通过对热处理炉空载状态下在有效加热区内的温度检测记录和检测数据的分析，阐明了热处理炉试验评定 过程应考虑诸如炉膛均温性、热电偶的安装及分布、设计温度及过程测温规定、温度偏差计算等因素，提出了 热处理炉符合API规范的实验评定方法，从而达到了热处理炉符合API规范的试验评定的目的，具有非常重 要的实际意义。 关键词：热处理炉；有效加热区；热电偶；检测；偏差；计算 中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1006—4414(2011)04—0030—03 Test analysis of the temperature of the teat treatment furnace Jing Wen—cheng (Lanz．hou LSfo ng and heating treatment Co．，Ltd，Lanzhou Gansu 730050，China) Abstract：By analyzing the temperature test record and the test data in working zone of heat treating furnace，this analysis pointed out that the evaluation process of heat treating furnace test should consider the element below．such a8 the installation and distribution of thennocouple，the rules of design temperature and process of testing temperature，and numeration of tern- perature departure，a test assessment method of the heating fumace which meets the API specification is put forward．Thus the purpose of testing the temperature of heat treating furnace which has very vital pr~tical significance is achieved． Key words：heat treatment furnace；effective heating area；thermocouple；inspection；deviation；calculation 1前言 某公司取得美国石油协会API 8C、API 8A、API 4F、API 7K规范证书。规范规定：在热处理炉的工作 区温度已升到设定温度后，在工作区内任一点温度与 设定温度间的差别不得大于±13℃，用于回火、时效 和消除应力处理的炉子在其工作区温度已升到设定 温度后，其温度与设定温度间的差别不得大于±8℃。 因此，对热处理炉炉膛温度进行符合性试验评定，是 热处理炉满足API产品热处理工序的首要条件。 热处理炉进行符合性试验评定，首先要保证炉膛 有效加热区内的温度均匀性。温度均匀性是利用炉 温的空间分布特征和时间分布特证来保证。炉温的 空间分布特性是温度在整个炉膛内各处的分布情况， 即描述温度的均匀性。温度的时间分布特性，是温度 在工艺过程中的变化情况，即描述温度的稳定性。 对热处理炉炉膛温度进行符合性试验评定，根据 该公司炉膛的大小放置9个热电偶作为炉温测试点， 在空载状态下，检测到的温度能够真实反映炉温的空 间分布特征。 GB／T 9452—1988《热处理炉有效加热区测定方 法》对温度时间段的设定没有具体规定，只是对检测 方法提出要求，好多热处理炉的实验评定，采取只设 定一个温度进行检测和评定，虽然其结果也可以反映 炉温的时间分布特征，但具有片面性，对热处理生产 过程实际指导意义不大。 结合热处理常见的工艺温度时间段，制定符合实 际的工艺曲线，采取三次升温和保温，在规定的温度 和时间内进行保温，记录检测到的温度，通过分析和 计算温度的偏差和变化情况，即能够全面反映温度的 时间分布特征，又验证了热处理常见温度时间段的温 度的偏差和变化情况。 利用测出的炉膛内温度的空间分布特性和时间 分布特性以及温度波动的大小，经过分析和计算，确 定炉温的均匀性和所设定温度下的实际温度与设定 值的偏差值，如果计算出的偏差值在规定的温度允差 范围内，就达到了试验评定的要求。试验评定的结 果，具有非常重要的实际意义，也为该公司所取得的 API 8C证书的审核提供了重要的依据。 2测试要求 2．1测试所依据的技术文件 API 8C／ISO13533、API 8A、API 4F、API 7K E¨、 GB／T9452—2003《热处理炉有效加热区测定方 法》 。 2．2热电偶的安装及分布 在炉车上放置4000mmx1000minx1400mm(长× 宽×高)的长方体钢结构支架，在支架的不同部位分 收稿日期：2011一o6一O8 作者简介：荆文成(1967一)，男，山西洪洞县人，工程师，主要从事技术、质量管理和产品质量检验工作。 ·3O· ·机械研究与应用· 别安装9个测温热电偶作为测温点(有效区域为距 离炉壁500mm)，在炉膛有效加热区内部均匀分布， 测温点分布示意图见图1。 图1测温点分布示意图 2．3设计温度及过程测温规定 (1)设计温度为1000℃。 (2)升温速度①650~C以下为自由升温；② 650℃～IO00~C匀速升温，升温速度240℃／h；③恒温 lOmin，保温30min。 (3)当炉膛温度达到650℃、800℃、1000oC三个 测温段时，为确保测定温度的均匀性，恒温lOmin后。 分别对各个测温点在同一温度段重复6次进行温度 测量。计算平均数据；每两次测温间隔为5min。 3测试所用的设备 测试所用主要设备如表1所示。 应用与i式验 表l测试所用主要设备清单 4设定的热处理温度／时间工艺曲线 设定的热处理温度时间工艺曲线如图2所示。 __—— ／ ＼ ， 保 1Ooo℃ 露； 保 850℃ 保 8OO℃ ， 恒温 盟 恒温 噩 恒温 温 10 J 30 1O I 30 l 10 30 i时向d 图2热处理温度／时间工艺曲线 5测试过程记录 (1)室温下开始升温，当温度升至650oC进人保 温阶段，lOmin后每隔5rain记录热电偶的温度值，计 算实际偏差温度与设定值偏差，见表2。 (2)在650~C保温结束后，升温到800oC进人保 温阶段，lOmin后每隔5min记录热电偶的温度值，计 算实际偏差温度与设定值偏差，见表3。 表2 650~t2保温阶段实测值及计算结果 8：2O 8：25 8：30 8：35 8：40 8：45 8：50 热电偶修正值 实际最高偏差温度 与设定值偏差 实际最低偏差温度 与设定值偏差 653．3 650．2 649．8 653．3 650．1 648．2 649．8 -3．3 651．3 651．3 650．3 652．3 651．1 649．3 649．6 —2．3 652．2 652．3 649．1 653．2 652．1 649．1 651．5 一1．5 653．1 651．3 650．2 654．1 652．4 653．3 653．6 一1．3 652．3 652．4 650．4 653．2 653．3 647．2 649．8 —2．4 651．2 650．4 649．2 653．3 655．1 653．2 653．4 -3．1 (3)在800~C保温结束后，升温到IO00~C进人保 温阶段，lOmin后每隔5min记录热电偶的温度值，计 算实际偏差温度与设定值偏差，见表4。 6数据分析和计算 保温阶段的每个检测点所得温度值分别减去热 电偶的修正值(检测仪表的误差忽略不计)，即得该 点温度的真实值，真实值减去设定温度，即得各检测 点的温度偏差，通过最大偏差和最小偏差的计算，来 确定该加热炉每个测温点的实际温度允差值。 计算公式如下(以1000~C恒温阶段1号热电偶 实测值为例，数据见表4)： ·3l· 4 5 2 4 5 7 4 4 5 1 1 4 l 8 l^； ：合：。：8=8：2 3 2 4 5 3 5 4 5 3 l O 3 4 2 2 ：2：合 ：2：2 1 2 2 2 3 2 3● 2 l 9 4 2 7 9 ：合 ：8：8 鲫 应用与试验 ·机械研究与应用· 表3 800~C保温阶段实测值及计算结果 表4 1000~C保温阶段实测值及计算结果 (1)K型热电偶允差(修正值)△ [2】： 公式：△ =±0．0075ltI，保温温度1000~C，即：△后 =±O．0075ItI=±0．0075×1000=±7．5℃ 由表4热电偶修正值可知，所用热电偶修正值在 允差范围内。 (2)实际温度偏差与设定值偏差计算： At =max{t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7}+Ak1—1000 =max{1001．1，998．7，999．5，1002．5， 1002．2，999．4，1000．1}+Ak1-1000 =10o2．5+2．1—1ooO =4．6~C Atm．m=min{tl，t2，t3，t4，t5，t6，t7}+Ak1—1000 =min{1001．I，998．7，999．5，1002．5， 1002．2，999．4，1000．1}+Ak】-1000 =998．7+2．1一l0oO =0．8cC 其中：△ =2．1(见表4热电偶修正值) 其它8个点的最大和最小实际温度允差值计算 方法同上，计算结果见表5。将9个测温点的实际温 度允差值与API规范要求的允许偏差值(±8c【=)进行 ·32· 比较，可以看出，9个点的实际温度允差值都在要求 的允许偏差值范围内。 表5最大和最小实际温度允差值计算结果 ／℃ At 4．6 4．9 1．9 1．9-0．8 0．9 1．3 1．1 2．9 At i 0．8—0．3—3．4—2．8—2．9—3．9—3—3．3—3．6 7结论 通过对记录温度值的分析和计算，当炉膛温度达 到设定的650℃、800~C、1000qC保温段，所得的三个 测试保温阶段温度最大偏差值与设定的允许偏差值 都在API规范允差范围内；与设定温度值比较，温度 波动值很小，说明所设置的测温点的热电偶分布位置 和保温时间能够准确的反映空间分布特征和时间分 布特证，也验证了该炉膛的温度均匀性很好。 因此，该热处理炉完全满足API规范要求，该热 处理炉合格，所有API产品的热处理工序均可以在此 (下转第35页) Q ：hoB p。 rh ·机械研究与应用· (4) 式中：h。为油膜厚度h。一0．0035(cm)； 为平导轨一 个油垫支承的流量系数B=1．875；田 为油的粘度，设 计中选择 。=1．97~10 (Pa·s) 所以：q =11．4(cm ／s) 故需油泵最大总流量： ∑Q =3Q =3×l1．4=3．43(cm ／s) 8静压导轨的调整 J 8．1移动部件的浮起 当供油系统的油泵启动后，多头泵各油口分别等 量供油，当导轨油腔压力达到设计要求时，刀架、床 鞍、尾座等移动部件即浮起。如果不能浮起，则主要 有下列几方面的原因：①进油路堵塞，液压油无法进 人导轨油腔；②滤油器很脏或已损坏不能正常工作； ③导轨材料有疏松、砂眼等缺陷，液压油在油腔内泄 漏太大；④导轨精度太差，导轨的某些部分有金属接 触，未能形成纯液体润滑；⑤多头泵故障，无法等量供 油。 上述种种现象，可用压力表观察出来。一旦故障 排除，油腔建立了正常压力后，移动部件便能浮起。 8．2导轨间隙的调整 移动部件浮起后，导轨间隙(油膜厚度)往往是 不均匀的，这是由于受到下列原因的影响：①导轨加 工精度误差的影响；②受导轨弹性变形影响；③各油 垫支承上所承受的载荷不均匀分布；④油压不稳定。 为保证各油腔处的浮起量均匀，在油腔建立压力 后， 时千分表在移动部件的四个边角测量工作台的浮 起量。如各处浮起量不同，应调整节流长度改变各油 应用与试验 腔处的间隙。对于间隙小的油腔，要减少节流阻力； 对于间隙大的油腔，要增加节流阻力，通过节流阻力 的改变，使工作台的浮起量符合设计要求的间隙值。 经过上述调整后，如果工作台浮起量仍不符合设 计要求，说明导轨的几何精度太差，或导轨的弹性变 形大，此时应检查导轨精度并重新加工(或)调整导 轨面。 9 结论 根据以上分析和计算，便可按尺寸在导轨面上加 工出油腔，选择多头泵。调整好导轨间隙，使机床正 常工作。应用液体静压导轨得出以下结论。 (1)由于导轨面间是纯液体摩擦，其摩擦系数极 小(约为0．0005左右)，故驱动功率可大大降低。 (2)因系纯液体摩擦，故导轨不会磨损，寿命长， 能长期保持制造精度，减少了维修工作量。 (3)油膜厚度几乎不受速度的影响，即使在极低 速时，也不会产生爬行。 (4)油膜承载能力大，刚度高，吸振性良好，导轨 运动平稳。 (5)油膜具有误差均化作用，可提高导轨运动精 度。 对于重型卧式车床而言，纵横向进给中采用静压 导轨。不仅可提高进给部件的运动精度，而且也极大 地降低了驱动电机的功率和扭矩，节约了能源，降低 了成本，又提高了机床精度和效率。 参考文献： [1]机床设计手册编写组．机床设计手册(第三册)[M]．北京：机械 工业出版社，1986． [2]机床设计手册编写组．机床设计手册(第二册)[M]．北京：机械 工业出版社，1979． (上接第32页) 评定合格的热处理设备上进行，达到了热处理炉符合 API规范的试验评定的目的。 此外，正常情况下，热处理炉的试验评定周期为 1年，当有以下情况出现时应重新评定：①新热处理 炉安装调试完备，正式投产前；②热处理炉主体结构 和控制系统经过大修后；③实际热处理过程记录温度 超出允差范围；④热电偶测试点重新定位。 参考文献： [1] GB／T9452—2003．热处理炉有效加热区测定方法[S]． [2]GB／T 16839．2．热电偶第2部分：允差[S]． ·35·
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