真空氣淬爐溫度及系統精度不合格故障分析

江智軒

（昌河飛機工業（集團）有限責任公司，江西景德鎮 333002）

0 引言

熱處理設備在實際運行過程中，定期對熱處理設備進行溫度均勻性及系統精度測試時經常出現檢測不合格的情況，其影響因素眾多，維修難度大，耗費時間長。

1 故障現象

圖1 TUS 超溫示意圖

2 原因分析

2.1 TUS 超溫問題/穩定后數據較差分析

經過對設備進行仔細排查發現，目前該設備使用的三區控溫偶均為囟7 mm 具有陶瓷外套的鎧裝熱電偶，而進行TUS 測試的熱電偶僅為囟3 mm 金屬鎧裝熱電偶，兩者在控溫系統到達工藝設定溫度點時響應時間至少相差5 s 以上，這是導致測試熱電偶測溫數據過沖的主要因素，同時控溫熱電偶自身精度、溫度信號傳輸誤差、儀表PID 控制參數也會對設備控溫精度及穩定性產生一定的影響，影響TUS 測試數據。

2.2 SAT 測試不合格數據分析

SAT 測試合格要求SAT 測試偶測試數據與控溫儀表顯示數據、記錄儀表打印數據均進行比對，差值均不能超過依2.7，經過查看測試數據及實驗，初步判斷造成SAT 不合格的可能原因有以下4 點：

（1）記錄系統。目前該設備采用的記錄儀表為霍尼韋爾有紙記錄儀表，存在補償導線造成的測量誤差以及儀表存在的打印誤差，圖表上打印出的曲線與實際測試的數據不符。其次在記錄儀表內部參數中未啟用定期打印通道數值功能，計量人員依靠肉眼根據格數計算溫度數值，存在計算誤差。

（2）控溫儀表顯示數據誤差。一般是由于補償導線造成。

（3）SAT 測試熱電偶精度缺失，測試出來的數據不準確。

（4）SAT 測試方式存在問題，按照高溫測量要求SAT 測試偶與控溫熱電偶距離要求76 mm，且越近越好，但現場查看兩者空間距離遠大于此數值。

3 處理步驟

3.1 溫度信號傳遞誤差測試與補償

該設備溫度信號傳遞如圖2 所示，控溫熱電偶溫度信號通過補償導線連接至PLC 模擬量輸入模塊，PLC 內部轉換后通過模擬量輸出模塊連接至霍尼韋爾UDC3300 控溫儀表及DPR250 記錄儀表。使用專用的標準溫度信號發生器進行溫度信號傳遞誤差測試，斷開控溫熱電偶與補償導線的連接后，在連接接頭處給出標準溫度信號，查看溫控儀表及記錄儀表的顯示數據，得出信號傳遞誤差數據，溫控儀表誤差測試數據見表1。

圖2 溫度信號傳遞示意圖

表1 溫控儀表信號誤差測試數據

表1 溫控儀表信號誤差測試數據

針對溫控儀表傳遞誤差問題，根據上、中、下三區儀表信號傳遞誤差值不同手動在儀表內部設置偏置值進行補償，減少信號傳遞誤差。記錄儀表信號誤差問題直接使用儀表內部自校準功能SERVICE-CONNECT0/100，帶補償導線校準儀表測試信號，消除補償導線傳遞誤差。

3.2 控溫熱電偶的更換與調試優化

三區控溫熱電偶全部更換，選用直徑為囟3 mm、一級精度、防泄漏式的金屬鎧裝熱電偶作為控溫熱電偶，直徑與TUS 測試熱電偶保持一致，同時去除陶瓷外套，保證兩者響應時間一致，同時調整控溫熱電偶在爐內的空間位置（與加熱鉬帶的空間距離）以及優化溫控儀表內部的PID 控制參數，使控溫系統與新的控溫熱電偶達到最佳匹配的狀態，到溫時控溫儀表不過沖，保溫時穩定。

3.3 SAT 測試熱電偶的校準及改進

該設備使用的SAT 測試熱電偶是金屬鎧裝N 型偶，通過爐壁上的饋入孔插入至爐膛。按照正常要求SAT 測試偶只用于進行SAT 測試，其他時間應拆卸保存，但是由于拆卸后無相應的裝置密封饋入孔，會造成真空爐泄漏無法使用，故一直長期置留在設備上一直使用。拆卸SAT 測試偶送計量檢測后發現精度已嚴重超差，直接造成測試數據不準確，已經無法繼續使用，故進行更換。更換安裝SAT 測試熱電偶時SAT 測試熱電偶的測量端與控溫熱電偶測量端基本保持一致，兩者空間距離約10 mm，同時根據饋入口方式及尺寸，設計1 套真空密封盲板，如圖3所示，用于拆卸SAT 測試熱電偶后進行密封，便于延長SAT 測試熱電偶的使用壽命及精度。

圖3 真空密封盲板

3.4 記錄儀表打印精度的校準及優化

由于霍尼韋爾DPR 有紙記錄儀是機械傳動式的打印結構，所以在長期使用后必然產生打印精度誤差，可以通過儀表自帶的SERVICE-PRINT0%/PRINT100%打印自校準功能進行打印精度校準，通道0%量程時對應記錄紙張0%刻度線，通道100%量程時對應紙張100%刻度線，消除打印誤差，同時在CHARTDOC 菜單欄里設置定期打印通道信息設置功能，保證在每個測溫點保溫時間段內會將記錄儀表各通道測試的數據直接打印到工藝圖表上，減少計量人員通過肉眼查看圖表格子數計算溫度的計量誤差。

4 結束語

溫度均勻性及系統精度超差問題是一種較為復雜又很常見的熱處理設備問題，通過溫度信號傳遞誤差測量與補償、記錄系統的優化、熱電偶的使用、測量的規范性等幾個方面初步探究此類問題的影響因素及解決辦法，再遇見此類問題時，一定要進行全面的分析及檢測才能快速準確地確定故障原因。