基于AMS 2750G標(biāo)準(zhǔn)爐溫均勻性測試要求解析

孔令利，賀瑞軍，成亦飛

北京航空材料研究院 北京 100095

1 序言

AMS 2750《Pyrometry》為美國宇航材料標(biāo)準(zhǔn)，是NADCAP（國家航空航天和國防合同方授信項目）審核中熱處理過程認(rèn)證的重要依據(jù)，從1980年發(fā)布以來，已經(jīng)歷7次版本的修訂，在2022年6月發(fā)布最新的AMS 2750G—2022版（以下簡稱AMS 2750G）；該標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：溫度傳感器、儀表、熱處理工藝設(shè)備、系統(tǒng)精度校驗(yàn)、爐溫均勻性測量、記錄及管理等，最新版本得到進(jìn)一步優(yōu)化，刪除了部分過時內(nèi)容（特別是對模擬儀表的相關(guān)要求），解決了歷史版本中發(fā)現(xiàn)的問題，突顯該標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性和科學(xué)性[1，2]。

2 爐溫均勻性測試

爐溫均勻性的基本概念：在熱處理爐達(dá)到熱平衡前后，使用校準(zhǔn)過的儀器裝置和熱傳感器對工作區(qū)溫度變化進(jìn)行一系列測試，溫度變化是相對于爐膛中的傳感器而不是爐子設(shè)定點(diǎn)溫度，在熱處理爐有效加熱區(qū)內(nèi)的溫度相對于設(shè)定溫度的變化。AMS 2750G版中關(guān)于爐溫均勻性測試內(nèi)容共涉及17項內(nèi)容，可概括為：初始和周期性TUS溫度測試；時間間隔；熱處理設(shè)備改變；維修對測試間隔的影響；爐溫均勻性測試時設(shè)備參數(shù)設(shè)置；氣氛要求及具體設(shè)備的要求；爐溫均勻性測試時對于測試和負(fù)載傳感器的要求；傳感器失效要求及A類或C類儀表配置中的高/低溫記錄傳感器的定位要求；爐溫均勻性測試數(shù)據(jù)采集；結(jié)果記錄以及測試是否合格的判定要求等。爐溫均勻性測試（TUS）作為AMS 2750G中的關(guān)鍵測試項，其測試結(jié)果的合格與否，將直接影響熱處理爐的使用性能和制件的熱處理工藝質(zhì)量。

3 爐溫均勻性測試內(nèi)容解讀

AMS 2750航空航天材料規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷7個版本的修訂，最新版本為AMS 2750G版，是在AMS 2750F版發(fā)布兩年后進(jìn)行了更新，對于關(guān)鍵的爐溫均勻性測試內(nèi)容也隨之進(jìn)行了修訂，因此有必要通過對相關(guān)內(nèi)容的解讀來提高對AMS 2750G版爐溫均勻性測試的認(rèn)識。對于本文所整理的數(shù)據(jù)、結(jié)果，均摘錄標(biāo)準(zhǔn)原文，部分內(nèi)容結(jié)合筆者個人理解，僅供參考。

3.1 爐子等級劃分及儀表類型要求

如果沒有專門規(guī)定，爐子等級應(yīng)滿足所處理產(chǎn)品材料管理規(guī)范所確立的溫度均勻性要求。AMS 2750G、AMS 2750F和AMS 2750E中對爐子等級的劃分較為統(tǒng)一。表1按照AMS 2750G中的規(guī)范要求書寫，對以℃為單位的溫度均勻性公差增加備注，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2級爐的溫度均勻性公差為±6.0℃，3級爐的溫度均勻性公差為±8.0℃；我國相關(guān)航空標(biāo)準(zhǔn)則基本規(guī)定2級爐的溫度均勻性公差為±5.0℃，3級爐的溫度均勻性公差為±10.0℃，需要注意[3-5]。

表1 爐子等級及均勻性允差

儀表類型是根據(jù)為控制、記錄或指示所需溫度而使用的儀表等級來定義的。AMS 2750G儀表類型分類要求見表2。按標(biāo)準(zhǔn)要求，儀表類型由左到右按控制嚴(yán)格要求以降序來排列，即A型嚴(yán)于B型。超溫保護(hù)傳感器也可用作記錄傳感器，其代表A型或C型儀表的溫度最高位置，或者也可在適當(dāng)位置用稱為D+型的附加記錄傳感器。其中D+型則是在AMS 2750F版新增的一種儀表類型，在AMS 2750G版中繼續(xù)延用。

表2 儀表類型分類要求

3.2 爐溫均勻性測試間隔和補(bǔ)償

在AMS 2750G標(biāo)準(zhǔn)按照爐子配置儀表類型和用處，對爐溫均勻性測試周期進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，詳見表3；不同等級爐子的儀表最大允許補(bǔ)償值要求見表4。由表3可知，用于生產(chǎn)原材料爐子的爐溫均勻性測試周期要求比用于生產(chǎn)零件的爐子要放寬些，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際性。而爐溫均勻性測試周期的延長并不只是滿足了測試后合格的次數(shù)，同時還應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立一套設(shè)備預(yù)檢修機(jī)制，以確保在爐溫均勻性測試周期延長期間，能夠保證有效工作區(qū)溫度場的均勻性不發(fā)生超出相應(yīng)爐子等級規(guī)定的偏差，這點(diǎn)需要注意。

表3 爐子等級、儀表類型和TUS間隔

表4 爐子等級、儀表類型、最大補(bǔ)償值

3.3 需要重新測試爐溫均勻性的情況

在AMS 2705G中，詳細(xì)列舉了爐子因發(fā)生改變和維修而需要重新測試TUS的規(guī)定，共有14項內(nèi)容，具體如下。

1）設(shè)備位置的變化。如果設(shè)備為可移動式，例如，設(shè)備裝有輪子或有其他可移動配置，則可不執(zhí)行初始TUS，但在某些情況下，需要進(jìn)行新的周期性TUS。

2）高于最高工作溫度或低于最低工作溫度。

3）燃燒室尺寸、數(shù)量、類型或位置發(fā)生變化。

4）加熱元件數(shù)量、類型或位置發(fā)生變化。

5）氣流方式/速率（擋板位置、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇數(shù)量等）發(fā)生變化。

6）耐火材料厚度發(fā)生變化。

7）使用不同熱性能的新耐火材料。

8）真空爐熱區(qū)設(shè)計或材料發(fā)生變化。

9）控溫傳感器（如傳感器的類型、組件厚度、元件尺寸、熱接點(diǎn)結(jié)構(gòu)等）發(fā)生變化。

10）控溫傳感器位置發(fā)生變化。

11）燃燒壓力設(shè)定相對于初始設(shè)定發(fā)生變化，如爐子工作壓力操作系統(tǒng)的設(shè)定相對于初始設(shè)定發(fā)生變化。

12）溫控表或程序發(fā)生變化。例如：①高-低/開-關(guān)的比例參數(shù)。②控溫儀表模式或類型發(fā)生改變。③P L C邏輯程序?qū)t子加熱控制方式發(fā)生改變。④調(diào)諧常數(shù)、參數(shù)或可變電阻發(fā)生調(diào)整。

13）有效加熱區(qū)容積增加，覆蓋以前未測試的區(qū)域。

14）有效加熱區(qū)位置發(fā)生變化，覆蓋以前未測試的區(qū)域。

3.4 爐溫均勻性測試用傳感器配置要求

在實(shí)際測試爐溫均勻性過程中用到最多傳感器是熱電偶，標(biāo)準(zhǔn)中對于比較常用的熱電偶的最大允許誤差進(jìn)行了要求，詳見表5。測試爐溫均勻性傳感器的分布則是按照體積法進(jìn)行測試，體積法要求傳感器應(yīng)采用三維放置的方式，以盡可能地布及爐子整個有效工作區(qū)內(nèi)的特征位置。按照設(shè)備等級和有效加熱區(qū)的體積，傳感器數(shù)量應(yīng)滿足表6的要求，測試傳感器的分布規(guī)則詳見表7。

表5 TUS傳感器精度要求

4 結(jié)束語

通過對AMS 2750G標(biāo)準(zhǔn)中的爐子等級及儀表類型劃分、爐溫均勻性測試間隔和補(bǔ)償、需要重新測試爐溫均勻性的情況以及爐溫均勻性測試傳感器配置要求等主要內(nèi)容的介紹，可以發(fā)現(xiàn)新版本標(biāo)準(zhǔn)中爐溫均勻性測試要求相比歷史版本，在內(nèi)容上發(fā)生了一定的改進(jìn)和升級。在實(shí)際熱處理生產(chǎn)過程和質(zhì)量管控中，選擇正確、合適的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為熱處理質(zhì)量評價依據(jù)是非常重要的。AMS 2750標(biāo)準(zhǔn)作為NADCAP認(rèn)證的重要依據(jù)，是國內(nèi)制造企業(yè)承接國外航宇產(chǎn)品轉(zhuǎn)包熱處理生產(chǎn)的重要審核內(nèi)容項，同時通過應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)也可提升熱處理過程質(zhì)量管控水平，降低風(fēng)險，為企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)提供依據(jù)和技術(shù)支持。