真空熱處理爐恒溫區均勻性的測定

李安華，王永卿，苗俊芳

（中國電子科技集團公司 第二研究所，山西 太原 030024）

1 真空熱處理爐恒溫區

真空熱處理爐的發熱元件布置，通常有：圓形布置和矩形布置。在真空狀態下加熱，熱傳導方式只有輻射。恒溫區的測量，通常是在空載狀態下進行的。恒溫區的存在，是為了保證熱處理工藝需要，保證熱處理產品品質，提高生產率。

恒溫區的判斷標準很多，不同行業按照各自行業需求，判斷各自的恒溫區。每一臺真空熱處理爐，通常都是按照恒溫區尺寸要求設計的，合格的真空熱處理爐，都得滿足恒溫區尺寸要求。真空熱處理爐爐內溫度均勻性，是指爐內設計恒溫區邊緣各測試點最高和最低與控制點的溫度偏差。

為了保證工藝溫度和實際記錄溫度的一致性，在選擇控溫熱電偶時，按照熱電偶的測溫范圍應盡量選擇誤差小、精度等級高的；其次選擇帶冷端補償的控制儀表，以保證工作偶與爐內溫度一致；再次，應當盡可能地將控溫熱電偶安裝在爐內溫度近似于平均爐溫值的地方，以便正確地反映真空熱處理爐的恒溫區的均勻性。

2 恒溫區均勻性測量的原理

真空熱處理爐恒溫區均勻性的測定裝置：測溫熱電偶、補償導線、檢測儀表（如溫度巡檢儀）、測溫架等組成，如圖1 所示。

2.1 測溫熱電偶的選用

測定恒溫區的熱電偶，應選用真空爐專用熱電偶，且符合相關標準及技術指標要求，按照各溫度段選用對應的測溫熱電偶。標準化熱電偶的主要性能如表1 所列。

圖1 恒溫區測量原理圖

表1 標準化熱電偶的主要性能表

2.2 補償導線的選用

測定恒溫區用的熱電偶補償導線根據GB/T4989-1994、GB/T4990-1995、GB/T4993-1998 的技術要求表選用。并參照表2 所列的數據。

表2 熱電偶補償導線數據表

2.3 檢測儀表

測定恒溫區的檢測儀表，必須具備有效檢定合格證，并要在有效日期內。其精度應高于或者等于生產中使用的儀表的精度等級。優先使用抗干擾的自動數顯、多點溫度巡檢儀。溫度巡檢儀是一種高精密的高集成化的巡回檢測儀，可以與電腦、打印機互聯。

2.4 測溫架

測溫架用于固定測溫熱電偶，根據恒溫區最高溫度，選用相應的材料制作測溫架，測溫架尺寸通常和所測真空熱處理爐假設恒溫區尺寸一致。測溫架通常有矩形和圓柱型，臥式爐選用矩形，立式爐選用圓柱形。測溫點布置如圖2 所示。

圖2 測溫點布置圖

3 恒溫區均勻性的測量過程

3.1 測溫偶的安裝

將測溫熱電偶及控溫熱電偶按GB/J351-1996《中華人民共和國國家計量鑒定規程》中相關規定進行檢測，檢測合格，方能進行爐溫均勻性測定。自爐體拆下測溫孔的蓋板，將經過檢測合格的測溫熱電偶依次穿上壓緊螺母、壓緊環、密封圈，自法蘭孔引入爐腔內，固定好測溫盤，并按照測溫點布置位置，將測溫熱電偶固定在測溫架上，測溫架的尺寸為恒溫區尺寸。將測溫架小心地移入爐腔內，放在爐床上，調整其位置，使之恰好與爐子預設恒溫區空間重合，如圖3 所示。

圖3 測溫盤安裝示意圖

3.2 測溫過程

根據工藝要求，選定測量溫度點，在控溫儀表上設定升溫曲線。

按照操作規程啟動真空系統，查看壓升率是否滿足工藝要求。如滿足要求，則開啟真空系統，至達到工藝要求真空度后，按照升溫曲線加熱。否則需查漏，及至壓升率滿足工藝要求。

在控溫偶顯示儀表達到設定溫度后，按照GB9452-2003 規定的恒溫時間、測溫次數、間隔時間，測定各支熱電偶的值。如果各點溫度都在所要求溫度偏差范圍內，則此溫度點測量完畢；否則繼續等溫，直到溫度均勻或保溫檢測時間到達2 h 為止。

按照此方法測定其他各溫度點。以上數據分別填入記錄表中，完成測定后，按正常的空爐冷卻步驟進行降溫。

4 測量數據的處理與分析

將每個檢測點所得溫度值，分別減去熱電偶、補償導線、儀表的誤差，求得各檢測點溫度真實值。

各檢測點溫度真實值減去設定溫度，得到各檢測點的溫度偏差。最大偏差，就是該熱處理爐的溫度精度。

如果假設恒溫區各檢測點的溫度偏差，均在工藝規定的保溫精度范圍內時，則恒溫區合格；如果有一點或一點以上偏差不能滿足保溫精度要求，則恒溫區不合格。

5 結束語

真空熱處理爐恒溫區均勻性的測量，需保證設備在工藝技術條件下的真空度及壓升率，正確地選用測溫熱電偶及測溫點布置，才能正確測定恒溫區的偏差。恒溫區的確定，關系到設備的好壞，并且是產品工藝能否進行下去的關鍵一環。

[1]JB/T 6049-92，熱處理爐有效加熱區的測定[S].

[2]GJB 509B-2008，熱處理工藝質量控制[S].

[3]GBT 22561-2008，真空熱處理[S].

[4]GB 9452-2003，熱處理爐有效加熱區測定方法[S].