关于符合AMS2750标准在TUS测试时过温的研究

常英明，王　斌，赵敏杰

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)



关于符合AMS2750标准在TUS测试时过温的研究

常英明，王斌，赵敏杰

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

摘要：AMS2750标准对炉温均匀性测试（TUS）有着严格的要求，而在测试中，过温是热处理炉生产商和使用单位都会遇到的问题，通过AMS2750标准中炉温均匀性测试（TUS）的概念和对过温的要求，提出了造成过温的主要原因和解决方法。

关键词：AMS2750标准；炉温均匀性测试；过温

AMS2750是国际汽车工程师协会（socicty of automotive engineers，SAE）发布的关于在热处理过程中高温测量的标准，它是由SAE技术标准委员会下设的航空理事会（Acrospace council）管理的航空材料工程委员会材料组B委员会制定的。AMS2750主要对热电偶、仪表校准、热处理炉等级及仪表类型、系统精度测试（System accuracy tests，SAT）、温度均匀性测试（Temperature uniformity survcys，TUS）等5个方面作出详细的规定，在航空航天产品热处理过程中扮演着重要的角色，是Nadcap关于热处理认证的重要依据。

炉温均匀性是热处理炉的一项重要指标，它是指在热稳定前后，用校验过的现场测试仪器和传感器对炉子工作区温度变化量进行的一个或一系列测试。而过温是指当第一次到达炉子设定温度后，炉内温度升高超过规定的TUS正公差的情况（如图1所示）。AMS2750规定在温度均匀性测试过程中，无论是测试还是炉子系统传感器均不允许出现过温。如一台按AMS2750标准中一级炉制造的热处理炉，当温控表设定值为500℃，TUS测量数据中有一点超过503℃便是过温，即使保温一段时间后，TUS测量数据整体回落，达到±3℃范围内，本次TUS测量也是失败的。

图1　过温图示

在AMS2750标准中对不同等级炉子炉温均匀性、以及其所使用仪表等级和炉温均匀性测试周期均进行了严格规定，如表1。

表1　炉子等级、仪表类型、TUS间隔

1　炉温均匀性测试中遇到造成过温的主要原因及解决方法

造成热处理炉过温的因素有很多，除了炉胆热区设计外，在测试过程中主要有以下因素：

1.1热电偶的选择

有些热处理厂家将高温炉当作低温炉使用时，有过温的现象发生，原因为：高温炉与低温炉所使用的热电偶材质不同。比如，K型热电偶的材质为镍铬-镍硅，S型热点偶的材质为铂铑10-铂，两种热电偶温度与电势的对照表如表2、表3所示，K型热电偶在400℃每升高1°所产生的电势为42.27 mV，而S型热电偶在400℃每升高1°所产生的电势为9.58 mV，由此可以看出，K型热电偶在低温段比S型热电偶反应更灵敏，能使温控表更快做出调节，从而达到抑制过温。

1.2控温热电偶的位置

在温度均匀性测试时，有时候发现某个控温热电偶的温控区内，所有被测试点温度与设定值相比均偏高，并且有的被测试点已过温。针对这个情况，重点考虑这支控温偶的位置，即通过插拔热电偶，使得热电偶的测温端靠近附近热场中的温度高点，增大控温偶测得的数值，减小功率输出，达到整个温控区温度降低。

表2　K型热电偶温度与电势对照表

表3　S型热电偶温度与电势对照表

例如，基于AMS2750标准的一级热处理炉在以下两种情况均可以尝试插拔热电偶来调整恒温区：当一点控温时，控温偶在400℃稳定后，所有测温偶读数均偏高甚至有的已经超过了+3℃（如图2所示）；当多点控温时，所有控温偶在400℃稳定后，上区测温偶读数均偏高（如图3所示）。

图2　一点控温时热电偶位置不当

图3　上区控温偶位置不当

1.3温控表PID参数不佳

PID是比例、积分、微分的简称，PID控制的难点不是编程，而是控制器的参数整定。目前，市场上主流的温控表大都内置有PID调节模块，也基本都有PID自整定的功能，而使用自整定出来的PID参数控制炉温时有时不能达到理想的效果，例如会出现过温的情况，这时，就需要操作者手动整定PID。

当士兵射击远方的移动目标时，考虑到子弹运动的时间，需要一定的提前量。温控也一样，从升温到保温段，当炉温达到保温温度才减小功率输出，那么温度很有可能会超过设定值（如图4所示）。通过适当调整PID参数，使在炉温快达到设定温度时，提前减小功率输出，就可以有效防止出现过温（如图5所示）。

图4　PID参数不佳时

图5　适当调整PID参数后

1.4测温热电偶的位置

测温热电偶除中心点外，其余热电偶捆绑位置应处于加热带间隙之间，如果正对加热带则会使得加热时热响应变快，容易产生过温。并且热电偶的捆绑方式要一致，即：距离测温架保持一样的距离，如果紧贴测温架捆绑会使得在升温过程中温度偏低，但在保温段会使得温度过高也会产生过温。有条件的情况下，设计时就在炉壳体上预留炉温均匀性测量热电偶接口，采用直插式铠装热电偶测量，可以有效避免测温架的影响。

1.5针对炉温均匀性的特殊情况

考虑到工件和工装在加热过程中会吸热，多区热处理炉在设计时，会将靠近工件和工装的加热区功率加大，使得在加热过程中工件表面各个点温度尽量一致。但在空炉进行温度均匀性测试时，当出现过温现象时，发现过温点往往在功率最大区，针对这种情况，应首先考虑功率最大的加热区对热场产生的影响，先通过插拔该加热区对应的控温偶，达到降低温控区内温度，然后调整该加热区PID参数，当测温偶全部稳定后，再依次调整其他加热区的控温偶和PID参数。

2　结论与建议

综上所述，控温偶的选型和安装位置、控温仪表的PID参数、测温偶的位置和捆绑方式以及一些特殊情况是产生过温的几个重要因素。加热时重点考虑以上情况就会有效避免过温，从而更好地满足符合2750标准TUS的测量要求。

参考文献：

[1]王宏杰.基于AMS2750标准中高温真空炉温均匀性测试的研究[J].电子工业专用设备，2015，44(5)：37-41.

[2]李克，许莉.高温测量[J].热处理装备与技术，2009，(3)：9-18.

[3]廖正贵，王宏杰.热电偶对符合AMS2750标准TUS测量影响[J].物流工程与管理，2014，(36)：156-157.

[4]李亚兵，苏纯贤. AMS2750《高温测量》标准E版修订内容分析[J].金属热处理. 2013，38(1)：119-122.

常英明（1989-），男，毕业于陕西科技大学，本科，助理工程师，现从事真空设备研发工作。

Study on the Over-temperature of AMS2750 in TUS Test

CHANG Yingming，WANG Bing，ZHAO Minjie
(The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)

Abstract:The AMS2750 standard on furnace temperature uniformity test (TUS) has strict requirements，Yet in the test，Over-temperature problem is the use of heat treatment furnace manufacturers and suppliers will encounter. This article describes AMS2750 standard temperature uniformity test (TUS) concepts and requirements for over-temperature，It details the main reason for Over-temperature and solutions

Keywords:The standard of AMS2750；Temperature Uniformity Surveys (TUS)；Over-temperature

作者简介：

收稿日期：2016-02-19

中图分类号：TG155

文献标识码：B

文章编号：1004-4507(2016)04-0046-05