示：采用平面布置法，前區(qū)4點，后區(qū)4點，中心部位一點。依據(jù)AMS2750E標準，溫度均勻性檢測（TUS）傳感器的測量端均安裝在距工作區(qū)角76 mm（3英寸）以內(nèi)。依據(jù)AMS2750E標準真空爐中使用的工藝儀表不能用來記錄溫度均勻性檢測（TUS）傳感器數(shù)據(jù)。我們測試溫度均勻性時采用的是經(jīng)校準的獨立測試儀表，以及符合上表要求的獨立溫度均勻性檢測（TUS）傳感器進行溫度均勻性檢測。

圖4 溫度傳感器安裝方式2

圖5 溫度均勻性測試方法簡圖

3 真空爐的系統(tǒng)精度測試（SAT）

系統(tǒng)精度測試（SAT）是指在真空爐中用比工藝溫度控制傳感器更高一級的傳感器來

檢測爐子中工藝溫度控制傳感器的測溫準確性，看其偏差是否在適用的要求范圍之內(nèi)。以此來保證爐子中每個加熱區(qū)的溫度控制和記錄的精度。此類傳感器被稱為系統(tǒng)精度測試傳感器。

3.1 系統(tǒng)精度測試（SAT）傳感器的選用

系統(tǒng)精度測試傳感器在使用時，必須經(jīng)過國家I級計量單位檢定并附有檢定證書。依據(jù)AMS2750E標準，表5中列出了各個溫度段系統(tǒng)精度測試傳感器的選型分類。

3.2 系統(tǒng)精度測試（SAT）傳感器的安裝方式

依據(jù)AMS2750E標準要求，系統(tǒng)精度測試（SAT）傳感器的測量端應(yīng)盡可能靠近到控制、檢測或記錄傳感器的測量端，端點與端點間距離不超過76 mm。系統(tǒng)精度測試（SAT）傳感器類型應(yīng)與要測試的傳感器類型不同。此外，對固有的R型傳感器不得用來檢測S型傳感器，而且固有的S型傳感器不得用來檢測R型傳感器。其安裝方式如圖6和圖7所示。

表5 系統(tǒng)精度測試傳感器的選型

圖6 系統(tǒng)精度測試傳感器安裝方式1

圖7 系統(tǒng)精度測試傳感器安裝方式2

圖6所示安裝方式采用了系統(tǒng)精度測試（SAT）傳感器與溫度控制傳感器形成一個合適的角度，使兩個傳感器的測量端直線距離控制在76 mm之內(nèi)。圖7安裝方式采用了系統(tǒng)精度測試（SAT）傳感器與溫度控制傳感器并排安裝方式，使兩個傳感器的測量端直線距離控制在30 mm之內(nèi)。以上兩種安裝方式均能滿足AMS2750E標準要求。

我們對于真空爐在其關(guān)鍵技術(shù)上的解決與實施，達到了AMS2750E標準的嚴格要求。例如我們研制的高溫真空釬焊爐可用于鈦及鈦合金、不銹鋼、高溫合金的真空釬焊；真空時效爐可用于不銹鋼15-5PH、Ti-6Al-4V、鈦合金TB3以及高溫合金等時效處理。目前該類設(shè)備已經(jīng)在航空、航天以及特殊材料的熱處理廠商中廣泛使用。隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，符合AMS2750E標準的真空爐的應(yīng)用也將會越來越廣泛。為提高產(chǎn)品質(zhì)量，我們在真空爐設(shè)計中認真貫徹執(zhí)行AMS2750E標準也具有重要的意義。

[1]AMS 2750E，Pyrometry[S].

[2]馮光勇，胡隆偉.Nadcap認證對熱處理爐高溫測量用熱電偶的要求[J].金屬熱處理，2010，35(8)：97-100.

[3]達道安.真空設(shè)計手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1991.