真空氣淬爐溫度及系統(tǒng)精度不合格故障分析

江智軒

（昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，江西景德鎮(zhèn) 333002）

0 引言

熱處理設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中，定期對熱處理設(shè)備進(jìn)行溫度均勻性及系統(tǒng)精度測試時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)檢測不合格的情況，其影響因素眾多，維修難度大，耗費(fèi)時(shí)間長。

1 故障現(xiàn)象

圖1 TUS 超溫示意圖

2 原因分析

2.1 TUS 超溫問題/穩(wěn)定后數(shù)據(jù)較差分析

經(jīng)過對設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)排查發(fā)現(xiàn)，目前該設(shè)備使用的三區(qū)控溫偶均為囟7 mm 具有陶瓷外套的鎧裝熱電偶，而進(jìn)行TUS 測試的熱電偶僅為囟3 mm 金屬鎧裝熱電偶，兩者在控溫系統(tǒng)到達(dá)工藝設(shè)定溫度點(diǎn)時(shí)響應(yīng)時(shí)間至少相差5 s 以上，這是導(dǎo)致測試熱電偶測溫?cái)?shù)據(jù)過沖的主要因素，同時(shí)控溫?zé)犭娕甲陨砭取囟刃盘杺鬏斦`差、儀表PID 控制參數(shù)也會對設(shè)備控溫精度及穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，影響TUS 測試數(shù)據(jù)。

2.2 SAT 測試不合格數(shù)據(jù)分析

SAT 測試合格要求SAT 測試偶測試數(shù)據(jù)與控溫儀表顯示數(shù)據(jù)、記錄儀表打印數(shù)據(jù)均進(jìn)行比對，差值均不能超過依2.7，經(jīng)過查看測試數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)，初步判斷造成SAT 不合格的可能原因有以下4 點(diǎn)：

（1）記錄系統(tǒng)。目前該設(shè)備采用的記錄儀表為霍尼韋爾有紙記錄儀表，存在補(bǔ)償導(dǎo)線造成的測量誤差以及儀表存在的打印誤差，圖表上打印出的曲線與實(shí)際測試的數(shù)據(jù)不符。其次在記錄儀表內(nèi)部參數(shù)中未啟用定期打印通道數(shù)值功能，計(jì)量人員依靠肉眼根據(jù)格數(shù)計(jì)算溫度數(shù)值，存在計(jì)算誤差。

（2）控溫儀表顯示數(shù)據(jù)誤差。一般是由于補(bǔ)償導(dǎo)線造成。

（3）SAT 測試熱電偶精度缺失，測試出來的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

（4）SAT 測試方式存在問題，按照高溫測量要求SAT 測試偶與控溫?zé)犭娕季嚯x要求76 mm，且越近越好，但現(xiàn)場查看兩者空間距離遠(yuǎn)大于此數(shù)值。

3 處理步驟

3.1 溫度信號傳遞誤差測試與補(bǔ)償

該設(shè)備溫度信號傳遞如圖2 所示，控溫?zé)犭娕紲囟刃盘柾ㄟ^補(bǔ)償導(dǎo)線連接至PLC 模擬量輸入模塊，PLC 內(nèi)部轉(zhuǎn)換后通過模擬量輸出模塊連接至霍尼韋爾UDC3300 控溫儀表及DPR250 記錄儀表。使用專用的標(biāo)準(zhǔn)溫度信號發(fā)生器進(jìn)行溫度信號傳遞誤差測試，斷開控溫?zé)犭娕寂c補(bǔ)償導(dǎo)線的連接后，在連接接頭處給出標(biāo)準(zhǔn)溫度信號，查看溫控儀表及記錄儀表的顯示數(shù)據(jù)，得出信號傳遞誤差數(shù)據(jù)，溫控儀表誤差測試數(shù)據(jù)見表1。

圖2 溫度信號傳遞示意圖

表1 溫控儀表信號誤差測試數(shù)據(jù)

表1 溫控儀表信號誤差測試數(shù)據(jù)

針對溫控儀表傳遞誤差問題，根據(jù)上、中、下三區(qū)儀表信號傳遞誤差值不同手動在儀表內(nèi)部設(shè)置偏置值進(jìn)行補(bǔ)償，減少信號傳遞誤差。記錄儀表信號誤差問題直接使用儀表內(nèi)部自校準(zhǔn)功能SERVICE-CONNECT0/100，帶補(bǔ)償導(dǎo)線校準(zhǔn)儀表測試信號，消除補(bǔ)償導(dǎo)線傳遞誤差。

3.2 控溫?zé)犭娕嫉母鼡Q與調(diào)試優(yōu)化

三區(qū)控溫?zé)犭娕既扛鼡Q，選用直徑為囟3 mm、一級精度、防泄漏式的金屬鎧裝熱電偶作為控溫?zé)犭娕?，直徑與TUS 測試熱電偶保持一致，同時(shí)去除陶瓷外套，保證兩者響應(yīng)時(shí)間一致，同時(shí)調(diào)整控溫?zé)犭娕荚跔t內(nèi)的空間位置（與加熱鉬帶的空間距離）以及優(yōu)化溫控儀表內(nèi)部的PID 控制參數(shù)，使控溫系統(tǒng)與新的控溫?zé)犭娕歼_(dá)到最佳匹配的狀態(tài)，到溫時(shí)控溫儀表不過沖，保溫時(shí)穩(wěn)定。

3.3 SAT 測試熱電偶的校準(zhǔn)及改進(jìn)

該設(shè)備使用的SAT 測試熱電偶是金屬鎧裝N 型偶，通過爐壁上的饋入孔插入至爐膛。按照正常要求SAT 測試偶只用于進(jìn)行SAT 測試，其他時(shí)間應(yīng)拆卸保存，但是由于拆卸后無相應(yīng)的裝置密封饋入孔，會造成真空爐泄漏無法使用，故一直長期置留在設(shè)備上一直使用。拆卸SAT 測試偶送計(jì)量檢測后發(fā)現(xiàn)精度已嚴(yán)重超差，直接造成測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，已經(jīng)無法繼續(xù)使用，故進(jìn)行更換。更換安裝SAT 測試熱電偶時(shí)SAT 測試熱電偶的測量端與控溫?zé)犭娕紲y量端基本保持一致，兩者空間距離約10 mm，同時(shí)根據(jù)饋入口方式及尺寸，設(shè)計(jì)1 套真空密封盲板，如圖3所示，用于拆卸SAT 測試熱電偶后進(jìn)行密封，便于延長SAT 測試熱電偶的使用壽命及精度。

圖3 真空密封盲板

3.4 記錄儀表打印精度的校準(zhǔn)及優(yōu)化

由于霍尼韋爾DPR 有紙記錄儀是機(jī)械傳動式的打印結(jié)構(gòu)，所以在長期使用后必然產(chǎn)生打印精度誤差，可以通過儀表自帶的SERVICE-PRINT0%/PRINT100%打印自校準(zhǔn)功能進(jìn)行打印精度校準(zhǔn)，通道0%量程時(shí)對應(yīng)記錄紙張0%刻度線，通道100%量程時(shí)對應(yīng)紙張100%刻度線，消除打印誤差，同時(shí)在CHARTDOC 菜單欄里設(shè)置定期打印通道信息設(shè)置功能，保證在每個(gè)測溫點(diǎn)保溫時(shí)間段內(nèi)會將記錄儀表各通道測試的數(shù)據(jù)直接打印到工藝圖表上，減少計(jì)量人員通過肉眼查看圖表格子數(shù)計(jì)算溫度的計(jì)量誤差。

4 結(jié)束語

溫度均勻性及系統(tǒng)精度超差問題是一種較為復(fù)雜又很常見的熱處理設(shè)備問題，通過溫度信號傳遞誤差測量與補(bǔ)償、記錄系統(tǒng)的優(yōu)化、熱電偶的使用、測量的規(guī)范性等幾個(gè)方面初步探究此類問題的影響因素及解決辦法，再遇見此類問題時(shí)，一定要進(jìn)行全面的分析及檢測才能快速準(zhǔn)確地確定故障原因。