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摘 要：本文主要介绍了热处理炉炉温均匀性测试目的、实施条件、测试系统选择以及测试过程和结果分析及评定等内容。
关键字：炉温均匀性 有效工作区
炉温均匀性是指炉子有效加热区在一定时间内不同位置的温度相对于工艺设定温度的偏离程度，即各测试点温度相对于设定温度的最大温度偏差。
1、炉温均匀性测试的目的
通过对热处理炉进行温场测试，确定出热处理炉的有效工作区（即满足热处理炉工艺和温度均匀性要求的允许装料空间）。为制定热处理工艺提供依据，对提高热处理产品质量具有重要意义。
2、炉温均匀性测试时机
热处理炉炉温均匀性测试通常分为初始测试和周期测试，新添置的炉子正式投产前应进行有效工作区的初始测试，确定合格的工作区、工作温度范围和炉子等级；热处理炉在使用过程中如果发生较大的维修、变化或调整也应进行初始测试。测试温度包括合格工作温度范围的最低和最高温度。
周期测试是根据炉子等级按规定的周期定期测试，测试温度是合格工作温度范围内的任意温度，一般可选择常用温度点进行测试。
3、炉温均匀性测试方法及实施条件
热处理炉炉温均匀性测试一般为空载测试，必要时也可装载测试。装载测试时，可采用额定装炉量、额定装炉量的50%或工艺常用装炉量，一般应不少于额定装炉量的50%。
测试过程中炉子应保持正常生产时的工作状态，包括以常用升温速率升温、气氛炉保持在正常用气量和压力、循环风扇正常运行等。
4、炉温均匀性测试系统
炉温均匀性测试系统通常由温度传感器、补偿导线、测试系统及测温架等组成。
4.1 温度传感器
温度传感器主要有贵金属和廉金属热电偶。贵金属热电偶分度号为B、R、S，常用类型为S型，工作温度范围（0～1600）℃；廉金属热电偶分度号为N、K、E、J、T等，常用类型为K、N型，工作温度范围（0～1300）℃。
N和K型热电偶由于使用温度范围宽，线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等有优点，通常被广泛采用。但由于N型热电偶克服了K型热电偶在（300～500）℃的镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定以及800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定等不足，故一般选用N型热电偶。
气氛炉应采用铠装热电偶。
4.2 补偿导线
补偿导线主要用来连接测试热电偶和测试仪表。通常由补偿导线合金丝、绝缘层、护套、屏蔽层组成。
补偿导线使用温度范围为（-20~100）℃，普通级误差为±2.5℃，精密级为±1.5℃。
测试过程可以使用补偿导线，也可直接用测试热电偶连接测量仪表。
4.3 测试系统（仪表）
测试仪表主要用来显示及记录测试温度。测试仪表应为数字式，其准确度等级应不低于0.1级。
4.4 测温架
测温架主要用来固定测试热电偶，一般采用耐热合金、不锈钢管（棒）或其他合适材料制作。测温架形状、结构和尺寸大小根据炉子种类及检测方法确定。测温架的外轮廓应与待测加热区或有效加热区垂直截面的形状和尺寸相一致。
当不便或不能使用测温架时可采用测试热电偶插入测试孔方式测温。
5、测量步骤
5.1 测试热电偶数量及位置
5.1.1 测试热电偶数量
为了确定热处理炉空间分布特性，测温点数量必须选择适当，其数量一般根据热处理炉等级及工作区尺寸而定，应符合下表要求：
5.1.2 测试热电偶位置
测试热电偶位置布置应遵循对称、均匀和最佳代表位置的原则。典型的9支测试热电偶布置时应置8支测试偶于炉子各角落及1支在炉子中央（具体见图1）。如果炉子较大需增加测试热电偶，增加的测试偶的位置应同样遵循对称、均匀和最佳代表位置的原则。
a） b)
图1 测试热电偶位置图
5.2 测试过程
将测试热电偶牢固的固定在测温架相应位置或从测温孔将测试热电偶放置在炉内相应位置，把测试热电偶引出炉外，通过补偿导线或直接与测试仪器连接。
从炉内第一支控制/记录热电偶或测试热电偶达到测试温度点公差下限之前开始采集数据，连续采集各测试点的温度读数，以监视炉子有无超调。当炉子进入稳态后，应每隔2分钟记录一次所有测试热电偶读数，至少采集30分钟数据。
5.3 数据处理
每个测试点测得的温度读数分别加上测试热电偶、补偿导线及测试仪器的修正值，可得出该测试点的真实温度。各真实温度减去炉子设定温度，即可得出各测试点的温度偏差。
6、测试结果评定
经过数据处理后所得的每个测试温度点的最大温度偏差与热处理炉要求的温度均匀性最大允许偏差进行比较，如果全部满足温度均匀性要求，则判定炉子合格。
7、测试过程常见问题分析
若测试过程中某一支测试热电偶出现数值不稳定，大范围温度变化，可能是由于测试热电偶与测试仪器连接不牢固；若测试过程测试热电偶出现低于测试温度100℃以上的温度读数，则可能是由于测试热电偶在炉外短路，查找短路点可解决。如果测试热电偶全部出现正偏差或负偏差，则可考虑控制热电偶位置插入深度是否合适，可尝试通过调整控制热电偶的插入深度来改变炉内的温场均匀性。
引用文献：
[1] GB/T 9452-2012 热处理炉有效加热区测定方法
[2] HB 5425-2012 航空制件热处理炉有效加热区测定方法
论文作者:葛晓云
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/27
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