熱處理工藝是指將零件加熱到一定溫度，在一定溫度下保溫一段時(shí)間，然后以一定的方式冷卻，獲得一定的組織和性能的熱處理方法。溫度、時(shí)間和冷卻方法是熱處理過(guò)程中的三個(gè)主要因素，其中工藝溫度是關(guān)鍵，熱處理爐是提供滿足熱處理工藝溫度要求的設(shè)備，爐上的工藝溫度儀表系統(tǒng)用于控制、監(jiān)測(cè)和記錄熱處理溫度。

在判斷熱處理過(guò)程的質(zhì)量時(shí)，工藝溫度計(jì)顯示和記錄的數(shù)據(jù)是最重要的基礎(chǔ)。美國(guó)宇航標(biāo)準(zhǔn)AMS2750E根據(jù)工藝溫度儀表系統(tǒng)的復(fù)雜性，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(guó)內(nèi)的HB5425《航空制件熱處理爐校加熱區(qū)測(cè)量方法》GB/T30825《熱處理溫度測(cè)量》也給出了同樣的規(guī)定。本文重點(diǎn)介紹了工藝溫度儀表系統(tǒng)的校準(zhǔn)和調(diào)整。

工藝溫度儀表系統(tǒng)校準(zhǔn)的必要性

1.工藝溫度儀表系統(tǒng)校準(zhǔn)

工藝溫度儀表系統(tǒng)由熱電偶（或熱電阻）、連接線和溫度二次儀表組成。工藝溫度儀表系統(tǒng)校準(zhǔn)是指現(xiàn)場(chǎng)比較工藝溫度儀表（包括導(dǎo)線和傳感器）的讀數(shù)或值，以確定測(cè)量的溫度偏差是否在相關(guān)要求范圍內(nèi)。AMS2750E也叫系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）或探針檢查，其目的是確保爐子控制系統(tǒng)和各控制區(qū)記錄儀表系統(tǒng)的準(zhǔn)確性符合要求。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，除了校準(zhǔn)工藝溫度傳感器和儀器外，還需要完成兩項(xiàng)更重要的工作：一是校準(zhǔn)工藝溫度儀器系統(tǒng)，確定系統(tǒng)偏差是否符合要求；二是檢測(cè)有效加熱區(qū)域的溫度均勻性，確定熱處理爐具有滿足工藝要求的工作空間。在溫度均勻性試驗(yàn)過(guò)程中，如果試驗(yàn)結(jié)果表明整體溫度較高或較低，工藝儀表需要調(diào)整。工藝溫度儀表系統(tǒng)也需要在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)校準(zhǔn)，這是保證熱處理滿足工藝要求的重要手段之一。

2.工藝溫度變化儀表系統(tǒng)

爐溫均勻性是評(píng)估爐能否滿足工藝溫度要求的關(guān)鍵指標(biāo)。爐溫均勻性檢測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，使用傳感器多，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，不能定期或短周期進(jìn)行。

爐溫均勻性是否可靠主要取決于熱處理爐內(nèi)加熱元件的加熱特性和工藝溫度儀表系統(tǒng)的測(cè)量和控制能力。在穩(wěn)定的控制條件下，加熱元件產(chǎn)生的熱量和形成的溫度分布狀態(tài)具有良好的重復(fù)性。如果工藝溫度儀表系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，爐溫均勻性也會(huì)在上次測(cè)試結(jié)果的小范圍內(nèi)發(fā)生變化，有效實(shí)現(xiàn)工藝溫度的控制。因此，在兩次溫度均勻性測(cè)試之間進(jìn)行多次工藝溫度儀表系統(tǒng)校準(zhǔn)是控制爐溫度的好方法，雖然這不是保證爐溫均勻性滿足工藝要求的唯一方法，但它更容易操作。

那么，工藝溫度儀表系統(tǒng)變化的原因是什么？可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

（1）設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的影響，特別是環(huán)境溫度的變化，使工藝溫度傳感器、連接線和工藝溫度儀表的測(cè)量特性不斷變化。

(2)熱電偶在爐內(nèi)氣氛中加熱冷卻，會(huì)導(dǎo)致電偶電極晶粒生長(zhǎng)、氧化、腐蝕或揮發(fā)，改變熱電偶的熱特性。

（3）工藝溫度儀表本身老化引起的測(cè)量特性變化。這些變化會(huì)導(dǎo)致工藝溫度儀表系統(tǒng)的變化，偏離熱處理爐的溫度控制點(diǎn)，偏離爐的實(shí)際溫度。工藝溫度儀表系統(tǒng)在使用現(xiàn)場(chǎng)和使用過(guò)程中定期校準(zhǔn)，使其綜合偏差控制在可接受范圍內(nèi)，確保工藝溫度在合理范圍內(nèi)變化。

AMS2750E根據(jù)規(guī)定，工作用廉金屬熱電偶作為工藝傳感器，只需在第一次使用前進(jìn)行校準(zhǔn)，然后無(wú)需校準(zhǔn)。確定是否需要更換工藝傳感器。

工藝溫度系統(tǒng)校準(zhǔn)方法

在AMS2750E、GJB509B和GB/T30825中給出了類似的規(guī)定。GJB509B沒(méi)有具體的操作要求。在校準(zhǔn)工藝溫度儀表系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)滿足以下要求： 

1.校準(zhǔn)裝置

校準(zhǔn)裝置是由校準(zhǔn)用溫度傳感器（熱電偶或熱電阻）、連接導(dǎo)線和校準(zhǔn)儀表組成，它應(yīng)該是一個(gè)穩(wěn)定的、經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)已知誤差的系統(tǒng)。

校準(zhǔn)傳感器的示值誤差應(yīng)符合±（1.1℃或0.4%讀數(shù))，測(cè)量端與工藝傳感器測(cè)溫端的距離不大于76mm，越近越好，以減少空間距離對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。在隨后的校準(zhǔn)中，校準(zhǔn)傳感器的位置和方向應(yīng)保持不變，以確保以往校準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的可比性。

校準(zhǔn)傳感器可以安裝在校準(zhǔn)時(shí)，也可以使用駐留校準(zhǔn)傳感器。使用駐留校準(zhǔn)傳感器有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槿魏晤愋偷臏囟葌鞲衅鞯臏y(cè)量特性都會(huì)在熱處理爐的加熱和冷卻過(guò)程中發(fā)生變化，這無(wú)疑會(huì)反映在校準(zhǔn)結(jié)果中，使校準(zhǔn)結(jié)果不可靠。

校準(zhǔn)儀表的示值誤差應(yīng)符合要求±（1.1℃或0.4%讀數(shù))具有較高的分辨率和適應(yīng)熱處理爐工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的能力。連接導(dǎo)線對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響應(yīng)盡量減少。當(dāng)使用熱電偶作為校準(zhǔn)傳感器時(shí)，應(yīng)使用與傳感器和儀器相同分度號(hào)的校準(zhǔn)補(bǔ)償導(dǎo)線；當(dāng)使用熱電阻作為校準(zhǔn)傳感器時(shí)，導(dǎo)線電阻是考慮的關(guān)鍵因素。

2.選擇校準(zhǔn)溫度

校準(zhǔn)可以在熱處理過(guò)程中進(jìn)行，工藝溫度作為校準(zhǔn)溫度，使校準(zhǔn)工作不影響生產(chǎn)進(jìn)度。也可以單獨(dú)進(jìn)行，可以選擇最近常用的工藝溫度或具有代表性的溫度作為校準(zhǔn)溫度。不需要在多個(gè)溫度下校準(zhǔn)，因?yàn)樾��?zhǔn)只是對(duì)工藝溫度儀表系統(tǒng)精度的驗(yàn)證，只要系統(tǒng)沒(méi)有大的偏差或保持必要的穩(wěn)定性。

3.校準(zhǔn)計(jì)算溫差

測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取和處理是工藝溫度儀表系統(tǒng)符合性判斷的重要環(huán)節(jié)。讀取工藝溫度儀表和校準(zhǔn)儀表的讀數(shù)時(shí)，需要滿足兩個(gè)條件:

首先，讀數(shù)應(yīng)在爐溫處于穩(wěn)定狀態(tài)。如果工藝溫度儀表的顯示值穩(wěn)定或周期性變化，則表明爐溫處于穩(wěn)定狀態(tài)。

其次，工藝儀讀取工藝儀表和校準(zhǔn)儀表的讀數(shù)，或在最短時(shí)間內(nèi)完成讀數(shù)操作。這可以減少爐溫波動(dòng)對(duì)工藝溫度儀表系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果的影響。

說(shuō)明分為以下幾種情況。分為以下幾種情況進(jìn)行說(shuō)明。

(1)熱處理爐日常使用或溫度均勻性檢測(cè)時(shí)，需要根據(jù)工藝傳感器和儀器的校準(zhǔn)誤差修改工藝儀表的設(shè)定值、顯示和記錄數(shù)據(jù)SAT在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，還應(yīng)根據(jù)最新工藝傳感器和儀器的校準(zhǔn)誤差進(jìn)行修正；如果熱處理爐的日常使用或溫度均勻性檢測(cè)，則不需要根據(jù)工藝傳感器和儀器的校準(zhǔn)誤差來(lái)修正工藝儀器的設(shè)定值和顯示和記錄的數(shù)據(jù)，在SAT工藝傳感器和儀器的校準(zhǔn)誤差不應(yīng)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中進(jìn)行修正。

（2）在校準(zhǔn)工藝溫度儀器時(shí)，由于示值誤差超過(guò)規(guī)定的允許誤差，調(diào)整工藝儀器的讀數(shù)。調(diào)整的目的是使儀器的示值符合規(guī)定，SAT在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，調(diào)整值不用于工藝儀表讀數(shù)的修正。

（3）在校準(zhǔn)工藝溫度儀表系統(tǒng)時(shí)，如果校準(zhǔn)結(jié)果超出范圍或接近邊界，則調(diào)整工藝儀表的讀數(shù)。調(diào)整的目的是使工藝溫度儀表系統(tǒng)的偏差符合規(guī)定的要求，SAT在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，調(diào)整值不用于修正工藝儀表讀數(shù)，否則，合格結(jié)果將回到不合格狀態(tài)。

(4)爐溫均勻性檢測(cè)時(shí)，由于控制點(diǎn)與實(shí)際溫度均勻性檢測(cè)結(jié)果中心點(diǎn)的偏差，調(diào)整工藝儀表讀數(shù)。調(diào)整是對(duì)工藝溫度儀表系統(tǒng)的額外應(yīng)用，而不是系統(tǒng)本身的偏差。SAT在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，需要在工藝儀器中進(jìn)行調(diào)整值 修正表讀數(shù)。

4.規(guī)定校準(zhǔn)間隔

AMS2750E、GJB509B、GB/T30825年給出了不同類型和不同儀表類型的熱處理爐工藝溫度儀表系統(tǒng)的時(shí)間間隔。時(shí)間間隔與溫度均勻性的允許范圍有關(guān)，允許偏差越小，間隔越短；時(shí)間間隔與儀表類型有關(guān)，配置了更多的工藝溫度儀表系統(tǒng)，可以通過(guò)這些測(cè)量數(shù)據(jù)之間的比較來(lái)確定工藝溫度的穩(wěn)定性。時(shí)間間隔與工藝傳感器的穩(wěn)定性有關(guān)，如果使用鉑電阻、貴金屬熱電偶和N類型等穩(wěn)定的工藝傳感器也可以延長(zhǎng)時(shí)間間隔。如果爐子增加了工藝溫度儀表系統(tǒng)，其他系統(tǒng)使用穩(wěn)定的傳感器或多工藝傳感器及時(shí)更換，并及時(shí)驗(yàn)證不同系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，也可以免除工藝溫度儀表系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

5.工藝溫度計(jì)需要校準(zhǔn)

不同類型儀器的熱處理爐配備不同數(shù)量的工藝傳感器和儀器，所有用于熱處理質(zhì)量判斷的數(shù)據(jù)都應(yīng)校準(zhǔn)；所有不用于熱處理質(zhì)量判斷的數(shù)據(jù)，如超溫報(bào)警的儀器系統(tǒng)，不需要校準(zhǔn)。對(duì)于控制傳感器，不僅需要校準(zhǔn)控制儀器的讀數(shù)，還需要校準(zhǔn)記錄儀器的讀數(shù)。對(duì)于其他附加系統(tǒng)，例如，負(fù)載熱電偶、高溫傳感器、低溫傳感器等系統(tǒng)需要對(duì)工藝溫度儀表系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

分析校準(zhǔn)結(jié)果

工藝溫度儀表系統(tǒng)校準(zhǔn)的目的是評(píng)估其穩(wěn)定性，我們需要一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)。即使有很大的偏差，也可以通過(guò)修改或調(diào)整讀數(shù)來(lái)消除，而不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無(wú)法控制的。

熱處理爐的類別以及同一類別的不同溫度，AMS2750E和GJB509B、GB/T30825提出了不同工藝溫度儀表系統(tǒng)偏差的要求，這是判斷是否符合要求的基礎(chǔ)。溫度均勻性允許范圍越大，或工藝溫度越高，工藝溫度儀表系統(tǒng)偏差允許范圍越大，符合測(cè)量系統(tǒng)的一般特點(diǎn)。

確保工藝溫度儀表系統(tǒng)的可靠性也取決于系統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性。校準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性、校準(zhǔn)方法的合理性和實(shí)際操作的標(biāo)準(zhǔn)化是確保校準(zhǔn)結(jié)果可靠性的重要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)處理和結(jié)果的正確表達(dá)不容忽視。

調(diào)整工藝溫度計(jì)

如果工藝溫度儀表系統(tǒng)的校準(zhǔn)結(jié)果不符合要求，需要從不同的環(huán)節(jié)找出原因。根據(jù)不同的情況進(jìn)行不同的調(diào)整或更換。

如果懷疑工藝傳感器有問(wèn)題，一種情況是工藝傳感器超差，可以在爐溫穩(wěn)定狀態(tài)下驗(yàn)證，即使用校準(zhǔn)儀器分別測(cè)量工藝傳感器和校準(zhǔn)傳感器的讀數(shù)，如果差異不超過(guò)工藝傳感器允許誤差的要求，傳感器的指示值符合要求，如果超過(guò)允許誤差的要求，則應(yīng)更換工藝傳感器。另一種情況是，工藝傳感器的安裝位置發(fā)生了變化，這顯然改變了工藝溫度儀表系統(tǒng)的偏差。證明工藝傳感器移動(dòng)的證據(jù)可以是工藝傳感器安裝位置的標(biāo)記，也可以校準(zhǔn)傳感器與工藝傳感器之間的距離。如果是這樣，工藝傳感器應(yīng)該恢復(fù)到原來(lái)的位置。

如果懷疑工藝儀表存在問(wèn)題，可以使用溫度校準(zhǔn)儀將標(biāo)稱溫度值輸入工藝儀表。如果工藝儀表讀數(shù)與標(biāo)稱溫度之差不超過(guò)允許誤差要求，則表示儀表示值誤差符合規(guī)定；相反，儀表示值誤差可能超過(guò)規(guī)定范圍，儀表應(yīng)按規(guī)定重新校準(zhǔn)。如果真的不合格，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整或更換。

如果不存在上述原因，超差是綜合因素的結(jié)果，此時(shí)需要調(diào)整工藝儀器的顯示或記錄。調(diào)整應(yīng)記錄，調(diào)整后應(yīng)重新校準(zhǔn)工藝溫度儀表系統(tǒng)。

也可能需要調(diào)整控制參數(shù)。也可能需要進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。

在進(jìn)行任何調(diào)整之前，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，不要輕易調(diào)整工藝儀器的偏置或控制參數(shù)，并在調(diào)整后重新校準(zhǔn)或測(cè)試，以表明調(diào)整狀態(tài)符合要求。

結(jié)語(yǔ)

為保證工藝溫度滿足熱處理要求，除工藝溫度儀表系統(tǒng)校準(zhǔn)外，還應(yīng)按規(guī)定的時(shí)間間隔校準(zhǔn)工藝傳感器和儀表，并按規(guī)定的時(shí)間間隔檢測(cè)溫度均勻性。分析研究以往的校準(zhǔn)結(jié)果和測(cè)試數(shù)據(jù)，掌握這些數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，采取合理有效的措施，是保證熱處理質(zhì)量的基礎(chǔ)。