熱處理氣氛爐定碳及碳控故障分析

西安法士特汽車傳動公司 （陜西 710075） 王向陽

熱處理氣氛爐定碳及碳控故障分析

西安法士特汽車傳動公司 （陜西 710075） 王向陽

我公司某車間現擁有易普森推桿爐，以及愛協林多用爐、環形轉底爐、二次限形淬火線等熱處理設備多臺，承擔著公司熱處理工序的生產任務。熱處理氣氛爐的溫控、碳控系統的準確性和穩定性直接關系到產品的質量，溫控系統所涉及的熱電偶檢定、溫控儀表檢定由公司的檢計部門承擔，碳控系統的檢定由車間承擔。下面就如何按照既定程序完成定碳校準工作，以及怎樣快速處理生產過程中碳控系統的故障進行分析探討。

1. 定碳的步驟及注意事項

在爐子完成爐內氣氛恢復后，準備開始做定碳。依據我公司產品工藝要求的實際情況，多用爐采取兩點定碳修正，連續爐采取單點定碳修正（以多用爐為例）。

（1）第一點定碳 設定目標溫度850℃，碳勢0.85%，目標值達到后溫度碳勢穩定1h左右。

定碳方法采取“鋼箔測定碳勢法”，我公司目前采用的定碳箔片為重量100mg左右、厚度0.02mm的鋼箔；電子天平型號為FPG1.0，測量范圍95～105mg，分辨率0.01mg。此定碳方法的技術規范要求見JB/T 10312－2011國家機械行業標準《鋼箔測定碳勢法》。

操作注意事項：①定碳過程中用鑷子夾持箔片時，注意不要使箔片造成損傷。②電子天平應保證充足的預熱時間，以保證測量的準確性，使用前應該用標準砝碼對天平進行標定。③將定碳鋼箔卷成筒狀放入定碳桿前端的螺旋中，注意不可太松，防止操作中鋼箔脫落。④定碳前應注意檢查一下氧探頭吹掃周期，定碳期間氧探頭不能吹掃，可以將氧探頭吹掃的流量計前端手閥關閉，從而確保測量準確。⑤為防止定碳箔片進入爐內時被炭黑覆蓋，影響定碳結果，可以在打開定碳試樣管的手閥時利用爐壓吹出定碳孔內部所積的炭黑。⑥定碳過程中要注意防止鋼箔氧化，正常的箔片應是光亮的，如果出現藍色的氧化色應重做。

根據定碳結果對碳控儀表（歐陸2604）進行參數修正。示例：溫度850℃，碳勢設定值0.85%，實際定碳值0.9%，在愛協林上位機程序FOCOS中的“Atmosphere calculation”中輸入溫度850℃，碳勢0.85，CO含量20%，可計算出氧探頭毫伏值是1123mV；同樣條件，碳勢為0.9%的毫伏值為1127mV，相差4mV。進入2604儀表訪問等級的“LEVEL3”，找到菜單“ZIRCONIA PROBE”，用增減鍵找子菜單“options page”進入，找到參數“probe offset”，用增減鍵將其值改為4即可。修正后，可再次做定碳對其驗證，實際定碳值與儀表顯示值在±0.03%就可以了。

（2）第二點定碳 設定目標溫度920℃，碳勢1.25%，重復定碳步驟，根據定碳結果在儀表2604的菜單“INPUT OPERS”，用增減鍵找到子菜單“cust lin page”，子菜單的參數見附表。

如果定碳結果為1.27%，那么更改第三點的input為1.25，output為1.27%。多點定碳校準可根據工藝實際需要進行標定。

2. 碳控故障實例

（1）故障現象1 有時做完定碳調整好參數后，經過短時間后復檢時，發現定碳偏差又比較大，這時首先要檢查爐體內是否積炭，爐體積炭后，碳控系統已經喪失了測量的準確性，這時去做定碳校準純粹是做無用功了。如果經檢查爐內未積炭，爐體密封性良好，那么可以采取以下步驟進行故障排查。

第一步：探頭頭部積碳檢查。在MP270操作面板上打開手動吹掃氧探頭開關，吹掃氣流量調整到200～300L/h，觀察氧探頭S偶的溫升情況以及探頭的毫伏值能否快速降下來，如果毫伏值1min之內能夠降至七八百毫伏以下，可以認為探頭未積炭，如果在1000以上徘徊，探頭頭部溫度有上升趨勢，可以隔0.5h吹掃一次，吹掃2～3次后，毫伏值即可降至七八百毫伏以下甚至更低。越來越低的氧毫伏數表明了燒炭空氣逐漸到達氧探頭頂部的過程，由于過程氣氛會隨時補充到探頭頭部周圍，故氧毫伏數不會達到零毫伏的水平。

燒炭時，一定要密切關注探頭的頭部溫度，建議當氧探頭頭部溫度達到960～980℃時，及時關閉吹掃氣，等溫度降下來后再進行吹掃，這樣可以有效延長氧探頭的使用壽命。

第二步：參比氣流量檢查。我公司采用的馬拉松氧探頭參比氣流量一般設為6～10L/h，拔下氧探頭的參比氣輸入管，將其插入盛滿水的水杯中，以不間斷氣泡冒出為合適。如果無氣泡冒出，檢查參比氣管路的密封性。

參比氣流量過大，會縮短氧探頭的使用壽命，甚至會破壞內部絕緣；流量過小則不利于氧探頭的正常工作，使檢測到的碳勢低于爐內實際碳勢。

在穩定的氣氛環境下，當我們調整參比氣流量，發現流量的增加已經不會對檢測值發生影響時，即找到了合適的參比氣流量。

第三步：歐陸2604儀表輸入模塊檢查。氧探頭的測量數據，包括氧勢值和S偶的溫度測量電壓值首先要送到2604儀表6通道的雙探頭輸入模塊“dual probe”，其中6A/6D、6C/6D分別為氧勢毫伏值的輸入端子和S偶的輸入端子，用數字萬用表在線測量探頭的氧勢輸出毫伏值，在2604儀表的“level 3”等級，用換頁鍵找到”MODULE IO”菜單，用增減鍵找到子菜單“Module 6A Page ”按確認鍵進入找到參數“Module 6A Val”，看其是否與萬用表測量值一致，如果二者偏差大于10mV，不利于定碳修正時，則更換該模塊。

多點定碳校準表

第四步：泄漏檢查。關閉參比氣30s，觀察探頭毫伏值下降是否超過5mV，如果超過了，可能是探頭有破裂，需更換探頭。

第五步：氧探頭內阻檢查。氧探頭內阻檢查一般在850℃，碳勢0.85%的穩定氣氛中測試，首先在2604儀表的6A模塊的參數“Module 6A Val”讀出探頭的輸出毫伏值E0，然后將10kΩ的電阻跨接在儀表的6A/6D端子，再讀出當前10kΩ電阻的耐壓值Es，二者相比較，如果E0/Es大于6，說明探頭內阻值大于50kΩ。探頭的內阻值最好每月檢測一次，一般新探頭的內阻值不大于1kΩ，隨著使用時間的推移，內阻值將越來越高，一旦其超過20kΩ，應該加強對該探頭的監控，通過定碳定期對其進行修正。

（2）故障現象2 上位機工藝運行參數監控記錄正常，但零件滲碳層深不夠。

原因分析：我公司熱處理工藝采取氮氣與甲醇流量比為1.1:1，CO含量值儀表設定20%，如果在產品滲碳過程中，操作者對甲醇、氮氣流量巡視不夠，則會造成二者比例失調，使CO含量偏離20%，從而使儀表計算碳勢值時出現誤差。如果氮氣流量正常，甲醇流量低，則CO值偏小，儀表按照既定的20%計算，造成計算的碳勢值高于實際值；反之，甲醇流量大于原設定值，CO含量偏高，則儀表計算出的碳勢值低于實際碳勢值。由于氮氣與甲醇流量比不符合要求而造成碳勢的偏差，在上位機記錄曲線上反映不出來，所以操作者定時巡視調整工藝參數，對產品質量的保證起著極其重要的作用。

（3）故障現象3 爐內積炭造成碳控系統失效。

原因分析：在生產過程中，經常會發現在丙酮電磁閥斷電后閥芯關不死，仍然有些許流量注入爐體。在碳控系統調節過程中，存在丙酮空氣同時通入爐體的現象，雖然碳勢曲線看起來是正常的，但因為氧勢測量是點測量，已經不能準確反映爐內碳勢，實際碳勢比顯示值要高，造成零件碳化物超標，使產品質量出現問題。過于嚴重時造成爐體內部大量積炭，使碳控系統失去測量的準確性。解決丙酮電磁閥閥芯失效的方法，一是操作工加強巡視，及時發現問題并進行維修；二是對設備進行適當的改造，通過兩個電磁閥串聯來增強控制的可靠性。

（4）故障現象4 多用爐2604儀表顯示碳勢Sbr。

經檢查，發現探頭S偶開路，探頭S偶測量的溫度值用于碳勢的計算，進入2604儀表的“config”等級，口令密碼4，進入后，用換頁鍵找到“ZIRCONIA PROBE”菜單，用增減鍵找到子菜單“Wiring page”，按壓“確認”鍵進入，在該子菜單的參數中有兩個參數，一個是mv Src，其值是04948：Mod6A.Val表示探頭毫伏值來源于模塊6A測量值；另一個參數Temp Src，其值是05044：Mod6C.Val表示其來源于模塊6C的測量值。探頭S偶開路后，05044的值顯示開路值，碳勢無法計算，故而儀表顯示碳勢Sbr開路，此時可采取更改參數Temp Src為05108，即后室溫度測量值PVIn. Val來進行碳勢計算，因氧探頭S偶測量值與后室溫度測量值存在位置測量偏差，故本參數更改后，需要重新進行定碳校準。如果僅因探頭S偶損壞就更換探頭，無疑會造成備件成本提高，對公司利益造成損害。

3. 碳控系統的維護

（1）定期燒炭對設備的碳控系統無疑是有益的，這樣做一方面使碳控測量的準確性提高，另一方面延長了氧探頭和設備的使用壽命。

（2）定期或適時對碳控系統進行定碳校準，確保碳控系統的準確性，為產品質量提供保障。

（3）氧探頭的更換嚴格執行操作規程，避免因人為原因對探頭造成不可修復的損傷。

（4）操作工要按照工藝要求巡視并調整相關工藝參數，如參比氣、吹掃氣、甲醇、氮氣及丙酮等流量，確保碳控系統正常工作。

（5）設備管理人員定期測試探頭內阻，檢查儀表輸入模塊的顯示值是否準確等，對碳控系統作預防性的維護工作。

（20130815）