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(xiàn)擁有易普森推桿爐，以及愛協(xié)林多用爐、環(huán)形轉(zhuǎn)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(chǎn)任務。熱處理氣氛爐的溫控、碳控系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量，溫控系統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)過程中碳控系統(tǒng)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(nèi)氣氛恢復后，準備開始做定碳。依據(jù)我公司產(chǎn)品工藝要求的實際情況，多用爐采取兩點定碳修正，連續(xù)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(wěn)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(guī)范要求見JB/T 10312－2011國家機械行業(yè)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(nèi)時被炭黑覆蓋，影響定碳結(jié)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(nèi)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(xiàn)藍色的氧化色應重做。

根據(jù)定碳結(jié)果對碳控儀表（歐陸2604）進行參數(shù)修正。示例：溫度850℃，碳勢設定值0.85%，實際定碳值0.9%，在愛協(xié)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(shù)“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(jù)定碳結(jié)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(shù)見附表。

如果定碳結(jié)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(jù)工藝實際需要進行標定。

2. 碳控故障實例

（1）故障現(xiàn)象1 有時做完定碳調(diào)整好參數(shù)后，經(jīng)過短時間后復檢時，發(fā)現(xiàn)定碳偏差又比較大，這時首先要檢查爐體內(nèi)是否積炭，爐體積炭后，碳控系統(tǒng)已經(jīng)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(jīng)檢查爐內(nèi)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(diào)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(nèi)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(shù)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(shù)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(nèi)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(nèi)實際碳勢。

在穩(wěn)定的氣氛環(huán)境下，當我們調(diào)整參比氣流量，發(fā)現(xiàn)流量的增加已經(jīng)不會對檢測值發(fā)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(shù)據(jù)，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(shù)字萬用表在線測量探頭的氧勢輸出毫伏值，在2604儀表的“l(fā)evel 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(shù)“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(nèi)阻檢查。氧探頭內(nèi)阻檢查一般在850℃，碳勢0.85%的穩(wěn)定氣氛中測試，首先在2604儀表的6A模塊的參數(shù)“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(nèi)阻值大于50kΩ。探頭的內(nèi)阻值最好每月檢測一次，一般新探頭的內(nèi)阻值不大于1kΩ，隨著使用時間的推移，內(nèi)阻值將越來越高，一旦其超過20kΩ，應該加強對該探頭的監(jiān)控，通過定碳定期對其進行修正。

（2）故障現(xiàn)象2 上位機工藝運行參數(shù)監(jiān)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(chǎn)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(diào)，使CO含量偏離20%，從而使儀表計算碳勢值時出現(xiàn)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(diào)整工藝參數(shù)，對產(chǎn)品質(zhì)量的保證起著極其重要的作用。

（3）故障現(xiàn)象3 爐內(nèi)積炭造成碳控系統(tǒng)失效。

原因分析：在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)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(tǒng)調(diào)節(jié)過程中，存在丙酮空氣同時通入爐體的現(xiàn)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(jīng)不能準確反映爐內(nèi)碳勢，實際碳勢比顯示值要高，造成零件碳化物超標，使產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題。過于嚴重時造成爐體內(nèi)部大量積炭，使碳控系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)問題并進行維修；二是對設備進行適當?shù)母脑欤ㄟ^兩個電磁閥串聯(lián)來增強控制的可靠性。

（4）故障現(xiàn)象4 多用爐2604儀表顯示碳勢Sbr。

經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)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(shù)中有兩個參數(shù)，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(shù)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(shù)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(shù)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(tǒng)的維護

（1）定期燒炭對設備的碳控系統(tǒng)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(tǒng)進行定碳校準，確保碳控系統(tǒng)的準確性，為產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。

（3）氧探頭的更換嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，避免因人為原因?qū)μ筋^造成不可修復的損傷。

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

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

（20130815）