真空气淬炉温度及系统精度不合格故障分析

江智轩

（昌河飞机工业（集团）有限责任公司，江西景德镇 333002）

0 引言

热处理设备在实际运行过程中，定期对热处理设备进行温度均匀性及系统精度测试时经常出现检测不合格的情况，其影响因素众多，维修难度大，耗费时间长。

1 故障现象

图1 TUS 超温示意图

2 原因分析

2.1 TUS 超温问题/稳定后数据较差分析

经过对设备进行仔细排查发现，目前该设备使用的三区控温偶均为囟7 mm 具有陶瓷外套的铠装热电偶，而进行TUS 测试的热电偶仅为囟3 mm 金属铠装热电偶，两者在控温系统到达工艺设定温度点时响应时间至少相差5 s 以上，这是导致测试热电偶测温数据过冲的主要因素，同时控温热电偶自身精度、温度信号传输误差、仪表PID 控制参数也会对设备控温精度及稳定性产生一定的影响，影响TUS 测试数据。

2.2 SAT 测试不合格数据分析

SAT 测试合格要求SAT 测试偶测试数据与控温仪表显示数据、记录仪表打印数据均进行比对，差值均不能超过依2.7，经过查看测试数据及实验，初步判断造成SAT 不合格的可能原因有以下4 点：

（1）记录系统。目前该设备采用的记录仪表为霍尼韦尔有纸记录仪表，存在补偿导线造成的测量误差以及仪表存在的打印误差，图表上打印出的曲线与实际测试的数据不符。其次在记录仪表内部参数中未启用定期打印通道数值功能，计量人员依靠肉眼根据格数计算温度数值，存在计算误差。

（2）控温仪表显示数据误差。一般是由于补偿导线造成。

（3）SAT 测试热电偶精度缺失，测试出来的数据不准确。

（4）SAT 测试方式存在问题，按照高温测量要求SAT 测试偶与控温热电偶距离要求76 mm，且越近越好，但现场查看两者空间距离远大于此数值。

3 处理步骤

3.1 温度信号传递误差测试与补偿

该设备温度信号传递如图2 所示，控温热电偶温度信号通过补偿导线连接至PLC 模拟量输入模块，PLC 内部转换后通过模拟量输出模块连接至霍尼韦尔UDC3300 控温仪表及DPR250 记录仪表。使用专用的标准温度信号发生器进行温度信号传递误差测试，断开控温热电偶与补偿导线的连接后，在连接接头处给出标准温度信号，查看温控仪表及记录仪表的显示数据，得出信号传递误差数据，温控仪表误差测试数据见表1。

图2 温度信号传递示意图

表1 温控仪表信号误差测试数据

表1 温控仪表信号误差测试数据

针对温控仪表传递误差问题，根据上、中、下三区仪表信号传递误差值不同手动在仪表内部设置偏置值进行补偿，减少信号传递误差。记录仪表信号误差问题直接使用仪表内部自校准功能SERVICE-CONNECT0/100，带补偿导线校准仪表测试信号，消除补偿导线传递误差。

3.2 控温热电偶的更换与调试优化

三区控温热电偶全部更换，选用直径为囟3 mm、一级精度、防泄漏式的金属铠装热电偶作为控温热电偶，直径与TUS 测试热电偶保持一致，同时去除陶瓷外套，保证两者响应时间一致，同时调整控温热电偶在炉内的空间位置（与加热钼带的空间距离）以及优化温控仪表内部的PID 控制参数，使控温系统与新的控温热电偶达到最佳匹配的状态，到温时控温仪表不过冲，保温时稳定。

3.3 SAT 测试热电偶的校准及改进

该设备使用的SAT 测试热电偶是金属铠装N 型偶，通过炉壁上的馈入孔插入至炉膛。按照正常要求SAT 测试偶只用于进行SAT 测试，其他时间应拆卸保存，但是由于拆卸后无相应的装置密封馈入孔，会造成真空炉泄漏无法使用，故一直长期置留在设备上一直使用。拆卸SAT 测试偶送计量检测后发现精度已严重超差，直接造成测试数据不准确，已经无法继续使用，故进行更换。更换安装SAT 测试热电偶时SAT 测试热电偶的测量端与控温热电偶测量端基本保持一致，两者空间距离约10 mm，同时根据馈入口方式及尺寸，设计1 套真空密封盲板，如图3所示，用于拆卸SAT 测试热电偶后进行密封，便于延长SAT 测试热电偶的使用寿命及精度。

图3 真空密封盲板

3.4 记录仪表打印精度的校准及优化

由于霍尼韦尔DPR 有纸记录仪是机械传动式的打印结构，所以在长期使用后必然产生打印精度误差，可以通过仪表自带的SERVICE-PRINT0%/PRINT100%打印自校准功能进行打印精度校准，通道0%量程时对应记录纸张0%刻度线，通道100%量程时对应纸张100%刻度线，消除打印误差，同时在CHARTDOC 菜单栏里设置定期打印通道信息设置功能，保证在每个测温点保温时间段内会将记录仪表各通道测试的数据直接打印到工艺图表上，减少计量人员通过肉眼查看图表格子数计算温度的计量误差。

4 结束语

温度均匀性及系统精度超差问题是一种较为复杂又很常见的热处理设备问题，通过温度信号传递误差测量与补偿、记录系统的优化、热电偶的使用、测量的规范性等几个方面初步探究此类问题的影响因素及解决办法，再遇见此类问题时，一定要进行全面的分析及检测才能快速准确地确定故障原因。