真空热处理炉恒温区均匀性的测定

李安华，王永卿，苗俊芳

（中国电子科技集团公司 第二研究所，山西 太原 030024）

1 真空热处理炉恒温区

真空热处理炉的发热元件布置，通常有：圆形布置和矩形布置。在真空状态下加热，热传导方式只有辐射。恒温区的测量，通常是在空载状态下进行的。恒温区的存在，是为了保证热处理工艺需要，保证热处理产品品质，提高生产率。

恒温区的判断标准很多，不同行业按照各自行业需求，判断各自的恒温区。每一台真空热处理炉，通常都是按照恒温区尺寸要求设计的，合格的真空热处理炉，都得满足恒温区尺寸要求。真空热处理炉炉内温度均匀性，是指炉内设计恒温区边缘各测试点最高和最低与控制点的温度偏差。

为了保证工艺温度和实际记录温度的一致性，在选择控温热电偶时，按照热电偶的测温范围应尽量选择误差小、精度等级高的；其次选择带冷端补偿的控制仪表，以保证工作偶与炉内温度一致；再次，应当尽可能地将控温热电偶安装在炉内温度近似于平均炉温值的地方，以便正确地反映真空热处理炉的恒温区的均匀性。

2 恒温区均匀性测量的原理

真空热处理炉恒温区均匀性的测定装置：测温热电偶、补偿导线、检测仪表（如温度巡检仪）、测温架等组成，如图1 所示。

2.1 测温热电偶的选用

测定恒温区的热电偶，应选用真空炉专用热电偶，且符合相关标准及技术指标要求，按照各温度段选用对应的测温热电偶。标准化热电偶的主要性能如表1 所列。

图1 恒温区测量原理图

表1 标准化热电偶的主要性能表

2.2 补偿导线的选用

测定恒温区用的热电偶补偿导线根据GB/T4989-1994、GB/T4990-1995、GB/T4993-1998 的技术要求表选用。并参照表2 所列的数据。

表2 热电偶补偿导线数据表

2.3 检测仪表

测定恒温区的检测仪表，必须具备有效检定合格证，并要在有效日期内。其精度应高于或者等于生产中使用的仪表的精度等级。优先使用抗干扰的自动数显、多点温度巡检仪。温度巡检仪是一种高精密的高集成化的巡回检测仪，可以与电脑、打印机互联。

2.4 测温架

测温架用于固定测温热电偶，根据恒温区最高温度，选用相应的材料制作测温架，测温架尺寸通常和所测真空热处理炉假设恒温区尺寸一致。测温架通常有矩形和圆柱型，卧式炉选用矩形，立式炉选用圆柱形。测温点布置如图2 所示。

图2 测温点布置图

3 恒温区均匀性的测量过程

3.1 测温偶的安装

将测温热电偶及控温热电偶按GB/J351-1996《中华人民共和国国家计量鉴定规程》中相关规定进行检测，检测合格，方能进行炉温均匀性测定。自炉体拆下测温孔的盖板，将经过检测合格的测温热电偶依次穿上压紧螺母、压紧环、密封圈，自法兰孔引入炉腔内，固定好测温盘，并按照测温点布置位置，将测温热电偶固定在测温架上，测温架的尺寸为恒温区尺寸。将测温架小心地移入炉腔内，放在炉床上，调整其位置，使之恰好与炉子预设恒温区空间重合，如图3 所示。

图3 测温盘安装示意图

3.2 测温过程

根据工艺要求，选定测量温度点，在控温仪表上设定升温曲线。

按照操作规程启动真空系统，查看压升率是否满足工艺要求。如满足要求，则开启真空系统，至达到工艺要求真空度后，按照升温曲线加热。否则需查漏，及至压升率满足工艺要求。

在控温偶显示仪表达到设定温度后，按照GB9452-2003 规定的恒温时间、测温次数、间隔时间，测定各支热电偶的值。如果各点温度都在所要求温度偏差范围内，则此温度点测量完毕；否则继续等温，直到温度均匀或保温检测时间到达2 h 为止。

按照此方法测定其他各温度点。以上数据分别填入记录表中，完成测定后，按正常的空炉冷却步骤进行降温。

4 测量数据的处理与分析

将每个检测点所得温度值，分别减去热电偶、补偿导线、仪表的误差，求得各检测点温度真实值。

各检测点温度真实值减去设定温度，得到各检测点的温度偏差。最大偏差，就是该热处理炉的温度精度。

如果假设恒温区各检测点的温度偏差，均在工艺规定的保温精度范围内时，则恒温区合格；如果有一点或一点以上偏差不能满足保温精度要求，则恒温区不合格。

5 结束语

真空热处理炉恒温区均匀性的测量，需保证设备在工艺技术条件下的真空度及压升率，正确地选用测温热电偶及测温点布置，才能正确测定恒温区的偏差。恒温区的确定，关系到设备的好坏，并且是产品工艺能否进行下去的关键一环。

[1]JB/T 6049-92，热处理炉有效加热区的测定[S].

[2]GJB 509B-2008，热处理工艺质量控制[S].

[3]GBT 22561-2008，真空热处理[S].

[4]GB 9452-2003，热处理炉有效加热区测定方法[S].