基于AMS 2750G標(biāo)準(zhǔn)爐溫均勻性測(cè)試要求解析

孔令利，賀瑞軍，成亦飛

北京航空材料研究院 北京 100095

1 序言

AMS 2750《Pyrometry》為美國(guó)宇航材料標(biāo)準(zhǔn)，是NADCAP（國(guó)家航空航天和國(guó)防合同方授信項(xiàng)目）審核中熱處理過(guò)程認(rèn)證的重要依據(jù)，從1980年發(fā)布以來(lái)，已經(jīng)歷7次版本的修訂，在2022年6月發(fā)布最新的AMS 2750G—2022版（以下簡(jiǎn)稱AMS 2750G）；該標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：溫度傳感器、儀表、熱處理工藝設(shè)備、系統(tǒng)精度校驗(yàn)、爐溫均勻性測(cè)量、記錄及管理等，最新版本得到進(jìn)一步優(yōu)化，刪除了部分過(guò)時(shí)內(nèi)容（特別是對(duì)模擬儀表的相關(guān)要求），解決了歷史版本中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，突顯該標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性和科學(xué)性[1，2]。

2 爐溫均勻性測(cè)試

爐溫均勻性的基本概念：在熱處理爐達(dá)到熱平衡前后，使用校準(zhǔn)過(guò)的儀器裝置和熱傳感器對(duì)工作區(qū)溫度變化進(jìn)行一系列測(cè)試，溫度變化是相對(duì)于爐膛中的傳感器而不是爐子設(shè)定點(diǎn)溫度，在熱處理爐有效加熱區(qū)內(nèi)的溫度相對(duì)于設(shè)定溫度的變化。AMS 2750G版中關(guān)于爐溫均勻性測(cè)試內(nèi)容共涉及17項(xiàng)內(nèi)容，可概括為：初始和周期性TUS溫度測(cè)試；時(shí)間間隔；熱處理設(shè)備改變；維修對(duì)測(cè)試間隔的影響；爐溫均勻性測(cè)試時(shí)設(shè)備參數(shù)設(shè)置；氣氛要求及具體設(shè)備的要求；爐溫均勻性測(cè)試時(shí)對(duì)于測(cè)試和負(fù)載傳感器的要求；傳感器失效要求及A類或C類儀表配置中的高/低溫記錄傳感器的定位要求；爐溫均勻性測(cè)試數(shù)據(jù)采集；結(jié)果記錄以及測(cè)試是否合格的判定要求等。爐溫均勻性測(cè)試（TUS）作為AMS 2750G中的關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)，其測(cè)試結(jié)果的合格與否，將直接影響熱處理爐的使用性能和制件的熱處理工藝質(zhì)量。

3 爐溫均勻性測(cè)試內(nèi)容解讀

AMS 2750航空航天材料規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷7個(gè)版本的修訂，最新版本為AMS 2750G版，是在AMS 2750F版發(fā)布兩年后進(jìn)行了更新，對(duì)于關(guān)鍵的爐溫均勻性測(cè)試內(nèi)容也隨之進(jìn)行了修訂，因此有必要通過(guò)對(duì)相關(guān)內(nèi)容的解讀來(lái)提高對(duì)AMS 2750G版爐溫均勻性測(cè)試的認(rèn)識(shí)。對(duì)于本文所整理的數(shù)據(jù)、結(jié)果，均摘錄標(biāo)準(zhǔn)原文，部分內(nèi)容結(jié)合筆者個(gè)人理解，僅供參考。

3.1 爐子等級(jí)劃分及儀表類型要求

如果沒(méi)有專門規(guī)定，爐子等級(jí)應(yīng)滿足所處理產(chǎn)品材料管理規(guī)范所確立的溫度均勻性要求。AMS 2750G、AMS 2750F和AMS 2750E中對(duì)爐子等級(jí)的劃分較為統(tǒng)一。表1按照AMS 2750G中的規(guī)范要求書寫，對(duì)以℃為單位的溫度均勻性公差增加備注，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2級(jí)爐的溫度均勻性公差為±6.0℃，3級(jí)爐的溫度均勻性公差為±8.0℃；我國(guó)相關(guān)航空標(biāo)準(zhǔn)則基本規(guī)定2級(jí)爐的溫度均勻性公差為±5.0℃，3級(jí)爐的溫度均勻性公差為±10.0℃，需要注意[3-5]。

表1 爐子等級(jí)及均勻性允差

儀表類型是根據(jù)為控制、記錄或指示所需溫度而使用的儀表等級(jí)來(lái)定義的。AMS 2750G儀表類型分類要求見(jiàn)表2。按標(biāo)準(zhǔn)要求，儀表類型由左到右按控制嚴(yán)格要求以降序來(lái)排列，即A型嚴(yán)于B型。超溫保護(hù)傳感器也可用作記錄傳感器，其代表A型或C型儀表的溫度最高位置，或者也可在適當(dāng)位置用稱為D+型的附加記錄傳感器。其中D+型則是在AMS 2750F版新增的一種儀表類型，在AMS 2750G版中繼續(xù)延用。

表2 儀表類型分類要求

3.2 爐溫均勻性測(cè)試間隔和補(bǔ)償

在AMS 2750G標(biāo)準(zhǔn)按照爐子配置儀表類型和用處，對(duì)爐溫均勻性測(cè)試周期進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，詳見(jiàn)表3；不同等級(jí)爐子的儀表最大允許補(bǔ)償值要求見(jiàn)表4。由表3可知，用于生產(chǎn)原材料爐子的爐溫均勻性測(cè)試周期要求比用于生產(chǎn)零件的爐子要放寬些，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際性。而爐溫均勻性測(cè)試周期的延長(zhǎng)并不只是滿足了測(cè)試后合格的次數(shù)，同時(shí)還應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立一套設(shè)備預(yù)檢修機(jī)制，以確保在爐溫均勻性測(cè)試周期延長(zhǎng)期間，能夠保證有效工作區(qū)溫度場(chǎng)的均勻性不發(fā)生超出相應(yīng)爐子等級(jí)規(guī)定的偏差，這點(diǎn)需要注意。

表3 爐子等級(jí)、儀表類型和TUS間隔

表4 爐子等級(jí)、儀表類型、最大補(bǔ)償值

3.3 需要重新測(cè)試爐溫均勻性的情況

在AMS 2705G中，詳細(xì)列舉了爐子因發(fā)生改變和維修而需要重新測(cè)試TUS的規(guī)定，共有14項(xiàng)內(nèi)容，具體如下。

1）設(shè)備位置的變化。如果設(shè)備為可移動(dòng)式，例如，設(shè)備裝有輪子或有其他可移動(dòng)配置，則可不執(zhí)行初始TUS，但在某些情況下，需要進(jìn)行新的周期性TUS。

2）高于最高工作溫度或低于最低工作溫度。

3）燃燒室尺寸、數(shù)量、類型或位置發(fā)生變化。

4）加熱元件數(shù)量、類型或位置發(fā)生變化。

5）氣流方式/速率（擋板位置、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇數(shù)量等）發(fā)生變化。

6）耐火材料厚度發(fā)生變化。

7）使用不同熱性能的新耐火材料。

8）真空爐熱區(qū)設(shè)計(jì)或材料發(fā)生變化。

9）控溫傳感器（如傳感器的類型、組件厚度、元件尺寸、熱接點(diǎn)結(jié)構(gòu)等）發(fā)生變化。

10）控溫傳感器位置發(fā)生變化。

11）燃燒壓力設(shè)定相對(duì)于初始設(shè)定發(fā)生變化，如爐子工作壓力操作系統(tǒng)的設(shè)定相對(duì)于初始設(shè)定發(fā)生變化。

12）溫控表或程序發(fā)生變化。例如：①高-低/開-關(guān)的比例參數(shù)。②控溫儀表模式或類型發(fā)生改變。③P L C邏輯程序?qū)t子加熱控制方式發(fā)生改變。④調(diào)諧常數(shù)、參數(shù)或可變電阻發(fā)生調(diào)整。

13）有效加熱區(qū)容積增加，覆蓋以前未測(cè)試的區(qū)域。

14）有效加熱區(qū)位置發(fā)生變化，覆蓋以前未測(cè)試的區(qū)域。

3.4 爐溫均勻性測(cè)試用傳感器配置要求

在實(shí)際測(cè)試爐溫均勻性過(guò)程中用到最多傳感器是熱電偶，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于比較常用的熱電偶的最大允許誤差進(jìn)行了要求，詳見(jiàn)表5。測(cè)試爐溫均勻性傳感器的分布則是按照體積法進(jìn)行測(cè)試，體積法要求傳感器應(yīng)采用三維放置的方式，以盡可能地布及爐子整個(gè)有效工作區(qū)內(nèi)的特征位置。按照設(shè)備等級(jí)和有效加熱區(qū)的體積，傳感器數(shù)量應(yīng)滿足表6的要求，測(cè)試傳感器的分布規(guī)則詳見(jiàn)表7。

表5 TUS傳感器精度要求

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)AMS 2750G標(biāo)準(zhǔn)中的爐子等級(jí)及儀表類型劃分、爐溫均勻性測(cè)試間隔和補(bǔ)償、需要重新測(cè)試爐溫均勻性的情況以及爐溫均勻性測(cè)試傳感器配置要求等主要內(nèi)容的介紹，可以發(fā)現(xiàn)新版本標(biāo)準(zhǔn)中爐溫均勻性測(cè)試要求相比歷史版本，在內(nèi)容上發(fā)生了一定的改進(jìn)和升級(jí)。在實(shí)際熱處理生產(chǎn)過(guò)程和質(zhì)量管控中，選擇正確、合適的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為熱處理質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù)是非常重要的。AMS 2750標(biāo)準(zhǔn)作為NADCAP認(rèn)證的重要依據(jù)，是國(guó)內(nèi)制造企業(yè)承接國(guó)外航宇產(chǎn)品轉(zhuǎn)包熱處理生產(chǎn)的重要審核內(nèi)容項(xiàng)，同時(shí)通過(guò)應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)也可提升熱處理過(guò)程質(zhì)量管控水平，降低風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)提供依據(jù)和技術(shù)支持。