35#圓鋼工藝溫度儀表系統校準
閱讀 ?·? 發布日期 2022-11-06 11:02 ?·? admin 35#圓鋼熱處理工藝是指將零件在某一加熱介質中加熱至一定溫度，在該溫度下保溫一段時間，然后以一定方式冷卻，得到一定的組織和性能的熱加工方法。溫度、時間及冷卻方式是35#圓鋼熱處理過程中的三個主要因素，其中工藝溫度是關鍵，熱處理爐是提供符合熱處理工藝溫度要求的設備，爐子上配置的工藝溫度儀表系統用于熱處理溫度的控制、監測和記錄。
熱處理工藝質量判斷時，工藝溫度儀表顯示和記錄的數據是最重要的依據。美國宇航標準AMS2750E《高溫測量》根據工藝溫度儀表系統的復雜程度，將熱處理爐的工藝溫度儀表分為A、B、C、D、E等五種類型，國內的HB5425《航空制件熱處理爐有校加熱區測定方法》和GB/T30825《熱處理溫度測量》也給出了同樣的規定。本文著重介紹工藝溫度儀表系統校準和調整的方法。
1.工藝溫度儀表系統校準
工藝溫度儀表系統由熱電偶（或熱電阻）、連接導線和溫度二次儀表組成。工藝溫度儀表系統校準是指工藝溫度儀表（含引線、傳感器）的讀數或值進行現場比較,以便確定已測量的溫度偏差是否均在有關要求范圍內的一組操作。在AMS2750E也稱為“系統精度測試（SAT）或探針檢查”，其目的是確保爐子的控制系統及每個控制區的記錄儀表系統的準確度符合要求。
國內、國外相關技術標準要求，新購置或大修后的熱處理爐，使用前除了對工藝溫度傳感器和儀表進行校準外，還需要完成兩項更重要的工作：一是進行工藝溫度儀表系統校準，以確定該系統的偏差是否符合要求；二是進行有效加熱區溫度均勻性檢測，確定圓鋼熱處理爐具有符合工藝要求的工作空間。在溫度均勻性檢測過程中，若檢測結果表明整體溫度偏高或偏低，則需要對工藝儀表進行調整。使用中的熱處理也需要按規定的時間間隔進行工藝溫度儀表系統校準，這是保證熱處理滿足工藝要求的重要手段之一，不可或缺。
2.變化的工藝溫度儀表系統
爐溫均勻性是考核爐子能否滿足工藝溫度要求的關鍵指標。爐溫均勻性檢測是一個復雜、使用傳感器多、檢測時間長，在非生產狀態下進行的過程，無法經常性或短周期進行。
35#圓鋼生產時爐溫均勻性是否可靠，主要取決于熱處理爐內加熱元件的發熱特性和工藝溫度儀表系統的測量與控制能力。在穩定的控制條件下，加熱元件產生的熱量以及形成的溫度分布狀態具有較好的重復性。假若工藝溫度儀表系統是相對穩定的，爐溫均勻性也會在上次檢測結果的較小范圍內變化，有效實現工藝溫度的控制。因此，在兩次溫度均勻性檢測之間進行多次工藝溫度儀表系統校準是對爐溫進行控制的一個好辦法，盡管這不是保證爐溫均勻性符合工藝要求的唯一方法，卻是比較容易操作的方法。
那么，是什么原因導致工藝溫度儀表系統變化呢？可從以下幾個方面進行分析：
（1）設備現場環境條件的影響，特別是環境溫度的變化，使得工藝溫度傳感器、連接導線和工藝溫度儀表的計量特性處在不斷變化之中。
（2）熱電偶在爐內氣氛中被加熱和冷卻，會導致電偶的電極晶粒長大、氧化、腐蝕或成分揮發等，使得熱電偶的熱特性發生變化。
（3）工藝溫度儀表自身老化導致的計量特性變化。這些變化會導致工藝溫度儀表系統的變化，使熱處理爐的溫度控制點發生偏離，爐子的實際溫度偏離工藝溫度。在使用現場、使用過程中經常性進行工藝溫度儀表系統校準，使其綜合偏差控制在一個可接受的范圍內，可保證工藝溫度在一個合理的范圍變化。
AMS2750E規定，工作用廉金屬熱電偶作為工藝傳感器，僅需在首次使用前校驗，之后無需再校準。根據歷次工藝溫度儀表系統校準結果的變化，確定是否需要更換工藝傳感器。
在AMS2750E、GJB509B和GB/T30825中給出了近似的規定。GJB509B沒有給出具體的操作要求。綜合不同標準的規定，在工藝溫度儀表系統校準時，應符合以下幾個方面的要求：
1.校準裝置
校準裝置是由校準用溫度傳感器（熱電偶或熱電阻）、連接導線和校準儀表組成，它應該是一個穩定的、經過校準已知誤差的系統。
校準用傳感器的示值誤差應符合±（1.1℃或0.4％讀數），其測量端與工藝傳感器測溫端之間的距離不大于76mm，越近越好，以便減少空間距離對校準結果的影響。在此后的校準中，校準用傳感器安裝的位置和方向應保持不變，以確保歷次校準數據之間的可比較性。
允許在進行校準的當時安裝校準用傳感器，也允許采用駐留校準用傳感器的方法。采用駐留校準用傳感器存在一定的風險，因為在熱處理爐的加熱和冷卻過程中，任何類型溫度傳感器的計量特性都會發生變化，這種變化無疑會反映在校準結果中，使得校準結果不可靠。
校準儀表的示值誤差應符合±（1.1℃或0.4％讀數），具有較高的分辨力和適應熱處理爐子工作現場環境條件的能力。應盡量減少連接導線對校準結果的影響，當以熱電偶為校準用傳感器時，應采用與傳感器和儀表相同分度號的經過校準的補償導線；當以熱電阻為校準用傳感器，引線電阻則是考慮的關鍵因素。
2.校準溫度的選擇
校準可以在35#圓鋼熱處理工藝過程中進行，工藝溫度作為校準溫度，使得校準工作不影響生產進度。也可以單獨進行，可以選擇近期常用的工藝溫度或具有代表性的溫度作為校準溫度。不必在多個溫度進行校準，因為校準僅僅是對工藝溫度儀表系統準確度的驗證，只要能夠表明系統沒有較大的偏離或保持了必要的穩定性即可。
3.校準算溫度差值的計算
測量數據的獲取和處理是工藝溫度儀表系統符合性判斷的重要環節。在讀取工藝溫度儀表和校準儀表的讀數時，需要滿足兩個條件：
其一，讀數應在爐溫處于穩定狀態下進行，若工藝溫度儀表顯示值是穩定的或呈周期性變化，則表明爐溫達到穩定狀態。
其二，應同時讀取工藝儀表和校準儀表的讀數，或在最短時間內完成讀數的操作。這樣做可以減少爐溫波動對工藝溫度儀表系統校準結果的影響。
在進行測量數據處理時，為了準確獲得工藝溫度儀表系統的偏差，校準儀表的讀數需要根據校準用傳感器和儀表校準證書上給出的誤差進行修正。對于工藝儀表讀數而言，因為工藝儀表中可能存在因為儀表校準、工藝溫度儀表系統校準和爐溫均勻性檢測的調整值，情況略顯復雜，這些調整值改變了工藝儀表的讀數。根據調整值來源方式不同，分為以下幾種情況進行說明。
（1）若熱處理爐日常使用或溫度均勻性檢測時，工藝儀表設定值以及顯示和記錄的數據需要根據工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正的，在SAT數據處理時，也應根據最近一次工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正；若熱處理爐日常使用或溫度均勻性檢測時，工藝儀表設定值以及顯示和記錄的數據不需要根據工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正的，在SAT數據處理時，不應對工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正。
（2）工藝溫度儀表校準時，由于示值誤差超過了規定的允許誤差，對工藝儀表讀數進行的調整。調整的目的是為了使儀表的示值符合規定，SAT數據處理時，該調整值不用于工藝儀表讀數的修正。
（3）工藝溫度儀表系統校準時，若校準結果超出的范圍或接近邊界，對工藝儀表讀數進行調整。調整的目的是為了使工藝溫度儀表系統的偏差符合規定的要求，SAT數據處理時，該調整值不用于工藝儀表讀數的修正，否則，合格的結果重新回到不合格狀態。
（4）爐溫均勻性檢測時，由于控制點與實際溫度均勻性檢測結果的中心點存在偏差，對工藝儀表讀數進行的調整。調整是額外施加給工藝溫度儀表系統的，并非系統自身的偏離而實施的調整，SAT數據處理時，該調整值需要在工藝儀 表讀數中予以修正。
4.校準間隔的規定
AMS2750E、GJB509B、GB/T30825中給出了不同類別和不同儀表類型熱處理爐工藝溫度儀表系統的時間間隔。時間間隔與溫度均勻性的允許范圍有關，允許偏差越小，間隔越短；時間間隔與儀表類型有關，配置更多的工藝溫度儀表系統，可通過這些測量數據之間的比較驗證確定工藝溫度的穩定性，可以采用較長的間隔。時間間隔與工藝傳感器的穩定性有關，若使用了鉑電阻、貴金屬熱電偶以及N型等較穩定的工藝傳感器，也可以延長時間間隔。若爐子額外增加了工藝溫度儀表系統，其他系統使用了穩定的傳感器或多工藝傳感器進行及時更換，并對不同系統得到的數據及時進行相互驗證，也可以免除工藝溫度儀表系統校準。
5.需校準的工藝溫度儀表
不同類型儀表的熱處理爐配置不同數量的工藝傳感器和儀表，凡是數據用于熱處理質量判斷的工藝溫度儀表系統，均應進行校準；凡是數據不用于熱處理質量判斷的工藝溫度儀表系統，則不必進行校準，如僅用于超溫報警的儀表系統。對于控制傳感器而言，不僅需要對控制儀表的讀數進行校準，還要對記錄儀表的讀數進行校準。對于其他的附加系統，如負載熱電偶，有效加熱區上次檢測確定的高溫傳感器和低溫傳感器等系統，需要進行工藝溫度儀表系統校準。
為了保證工藝溫度滿足熱處理的要求，除了進行工藝溫度儀表系統校準外，還應按規定的時間間隔對工藝傳感器和儀表進行校準，還應按規定的時間間隔進行溫度均勻性檢測。對歷次的校準結果和檢測數據進行分析研究，掌握這些數據的變化規律，采取合理有效的措施，才是保證熱處理質量的根本。
圓鋼是指截面為圓形的實心長條鋼材。其規格以直徑表示，單位毫米(mm)，如“ 50mm”即表示直徑為50毫米的圓鋼。圓鋼分為熱軋、鍛制和冷拉三種。熱軋圓鋼的規格為5.5-250毫米。其中：5.5-25毫米的小圓鋼大多以直條成捆的供應，常用作鋼筋、螺栓及各種機械零件；大于25毫米的圓鋼，主要用于制造機械零件、無縫鋼管的管坯等。
熱處理工藝質量判斷時，工藝溫度儀表顯示和記錄的數據是最重要的依據。美國宇航標準AMS2750E《高溫測量》根據工藝溫度儀表系統的復雜程度，將熱處理爐的工藝溫度儀表分為A、B、C、D、E等五種類型，國內的HB5425《航空制件熱處理爐有校加熱區測定方法》和GB/T30825《熱處理溫度測量》也給出了同樣的規定。本文著重介紹工藝溫度儀表系統校準和調整的方法。
1.工藝溫度儀表系統校準
工藝溫度儀表系統由熱電偶（或熱電阻）、連接導線和溫度二次儀表組成。工藝溫度儀表系統校準是指工藝溫度儀表（含引線、傳感器）的讀數或值進行現場比較,以便確定已測量的溫度偏差是否均在有關要求范圍內的一組操作。在AMS2750E也稱為“系統精度測試（SAT）或探針檢查”，其目的是確保爐子的控制系統及每個控制區的記錄儀表系統的準確度符合要求。
國內、國外相關技術標準要求，新購置或大修后的熱處理爐，使用前除了對工藝溫度傳感器和儀表進行校準外，還需要完成兩項更重要的工作：一是進行工藝溫度儀表系統校準，以確定該系統的偏差是否符合要求；二是進行有效加熱區溫度均勻性檢測，確定圓鋼熱處理爐具有符合工藝要求的工作空間。在溫度均勻性檢測過程中，若檢測結果表明整體溫度偏高或偏低，則需要對工藝儀表進行調整。使用中的熱處理也需要按規定的時間間隔進行工藝溫度儀表系統校準，這是保證熱處理滿足工藝要求的重要手段之一，不可或缺。
2.變化的工藝溫度儀表系統
爐溫均勻性是考核爐子能否滿足工藝溫度要求的關鍵指標。爐溫均勻性檢測是一個復雜、使用傳感器多、檢測時間長，在非生產狀態下進行的過程，無法經常性或短周期進行。
35#圓鋼生產時爐溫均勻性是否可靠，主要取決于熱處理爐內加熱元件的發熱特性和工藝溫度儀表系統的測量與控制能力。在穩定的控制條件下，加熱元件產生的熱量以及形成的溫度分布狀態具有較好的重復性。假若工藝溫度儀表系統是相對穩定的，爐溫均勻性也會在上次檢測結果的較小范圍內變化，有效實現工藝溫度的控制。因此，在兩次溫度均勻性檢測之間進行多次工藝溫度儀表系統校準是對爐溫進行控制的一個好辦法，盡管這不是保證爐溫均勻性符合工藝要求的唯一方法，卻是比較容易操作的方法。
那么，是什么原因導致工藝溫度儀表系統變化呢？可從以下幾個方面進行分析：
（1）設備現場環境條件的影響，特別是環境溫度的變化，使得工藝溫度傳感器、連接導線和工藝溫度儀表的計量特性處在不斷變化之中。
（2）熱電偶在爐內氣氛中被加熱和冷卻，會導致電偶的電極晶粒長大、氧化、腐蝕或成分揮發等，使得熱電偶的熱特性發生變化。
（3）工藝溫度儀表自身老化導致的計量特性變化。這些變化會導致工藝溫度儀表系統的變化，使熱處理爐的溫度控制點發生偏離，爐子的實際溫度偏離工藝溫度。在使用現場、使用過程中經常性進行工藝溫度儀表系統校準，使其綜合偏差控制在一個可接受的范圍內，可保證工藝溫度在一個合理的范圍變化。
AMS2750E規定，工作用廉金屬熱電偶作為工藝傳感器，僅需在首次使用前校驗，之后無需再校準。根據歷次工藝溫度儀表系統校準結果的變化，確定是否需要更換工藝傳感器。
在AMS2750E、GJB509B和GB/T30825中給出了近似的規定。GJB509B沒有給出具體的操作要求。綜合不同標準的規定，在工藝溫度儀表系統校準時，應符合以下幾個方面的要求：
1.校準裝置
校準裝置是由校準用溫度傳感器（熱電偶或熱電阻）、連接導線和校準儀表組成，它應該是一個穩定的、經過校準已知誤差的系統。
校準用傳感器的示值誤差應符合±（1.1℃或0.4％讀數），其測量端與工藝傳感器測溫端之間的距離不大于76mm，越近越好，以便減少空間距離對校準結果的影響。在此后的校準中，校準用傳感器安裝的位置和方向應保持不變，以確保歷次校準數據之間的可比較性。
允許在進行校準的當時安裝校準用傳感器，也允許采用駐留校準用傳感器的方法。采用駐留校準用傳感器存在一定的風險，因為在熱處理爐的加熱和冷卻過程中，任何類型溫度傳感器的計量特性都會發生變化，這種變化無疑會反映在校準結果中，使得校準結果不可靠。
校準儀表的示值誤差應符合±（1.1℃或0.4％讀數），具有較高的分辨力和適應熱處理爐子工作現場環境條件的能力。應盡量減少連接導線對校準結果的影響，當以熱電偶為校準用傳感器時，應采用與傳感器和儀表相同分度號的經過校準的補償導線；當以熱電阻為校準用傳感器，引線電阻則是考慮的關鍵因素。
2.校準溫度的選擇
校準可以在35#圓鋼熱處理工藝過程中進行，工藝溫度作為校準溫度，使得校準工作不影響生產進度。也可以單獨進行，可以選擇近期常用的工藝溫度或具有代表性的溫度作為校準溫度。不必在多個溫度進行校準，因為校準僅僅是對工藝溫度儀表系統準確度的驗證，只要能夠表明系統沒有較大的偏離或保持了必要的穩定性即可。
3.校準算溫度差值的計算
測量數據的獲取和處理是工藝溫度儀表系統符合性判斷的重要環節。在讀取工藝溫度儀表和校準儀表的讀數時，需要滿足兩個條件：
其一，讀數應在爐溫處于穩定狀態下進行，若工藝溫度儀表顯示值是穩定的或呈周期性變化，則表明爐溫達到穩定狀態。
其二，應同時讀取工藝儀表和校準儀表的讀數，或在最短時間內完成讀數的操作。這樣做可以減少爐溫波動對工藝溫度儀表系統校準結果的影響。
在進行測量數據處理時，為了準確獲得工藝溫度儀表系統的偏差，校準儀表的讀數需要根據校準用傳感器和儀表校準證書上給出的誤差進行修正。對于工藝儀表讀數而言，因為工藝儀表中可能存在因為儀表校準、工藝溫度儀表系統校準和爐溫均勻性檢測的調整值，情況略顯復雜，這些調整值改變了工藝儀表的讀數。根據調整值來源方式不同，分為以下幾種情況進行說明。
（1）若熱處理爐日常使用或溫度均勻性檢測時，工藝儀表設定值以及顯示和記錄的數據需要根據工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正的，在SAT數據處理時，也應根據最近一次工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正；若熱處理爐日常使用或溫度均勻性檢測時，工藝儀表設定值以及顯示和記錄的數據不需要根據工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正的，在SAT數據處理時，不應對工藝傳感器和儀表的校準誤差進行修正。
（2）工藝溫度儀表校準時，由于示值誤差超過了規定的允許誤差，對工藝儀表讀數進行的調整。調整的目的是為了使儀表的示值符合規定，SAT數據處理時，該調整值不用于工藝儀表讀數的修正。
（3）工藝溫度儀表系統校準時，若校準結果超出的范圍或接近邊界，對工藝儀表讀數進行調整。調整的目的是為了使工藝溫度儀表系統的偏差符合規定的要求，SAT數據處理時，該調整值不用于工藝儀表讀數的修正，否則，合格的結果重新回到不合格狀態。
（4）爐溫均勻性檢測時，由于控制點與實際溫度均勻性檢測結果的中心點存在偏差，對工藝儀表讀數進行的調整。調整是額外施加給工藝溫度儀表系統的，并非系統自身的偏離而實施的調整，SAT數據處理時，該調整值需要在工藝儀 表讀數中予以修正。
4.校準間隔的規定
AMS2750E、GJB509B、GB/T30825中給出了不同類別和不同儀表類型熱處理爐工藝溫度儀表系統的時間間隔。時間間隔與溫度均勻性的允許范圍有關，允許偏差越小，間隔越短；時間間隔與儀表類型有關，配置更多的工藝溫度儀表系統，可通過這些測量數據之間的比較驗證確定工藝溫度的穩定性，可以采用較長的間隔。時間間隔與工藝傳感器的穩定性有關，若使用了鉑電阻、貴金屬熱電偶以及N型等較穩定的工藝傳感器，也可以延長時間間隔。若爐子額外增加了工藝溫度儀表系統，其他系統使用了穩定的傳感器或多工藝傳感器進行及時更換，并對不同系統得到的數據及時進行相互驗證，也可以免除工藝溫度儀表系統校準。
5.需校準的工藝溫度儀表
不同類型儀表的熱處理爐配置不同數量的工藝傳感器和儀表，凡是數據用于熱處理質量判斷的工藝溫度儀表系統，均應進行校準；凡是數據不用于熱處理質量判斷的工藝溫度儀表系統，則不必進行校準，如僅用于超溫報警的儀表系統。對于控制傳感器而言，不僅需要對控制儀表的讀數進行校準，還要對記錄儀表的讀數進行校準。對于其他的附加系統，如負載熱電偶，有效加熱區上次檢測確定的高溫傳感器和低溫傳感器等系統，需要進行工藝溫度儀表系統校準。
為了保證工藝溫度滿足熱處理的要求，除了進行工藝溫度儀表系統校準外，還應按規定的時間間隔對工藝傳感器和儀表進行校準，還應按規定的時間間隔進行溫度均勻性檢測。對歷次的校準結果和檢測數據進行分析研究，掌握這些數據的變化規律，采取合理有效的措施，才是保證熱處理質量的根本。
圓鋼是指截面為圓形的實心長條鋼材。其規格以直徑表示，單位毫米(mm)，如“ 50mm”即表示直徑為50毫米的圓鋼。圓鋼分為熱軋、鍛制和冷拉三種。熱軋圓鋼的規格為5.5-250毫米。其中：5.5-25毫米的小圓鋼大多以直條成捆的供應，常用作鋼筋、螺栓及各種機械零件；大于25毫米的圓鋼，主要用于制造機械零件、無縫鋼管的管坯等。
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