關(guān)于符合AMS2750標(biāo)準(zhǔn)在TUS測(cè)試時(shí)過(guò)溫的研究

常英明，王　斌，趙敏杰

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

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關(guān)于符合AMS2750標(biāo)準(zhǔn)在TUS測(cè)試時(shí)過(guò)溫的研究

常英明，王斌，趙敏杰

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

摘要：AMS2750標(biāo)準(zhǔn)對(duì)爐溫均勻性測(cè)試（TUS）有著嚴(yán)格的要求，而在測(cè)試中，過(guò)溫是熱處理爐生產(chǎn)商和使用單位都會(huì)遇到的問(wèn)題，通過(guò)AMS2750標(biāo)準(zhǔn)中爐溫均勻性測(cè)試（TUS）的概念和對(duì)過(guò)溫的要求，提出了造成過(guò)溫的主要原因和解決方法。

關(guān)鍵詞：AMS2750標(biāo)準(zhǔn)；爐溫均勻性測(cè)試；過(guò)溫

AMS2750是國(guó)際汽車工程師協(xié)會(huì)（socicty of automotive engineers，SAE）發(fā)布的關(guān)于在熱處理過(guò)程中高溫測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，它是由SAE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)下設(shè)的航空理事會(huì)（Acrospace council）管理的航空材料工程委員會(huì)材料組B委員會(huì)制定的。AMS2750主要對(duì)熱電偶、儀表校準(zhǔn)、熱處理爐等級(jí)及儀表類型、系統(tǒng)精度測(cè)試（System accuracy tests，SAT）、溫度均勻性測(cè)試（Temperature uniformity survcys，TUS）等5個(gè)方面作出詳細(xì)的規(guī)定，在航空航天產(chǎn)品熱處理過(guò)程中扮演著重要的角色，是Nadcap關(guān)于熱處理認(rèn)證的重要依據(jù)。

爐溫均勻性是熱處理爐的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它是指在熱穩(wěn)定前后，用校驗(yàn)過(guò)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器和傳感器對(duì)爐子工作區(qū)溫度變化量進(jìn)行的一個(gè)或一系列測(cè)試。而過(guò)溫是指當(dāng)?shù)谝淮蔚竭_(dá)爐子設(shè)定溫度后，爐內(nèi)溫度升高超過(guò)規(guī)定的TUS正公差的情況（如圖1所示）。AMS2750規(guī)定在溫度均勻性測(cè)試過(guò)程中，無(wú)論是測(cè)試還是爐子系統(tǒng)傳感器均不允許出現(xiàn)過(guò)溫。如一臺(tái)按AMS2750標(biāo)準(zhǔn)中一級(jí)爐制造的熱處理爐，當(dāng)溫控表設(shè)定值為500℃，TUS測(cè)量數(shù)據(jù)中有一點(diǎn)超過(guò)503℃便是過(guò)溫，即使保溫一段時(shí)間后，TUS測(cè)量數(shù)據(jù)整體回落，達(dá)到±3℃范圍內(nèi)，本次TUS測(cè)量也是失敗的。

圖1　過(guò)溫圖示

在AMS2750標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)不同等級(jí)爐子爐溫均勻性、以及其所使用儀表等級(jí)和爐溫均勻性測(cè)試周期均進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定，如表1。

表1　爐子等級(jí)、儀表類型、TUS間隔

1　爐溫均勻性測(cè)試中遇到造成過(guò)溫的主要原因及解決方法

造成熱處理爐過(guò)溫的因素有很多，除了爐膽熱區(qū)設(shè)計(jì)外，在測(cè)試過(guò)程中主要有以下因素：

1.1熱電偶的選擇

有些熱處理廠家將高溫爐當(dāng)作低溫爐使用時(shí)，有過(guò)溫的現(xiàn)象發(fā)生，原因?yàn)椋焊邷貭t與低溫爐所使用的熱電偶材質(zhì)不同。比如，K型熱電偶的材質(zhì)為鎳鉻-鎳硅，S型熱點(diǎn)偶的材質(zhì)為鉑銠10-鉑，兩種熱電偶溫度與電勢(shì)的對(duì)照表如表2、表3所示，K型熱電偶在400℃每升高1°所產(chǎn)生的電勢(shì)為42.27 mV，而S型熱電偶在400℃每升高1°所產(chǎn)生的電勢(shì)為9.58 mV，由此可以看出，K型熱電偶在低溫段比S型熱電偶反應(yīng)更靈敏，能使溫控表更快做出調(diào)節(jié)，從而達(dá)到抑制過(guò)溫。

1.2控溫?zé)犭娕嫉奈恢?/p>

在溫度均勻性測(cè)試時(shí)，有時(shí)候發(fā)現(xiàn)某個(gè)控溫?zé)犭娕嫉臏乜貐^(qū)內(nèi)，所有被測(cè)試點(diǎn)溫度與設(shè)定值相比均偏高，并且有的被測(cè)試點(diǎn)已過(guò)溫。針對(duì)這個(gè)情況，重點(diǎn)考慮這支控溫偶的位置，即通過(guò)插拔熱電偶，使得熱電偶的測(cè)溫端靠近附近熱場(chǎng)中的溫度高點(diǎn)，增大控溫偶測(cè)得的數(shù)值，減小功率輸出，達(dá)到整個(gè)溫控區(qū)溫度降低。

表2　K型熱電偶溫度與電勢(shì)對(duì)照表

表3　S型熱電偶溫度與電勢(shì)對(duì)照表

例如，基于AMS2750標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)熱處理爐在以下兩種情況均可以嘗試插拔熱電偶來(lái)調(diào)整恒溫區(qū)：當(dāng)一點(diǎn)控溫時(shí)，控溫偶在400℃穩(wěn)定后，所有測(cè)溫偶讀數(shù)均偏高甚至有的已經(jīng)超過(guò)了+3℃（如圖2所示）；當(dāng)多點(diǎn)控溫時(shí)，所有控溫偶在400℃穩(wěn)定后，上區(qū)測(cè)溫偶讀數(shù)均偏高（如圖3所示）。

圖2　一點(diǎn)控溫時(shí)熱電偶位置不當(dāng)

圖3　上區(qū)控溫偶位置不當(dāng)

1.3溫控表PID參數(shù)不佳

PID是比例、積分、微分的簡(jiǎn)稱，PID控制的難點(diǎn)不是編程，而是控制器的參數(shù)整定。目前，市場(chǎng)上主流的溫控表大都內(nèi)置有PID調(diào)節(jié)模塊，也基本都有PID自整定的功能，而使用自整定出來(lái)的PID參數(shù)控制爐溫時(shí)有時(shí)不能達(dá)到理想的效果，例如會(huì)出現(xiàn)過(guò)溫的情況，這時(shí)，就需要操作者手動(dòng)整定PID。

當(dāng)士兵射擊遠(yuǎn)方的移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，考慮到子彈運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，需要一定的提前量。溫控也一樣，從升溫到保溫段，當(dāng)爐溫達(dá)到保溫溫度才減小功率輸出，那么溫度很有可能會(huì)超過(guò)設(shè)定值（如圖4所示）。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整PID參數(shù)，使在爐溫快達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，提前減小功率輸出，就可以有效防止出現(xiàn)過(guò)溫（如圖5所示）。

圖4　PID參數(shù)不佳時(shí)

圖5　適當(dāng)調(diào)整PID參數(shù)后

1.4測(cè)溫?zé)犭娕嫉奈恢?/p>

測(cè)溫?zé)犭娕汲行狞c(diǎn)外，其余熱電偶捆綁位置應(yīng)處于加熱帶間隙之間，如果正對(duì)加熱帶則會(huì)使得加熱時(shí)熱響應(yīng)變快，容易產(chǎn)生過(guò)溫。并且熱電偶的捆綁方式要一致，即：距離測(cè)溫架保持一樣的距離，如果緊貼測(cè)溫架捆綁會(huì)使得在升溫過(guò)程中溫度偏低，但在保溫段會(huì)使得溫度過(guò)高也會(huì)產(chǎn)生過(guò)溫。有條件的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)就在爐殼體上預(yù)留爐溫均勻性測(cè)量熱電偶接口，采用直插式鎧裝熱電偶測(cè)量，可以有效避免測(cè)溫架的影響。

1.5針對(duì)爐溫均勻性的特殊情況

考慮到工件和工裝在加熱過(guò)程中會(huì)吸熱，多區(qū)熱處理爐在設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)將靠近工件和工裝的加熱區(qū)功率加大，使得在加熱過(guò)程中工件表面各個(gè)點(diǎn)溫度盡量一致。但在空爐進(jìn)行溫度均勻性測(cè)試時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)溫現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)過(guò)溫點(diǎn)往往在功率最大區(qū)，針對(duì)這種情況，應(yīng)首先考慮功率最大的加熱區(qū)對(duì)熱場(chǎng)產(chǎn)生的影響，先通過(guò)插拔該加熱區(qū)對(duì)應(yīng)的控溫偶，達(dá)到降低溫控區(qū)內(nèi)溫度，然后調(diào)整該加熱區(qū)PID參數(shù)，當(dāng)測(cè)溫偶全部穩(wěn)定后，再依次調(diào)整其他加熱區(qū)的控溫偶和PID參數(shù)。

2　結(jié)論與建議

綜上所述，控溫偶的選型和安裝位置、控溫儀表的PID參數(shù)、測(cè)溫偶的位置和捆綁方式以及一些特殊情況是產(chǎn)生過(guò)溫的幾個(gè)重要因素。加熱時(shí)重點(diǎn)考慮以上情況就會(huì)有效避免過(guò)溫，從而更好地滿足符合2750標(biāo)準(zhǔn)TUS的測(cè)量要求。

參考文獻(xiàn)：

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常英明（1989-），男，畢業(yè)于陜西科技大學(xué)，本科，助理工程師，現(xiàn)從事真空設(shè)備研發(fā)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

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2016-02-19

中圖分類號(hào)：TG155

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-4507(2016)04-0046-05