控制偶插入深度對熱處理爐爐溫的影響分析

張小輝

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471000）

1 問題來源

本單位在熱處理爐的計量檢測過程中，經常發現熱處理的均勻性合格，但偏差十分大。這就讓我們產生了疑問，為何作為生產產品的關鍵設備，它的偏差怎么這么大？

2 原因分析

（1）通過對各生產單位的現場人員詢問發現，每年，各單位都必須對熱處理爐的熱電偶和儀表進行校準，熱電偶型號不同，校準的周期不同，最常用的K型熱電偶的建議周期為半年，儀表根據使用的標準和熱處理爐的級別不同而有效期不同，有一個月到一年不等。通過對控制儀表校準發現，儀表沒有問題，其它在中間起到影響作用的還有補償導線，補償導線一般各個單位沒有校準周期，只是安裝前進行了計量，為排除補償導線的問題我們，我們將補償導線拆下來進行了計量，補償導線誤差在零點幾度，符合要求，同樣我們對熱電偶拆下來也進行了校準，也符合要求，可以排除儀表、熱電偶、和補償導線的不準的問題[1]。

圖1 熱電偶有效加熱區位置布置圖

（2）排除以上造成的影響，我們重新回到爐子本身，橫向比較，為何有這么多熱處理爐都出了問題，它們都有什么共同點？通過對比，我們發現這些熱處理爐結構簡單，是D型，也就是說，這些熱處理爐只有控溫偶和報警偶，而且加熱方式簡單，只有一個加熱區，且只有一個熱電偶控制整個加熱區的溫度，從這里我們可以發現，熱處理爐有兩個熱電偶，一個是控制偶，一個是報警偶，那么即使一個不準，那么為什么另外一個報警偶也不準呢？我們通過對爐子的熱電偶對比發現這些熱電偶大部分都是雙芯熱電偶，顧名思義，就是一根外保護套管，里面兩根熱電偶，兩個熱電偶的位置一樣，而位置一樣了，那么溫度就自然而然相同了，而且有些不良廠家會把報警和控制接一根熱電偶，這樣只有一根熱電偶，那不管是控制儀表還是報警儀表顯示的溫度自然是相同的，那么會不會是熱電偶的位置問題呢？我們對某廠家型號為TQF-17-E的熱處理爐在溫度830℃時進行檢測，測試方法選用GB/T 9452-2012《熱處理有效加熱區測定方法》，熱電偶布置位置見圖1，測試結果見表1。

表1 某熱處理控制偶總插入深度與爐溫關系表

通過表1我們發現控制熱電偶在開始位置時有效加熱區整體偏差為33.8℃，對比其它控制偶位置時的測試結果發現，該熱處理爐的控制偶總插入深度在50cm以下時有效加熱區的整體偏差才符合要求。

（3）有時，熱處理爐的控制偶插入深度是固定死的，而其熱處理爐也會產生偏差，我們將其控制偶拆除發現，控制偶的偶絲較短，沒有到保護套管的底部，這種情況也可以歸為熱電偶位置產生的影響，需要選擇適合的熱電偶絲方可[2]。

3 改進

既然分析出了原因，那我們就不難對熱處理爐的爐溫偏差進行調整，通過具體設備，選擇合適控制偶插入深度，然后對熱處理爐進行了校準。

從表1還可以發現在插入深度為50cm時，爐內溫度已經符合熱處理爐要求，在插入深度為55cm時和50cm時爐溫區別不大，根據實際情況，所以理想的熱電偶插入深度應該為50cm。

4 過程分析

通過此類熱處理爐測試時發生的情況分析總結，此類由熱電偶插入深度引起的爐溫偏差，其原理非常簡單，就是控制偶的控制位置，不在熱處理爐的有效控制位置上，造成這種現象的原因主要有：

（1）熱電偶本身有質量問題，這一類主要是偶絲較短，伸不到保護套管的底部所造成的。

（2）熱電偶安裝不規范所引起的，目前，各單位的控制熱電偶絕大多數都是K型，而JJF1637廉金屬熱電偶校準規范建議的校準周期為半年，目前，各單位也都按照此標準執行，熱電偶每次拆下來送檢后，安裝必須恢復原位，而且安裝后必須再次校準爐溫。這一點在GB/T 9452、HB 5425、GB/T 30825、AMS 2750E,等標準里面都提到了這一點，控制偶不得挪動，否則必須重新測量爐溫均勻性，而這一點是正是造成爐溫偏差的關鍵。熱處理爐的校準周期根據爐子級別分三個月到半年不等，不過很多單位為了減少成本，只一年檢測一次。

這就和熱電偶的檢測標準對應不起來，而且，由于熱處理爐是使用非常頻繁的設備，這就造成控制偶的損壞較多，而各單位在熱電偶損壞后，只會換一根檢測合格的新的熱電偶，而爐子熱電偶有都在有效期內，為省事而不去測試爐溫均勻性，這樣更是造成風險進一步加大，造成大部分單位熱處理的管理在這一點上都無法滿足。而且截止目前各單位工藝包擴實驗人員都認為，拆下來以后，只要安裝在原來位置，不用再次測量爐溫，這也是一種錯誤的認識。

5 如何避免

（1）通過以上分析可知，熱處理爐在使用過程中，需要測試爐溫和控制偶，必須先測完熱電偶后緊接著再測試爐溫，而且如果中間存熱電偶損壞或挪動，必須重新校準爐溫。

（2）之所以更換熱電偶后安裝位置不對，或者更換熱電偶的熱處理爐不去重新測量爐溫，歸根結底還是使用單位，對熱處理爐重視不夠，管理有漏洞，所以更應該加強現場操作人員和工藝人員的培訓。

（3）審查有漏洞，檢查時過于在于文字性的描述，而忽視現場的審查，各單位應該對熱處理爐的控制偶送檢和更換時，有明確的記錄，并記錄詳細的拆裝時間，進行歸檔，做到有據可查。

（4）從設備上杜絕，此類由控制偶位置不正確造成爐溫偏差的熱處理設被，都是D型熱處理設備，結構簡單，只有控制偶和超溫報警兩只，而且大部分，還采用雙芯，爐溫超差時無法發現，要是有隨載熱電偶，來監控產品的溫度，或者用高低溫熱電偶來監控爐膛有效加熱區最低溫度點和最高溫度點，即使控制偶位置不對，爐溫超差，那么其他熱電偶也能及時發現。這樣就不會再造成爐溫偏差[3-5]。

6 總結

熱處理爐是一種非常重要加工設備，對整個后續產品的性能起到一個奠基的作用，產品要是基礎沒打牢，后續做再多的工作也是空中樓閣。如何更準確、更高效的控制爐溫才是一個熱處理工藝的核心所在。