控制偶插入深度对热处理炉炉温的影响分析

时间：2024-11-02

张小辉

（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471000）

1 问题来源

本单位在热处理炉的计量检测过程中，经常发现热处理的均匀性合格，但偏差十分大。这就让我们产生了疑问，为何作为生产产品的关键设备，它的偏差怎么这么大？

2 原因分析

（1）通过对各生产单位的现场人员询问发现，每年，各单位都必须对热处理炉的热电偶和仪表进行校准，热电偶型号不同，校准的周期不同，最常用的K型热电偶的建议周期为半年，仪表根据使用的标准和热处理炉的级别不同而有效期不同，有一个月到一年不等。通过对控制仪表校准发现，仪表没有问题，其它在中间起到影响作用的还有补偿导线，补偿导线一般各个单位没有校准周期，只是安装前进行了计量，为排除补偿导线的问题我们，我们将补偿导线拆下来进行了计量，补偿导线误差在零点几度，符合要求，同样我们对热电偶拆下来也进行了校准，也符合要求，可以排除仪表、热电偶、和补偿导线的不准的问题[1]。

图1 热电偶有效加热区位置布置图

（2）排除以上造成的影响，我们重新回到炉子本身，横向比较，为何有这么多热处理炉都出了问题，它们都有什么共同点？通过对比，我们发现这些热处理炉结构简单，是D型，也就是说，这些热处理炉只有控温偶和报警偶，而且加热方式简单，只有一个加热区，且只有一个热电偶控制整个加热区的温度，从这里我们可以发现，热处理炉有两个热电偶，一个是控制偶，一个是报警偶，那么即使一个不准，那么为什么另外一个报警偶也不准呢？我们通过对炉子的热电偶对比发现这些热电偶大部分都是双芯热电偶，顾名思义，就是一根外保护套管，里面两根热电偶，两个热电偶的位置一样，而位置一样了，那么温度就自然而然相同了，而且有些不良厂家会把报警和控制接一根热电偶，这样只有一根热电偶，那不管是控制仪表还是报警仪表显示的温度自然是相同的，那么会不会是热电偶的位置问题呢？我们对某厂家型号为TQF-17-E的热处理炉在温度830℃时进行检测，测试方法选用GB/T 9452-2012《热处理有效加热区测定方法》，热电偶布置位置见图1，测试结果见表1。

表1 某热处理控制偶总插入深度与炉温关系表

通过表1我们发现控制热电偶在开始位置时有效加热区整体偏差为33.8℃，对比其它控制偶位置时的测试结果发现，该热处理炉的控制偶总插入深度在50cm以下时有效加热区的整体偏差才符合要求。

（3）有时，热处理炉的控制偶插入深度是固定死的，而其热处理炉也会产生偏差，我们将其控制偶拆除发现，控制偶的偶丝较短，没有到保护套管的底部，这种情况也可以归为热电偶位置产生的影响，需要选择适合的热电偶丝方可[2]。

3 改进

既然分析出了原因，那我们就不难对热处理炉的炉温偏差进行调整，通过具体设备，选择合适控制偶插入深度，然后对热处理炉进行了校准。

从表1还可以发现在插入深度为50cm时，炉内温度已经符合热处理炉要求，在插入深度为55cm时和50cm时炉温区别不大，根据实际情况，所以理想的热电偶插入深度应该为50cm。

4 过程分析

通过此类热处理炉测试时发生的情况分析总结，此类由热电偶插入深度引起的炉温偏差，其原理非常简单，就是控制偶的控制位置，不在热处理炉的有效控制位置上，造成这种现象的原因主要有：

（1）热电偶本身有质量问题，这一类主要是偶丝较短，伸不到保护套管的底部所造成的。

（2）热电偶安装不规范所引起的，目前，各单位的控制热电偶绝大多数都是K型，而JJF1637廉金属热电偶校准规范建议的校准周期为半年，目前，各单位也都按照此标准执行，热电偶每次拆下来送检后，安装必须恢复原位，而且安装后必须再次校准炉温。这一点在GB/T 9452、HB 5425、GB/T 30825、AMS 2750E,等标准里面都提到了这一点，控制偶不得挪动，否则必须重新测量炉温均匀性，而这一点是正是造成炉温偏差的关键。热处理炉的校准周期根据炉子级别分三个月到半年不等，不过很多单位为了减少成本，只一年检测一次。

这就和热电偶的检测标准对应不起来，而且，由于热处理炉是使用非常频繁的设备，这就造成控制偶的损坏较多，而各单位在热电偶损坏后，只会换一根检测合格的新的热电偶，而炉子热电偶有都在有效期内，为省事而不去测试炉温均匀性，这样更是造成风险进一步加大，造成大部分单位热处理的管理在这一点上都无法满足。而且截止目前各单位工艺包扩实验人员都认为，拆下来以后，只要安装在原来位置，不用再次测量炉温，这也是一种错误的认识。

5 如何避免

（1）通过以上分析可知，热处理炉在使用过程中，需要测试炉温和控制偶，必须先测完热电偶后紧接着再测试炉温，而且如果中间存热电偶损坏或挪动，必须重新校准炉温。

（2）之所以更换热电偶后安装位置不对，或者更换热电偶的热处理炉不去重新测量炉温，归根结底还是使用单位，对热处理炉重视不够，管理有漏洞，所以更应该加强现场操作人员和工艺人员的培训。

（3）审查有漏洞，检查时过于在于文字性的描述，而忽视现场的审查，各单位应该对热处理炉的控制偶送检和更换时，有明确的记录，并记录详细的拆装时间，进行归档，做到有据可查。

（4）从设备上杜绝，此类由控制偶位置不正确造成炉温偏差的热处理设被，都是D型热处理设备，结构简单，只有控制偶和超温报警两只，而且大部分，还采用双芯，炉温超差时无法发现，要是有随载热电偶，来监控产品的温度，或者用高低温热电偶来监控炉膛有效加热区最低温度点和最高温度点，即使控制偶位置不对，炉温超差，那么其他热电偶也能及时发现。这样就不会再造成炉温偏差[3-5]。