超微晶互感器鐵芯熱處理過程中產品合格率的提升

高學功

摘 要：本文對提升超微晶互感器鐵芯熱處理過程中產品合格率提出具體的解決措施，并進行實踐和效果驗證。結果表明，對策實施后超微晶鐵芯產品合格率有顯著提高。

關鍵詞：超微晶;合格率;熱處理

中圖分類號：TN249 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）34-0053-03

Improving the Qualified Rate of Products in the Heat Treatment

Process of the Core of the Super Microcrystalline Transformer

GAO Xuegong

（Xinyang Nuclear Industry Electric Co.， Ltd.，Xinyang Henan 464000）

Abstract： In this paper， specific measures were put forward to improve the qualified rate of the products in the process of heat treatment of the core of the super microcrystalline transformer， and the practice and effect verification were carried out. The results show that the qualified rate of super microcrystalline iron core products has been significantly improved after the implementation of the countermeasures.

Keywords： super microcrystalline;qualified rate;heat treatment

超微晶鐵芯是以非合金為原料（或為基礎），經超微晶化熱處理而成。經熱處理后，使非晶態組織晶化，產生納米級尺寸的微細晶粒，獲得所需的最佳性能。

自1988年日本Yoshizawa推出具有優異軟磁性能的納米晶以來，國內外對最典型的鐵基超微晶材料進行了大量基礎研究、生產工藝及應用研究。在此基礎上，超微晶在小型化的高頻電磁器件上得到應用。20世紀90年代初，又在高頻大功率變壓器中獲得廣泛應用。近年來，隨著我國電力事業的發展，以及高壓輸電線路的增多，對電流互感器的要求也相應提高，超微晶鐵芯的高性能價格比被越來越多的用戶所接受。

1 現狀調查

為進一步對實際情況進行量化分析，筆者對2018年8月份每爐超微晶鐵芯的產品合格率進行了統計，結果如表1所示。

從表1可知，每爐超微晶鐵芯合格率在54%～73%波動較大，且平均合格率為63.26%，處于較低水平。

2 原因分析

根據超微晶鐵芯的生產工藝流程，公司QC小組在進行實地考察研究后，從材料、操作、設備、技術四個環節進行了分析，得到影響超微晶鐵芯合格率的末端因素為：①原材料質量缺陷;②纏繞帶材工人技術不熟練;③帶材加工過程中硅橡膠及護盒組裝不規范;④真空退火爐電爐絲導熱不均勻;⑤每爐鐵芯總重過多;⑥熱處理過程中鐵芯擺放方式有誤;⑦熱處理過程中溫度及時間控制不佳。

3 要因確認

3.1 驗證末端因素

對于全部可能因素，QC小組成員以車間大量生產的80/120/30規格超微晶鐵芯為例，對第二部分提出的末端因素進行逐一驗證。

3.1.1 原材料質量缺陷。同供應商指派有關技術人員共同進行超微晶鐵芯熱處理，得到的超微晶鐵芯產品每爐都能穩定在較高合格率，故將原材料質量缺陷歸為非要因。

3.1.2 纏繞帶材工人技術不熟練。纏繞帶材這一工藝流程本身技術含量較低，從事該流程的工人在此之前有著多年互感器線圈繞線經驗，并在從事帶材纏繞工作前統一進行了上崗培訓。因此，該因素不是導致超微晶互感器鐵芯產品合格率較低的原因，歸為非要因。

3.1.3 帶材加工過程中硅橡膠及護盒組裝不規范。通過觀察發現，工人操作熟練，規范度高，且組裝出的半成品經統一檢驗也維持在較高規范率。因此，將該因素歸為非要因。

3.1.4 真空退火爐電爐絲導熱不均勻。真空退火爐為公司于2018年購入作超微晶鐵芯生產用，設備較新，且定期維護日志并未記載電爐絲導熱不均勻等相關問題，專業技術人員現場檢修也未發現電爐絲存在問題。經技術檢查并未發現真空退火爐存在電爐絲導熱不均勻問題，設備運轉良好，電爐絲導熱不均勻歸為非要因。

3.1.5 每爐鐵芯總重過多。在一定范圍內，增加每爐鐵芯擺放數量，產品合格率變化不大，超出該范圍后，增加每爐擺放鐵芯數量，產品合格率明顯下降。在熱處理爐功率恒定的情況下，每爐擺放鐵芯增加到一定數量后，由于整體質量較大，導致鐵芯無法受熱實現完全晶化，降低產品合格率。每爐鐵芯總重過多歸為要因。

3.1.6 熱處理過程中鐵芯擺放方式有誤。平鋪擺放鐵芯時，產品合格率明顯高于堆疊較多的鐵芯擺放方式;擺放間隙相同條件下，邊緣位置鐵芯產品合格率略高于中央位置的鐵芯。熱處理過程中鐵芯擺放方式歸為要因。

3.1.7 熱處理過程中溫度及時間控制不佳。不同熱處理控溫模式得到的超微晶鐵芯產品合格率有顯著差別，熱處理過程中溫度及時間控制歸為要因。

3.2 要因總結

根據以上分析，得出導致超微晶鐵芯產品合格率較低的三個要因是：每爐鐵芯擺放總重較多;熱處理過程中鐵芯擺放方式有誤;熱處理過程中時間及溫度控制不佳。

4 制定對策

針對上述三點要因，提出具體的對策。

對于每爐鐵芯擺放總重較多的問題，要將每爐鐵芯擺放總重控制在合理水平。具體來說，第一，確定每爐可擺放鐵芯最大總重量大致范圍;第二，根據實際情況進行調整，盡可能達到資源最大化利用。

對于熱處理過程中鐵芯擺放方式有誤的問題，可以多次嘗試確定適當的鐵芯擺放方式。具體措施為：根據試驗結果對鐵芯擺放方式進行調整，找出最合適的擺放方式以確保產品合格率。

對于熱處理過程中時間及溫度控制不佳的問題，可以根據實際情況調整熱處理設定工序。具體來說，第一，從理論上分析熱處理過程中導致鐵芯產品合格率低的原因;第二，聘請專業技術指導人員共同探討適當的控溫模式。

5 對策實施

5.1 將每爐鐵芯總重控制在合格率較高的最大水平

根據第四部分的內容確定在維持較高產品合格率前提下，每爐可擺放最大質量約為125kg。以此為標準制定每爐超微晶鐵芯總質量的擺放標準，并記錄在操作工序中進行標準化生產。

5.2 確保熱處理過程中鐵芯擺放方式正確

第一，每爐鐵芯以平鋪的方式進行擺放，盡量保持鐵芯擺放均勻、無堆疊;第二，根據鐵芯距邊緣的位置適當調整鐵芯間隙，靠近邊緣的鐵芯擺放較為緊密，靠近中間的鐵芯擺放相對稀疏，確保每只鐵芯之間應該有1～2cm的間隔。

5.3 設置合理的熱處理控溫模式

在超微晶鐵芯晶化熱處理過程中，最關鍵的是控制超微晶化處理溫度。在現有技術中，通常的超微晶化處理溫度（T）控制在高于晶化溫度（Tx），低于化合相（結晶相）析出溫度（Tx’），因為低于Tx溫度，不能形成超微晶，高于Tx’溫度時，將析出化合物相，微晶晶粒粗化，導致磁性能嚴重惡化。為此，超微晶化處理在晶化溫度Tx與化合物相析出溫度Tx’之間的溫度范圍進行，一般超微晶晶化處理溫度在晶化溫度（30～80℃）范圍內進行[1]。

熱處理的爐溫控制范圍過大、爐內各點溫度不均勻會導致鐵芯的導磁特性降低，鐵芯的工作溫升過高，功率損耗過大，對機械強度、磁導率都會產生影響。對此，公司專門聘請專業技術人員實地研討后進行相關作業指導。

6 檢查效果

6.1 結果

對策實施后，生產車間現場管理人員同專業技術人員一同進行了超微晶鐵芯的生產試驗，并對得到的產品進行合格率統計。統計結果如表2所示。

從表2可知，對策實施后超微晶鐵芯產品合格率有顯著提高，且每爐產品合格率都能穩定在接近100%的范圍內。

6.2 效益

6.2.1 經濟效益。經過這次技術改造后，大大提高了超微晶鐵芯產品合格率，同時也提高了生產效率與產品質量，節省了原材料，為核工電氣帶來可觀的直接經濟效益。原每爐超微晶鐵芯利潤率為14.65%，項目實施后每爐超微晶鐵芯利潤率為23.02%，產品合格率的提升幫助公司每爐超微晶鐵芯直接增收57%，考慮到實際人工及廠房、設備損耗等成本，實際率潤率提升58%。

6.2.2 社會效益。超微晶鐵芯生產是互感器行業的重要組成部分，通過實施本次QC項目，公司對超微晶鐵芯的生產工藝流程進行了整改，產生了如下社會效益。

①本次技術改造是在與同行的交流學習和對過往同行經驗總結的基礎上進行的，其成功不僅是對核工電氣公司生產能力與競爭力的提升，更是整個行業技術發展的一個成功案例，能為后面具有同類問題的企業尋求解決之道提供參考和借鑒。

②超微晶鐵芯的生產屬于低排放、低粉塵、低污染行業，產品合格率的提升進一步減少了原料消耗，降低了單位產品的資源消耗（人力、電力、設備損耗等），使企業的生產經營活動更加符合綠色發展和可持續發展的理念。

6.2.3 隱形效益。與此同時，運用質量控制方法解決超微晶生產過程中產品合格率低的過程也為公司帶來了顯著的隱形效益。

①細節梳理超微晶鐵芯生產工序。本課題的研究，其實就是一個深入研究超微晶鐵芯生產工序流程、梳理生產細節的過程。這個研究既有大量的數據統計，又有大量細致的觀察和邏輯推導。在這個觀察過程中，發現了許多以前沒有發現的問題，特別是熱處理流程的細節處理問題，在本次課題中得到了梳理和糾正。

②有效規范生產行為。本課題的研究，同時也發現了許多平時沒有發現的員工對質量控制及信息系統的操作問題，糾正了以前的錯誤觀念和認知，對廣大車間生產人員進行了非常有意義的科普，規范了期日常生產行為習慣。

③加強員工節約意識。節約成本是信陽核工電氣有限公司一貫的戰略舉措。而此課題正中靶心，解決了節約生產中最關鍵問題：原材料節約。產品合格率的提高直接提高了原材料利用率，降低生產成本的同時避免了原料浪費，樹立了節約生產的先進觀念。

④積累大量寶貴經驗。從本課題選題到結題，核工QC小組積累了大量數據統計、數據分析和數據挖掘的寶貴經驗，以及生產過程中的寶貴經驗。筆者會將這些經驗加以總結，用以指導以后的生產工作。

7 結論

通過本次QC小組活動，提高超微晶互感器鐵芯平均合格率的效果很顯著，優化產品的同時為公司帶來了新的市場，提高了經濟效益，增強了其用QC方法去發現問題、研究問題、解決問題的能力，為今后的活動積累了寶貴的經驗，打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]全白云，許妍，諸宇.大尺寸超微晶鐵芯退火時的特點[M].北京：金屬功能材料，1997.