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汽車轉向節鍛件使用回火爐處理的數據測試
時間: 2020-05-03 13:48:40
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轉向節回火爐采取的加熱控制模式不利于爐溫均勻性的實現,要對發生熱量散失的部位進行及時的修復，以避免出現爐溫不均勻現象。
汽車轉向節鍛件是汽車行業的典型鍛件，重型汽車的轉向節（42CrMo材質）一般采取調質熱處理。其中金相和回火硬度是考量轉向節熱處理質量的常用指標。我公司使用懸掛式熱處理生產自動線用于轉向節調質處理（淬火+回火），實現轉向節鍛件在懸掛狀態下得到均勻加熱與冷卻功能。該生產線主要由淬火加熱爐、淬火冷卻槽、回火加熱爐、回火冷卻室、積放式懸掛輸送機、儲液槽、淬火液循環冷卻系統、自動淬火機、吊具裝置、上下料裝置、溫度控制系統、程序控制系統以及上位機監控系統等組成。
汽車鍛件回火爐處理時間與溫度測試數據汽車轉向節鍛件使用回火爐處理
轉向節調質熱處理工藝曲線，淬火100分鐘達到設定溫度，保溫時間為100分鐘。回火110分鐘達到設定溫度，保溫時間為110分鐘。轉向節熱處理控制計劃（回火部分）見表1。按照上述熱處理工序，轉向節經過調質處理，以獲得回火索氏體組織。
回火爐爐溫不均勻及底部超溫情況
回火8區底部出現明顯的超溫（660℃附近），發現8區上B相故障斷開。判斷B相是爐體中段爐絲不工作，造成爐體上檢測的溫度值降低，整個爐體爐絲應該進行加熱。
根據之前的判斷，爐體加熱會造成爐底部檢測溫度升高（超溫）。回火8區上，由于B相故障，控制上檢測溫度值低，該區爐體爐絲加熱。通過溫度顯示表可以看到顯示數值大于等于溫度值后，停止加熱，顯示數值小于溫度值時開始加熱。由于回火爐爐底板超溫嚴重，經對轉向節產品打硬度，確認該批次產品硬度偏軟，全部返工。
轉向節回火爐爐溫控制模式
回火爐加熱過程中，頂部熱電偶檢測爐上層溫度是否達到工藝設定溫度，是則爐墻電爐絲停止加熱，否則繼續加熱，直到達到工藝設定值。底部熱電偶檢測爐底層溫度是否達到工藝設定溫度，是則底部輻射管停止加熱，否則繼續加熱，直到達到工藝設定值。
在這種爐溫控制模式下，當回火爐保溫性能良好，無跑溫的情況下，才可以實現爐溫的均勻。但是，懸掛式連續爐爐頂的密封性能是逐年下降的，一旦爐頂出現明顯的熱量散失，則爐頂熱電偶就會檢測到低于工藝要求的溫度值。
回火爐工作溫度約為600～700℃，這個溫度下輻射加熱的效果明顯降低，轉向節的回火溫度主要來自熱風對流加熱。為了提高爐內工件溫度均勻性，回火爐兩側布置了20臺側置循環風扇，并在爐內每臺風扇處安裝了導風板，以攪動爐內氣體循環。
風機在爐體中部吸風，經過爐絲加熱后，在導流罩上下吹出熱風。由于目前的問題是爐底部超溫，爐頂溫度相對較低，應考慮采取減少爐底部的熱風流量，提高爐頂部熱風風量的辦法來降低爐底溫度、提高爐上部溫度，從而實現回火爐爐溫的均勻性。
轉向節線爐溫均勻性驗證
為快速驗證前面的控溫措施對爐溫均勻性的影響，采取了樣塊跟隨轉向節進入（2月17日16：00進爐、2月18日9：00進爐，兩次樣塊淬火、回火硬度值），獲取淬火及回火硬度。本次實驗數據可以看到，淬火硬度、回火硬度均符合工藝要求，12個位置樣塊實驗數據符合工藝要求。之后組織了批量生產，對產品進行了金相及硬度抽查，均合格。
表顯數值與實際數值的差異
通過對回火爐爐氣循環的改進，回火爐的溫度均勻性得到了優化，且產品質量符合工藝要求。但是，生產過程中仍存在表顯數值與實際爐溫值的差異。
該回火爐溫控表采用數字控制器和國內知名品牌的熱電偶，且由公司職能部門定期進行校驗，符合儀器出廠要求及企業標準。因此可以排除溫控表和熱電偶方面的原因。
補償導線在長期工作過程中，由于高溫氧化，會在連接處出現電阻變化，產生數據誤差。現場使用過程校驗儀，分別在溫控表端和熱電偶端進行檢測，經過反復檢測，可以判斷出溫控表的表顯數值與實際溫度的差異由補償導線及其連接質量造成。技術人員對補償導線與熱電偶及溫控表的連接進行全面排查，得出補償導線的自身缺陷是造成數值差異的主要原因。查閱數字控制器（溫控表）說明書，該溫控器具備誤差補償功能，即PV偏移量及增益補償值功能。根據實際差異情況，應選擇偏移量設置糾正差異。使用過程校驗儀在熱電偶前得到的溫度值，計算出與溫控表的差值，使用偏移量賦值進行糾正，實現溫控表的表顯值與真實值的一致。
轉向節線回火爐爐溫測試
采取12點帶工件連續爐溫測試（圖3），選取12件轉向節產品，并在金相取樣位置打孔安裝測溫探頭（直徑5mm，深度超過半徑）。進爐跟件儀器的安裝、連線。水套注水、儀器的隔熱包裝。
通過溫度檢測記錄，可以看到10∶06開始進入回火爐，11∶58時12個檢測點均到達工藝設定溫度620℃，加熱時長為111分鐘，出爐時間為13∶48，保溫時長為110分鐘。整個實測溫度曲線與工藝曲線吻合。
上中下三層在加熱階段的溫升情況存在一定的差異，下層首先達到工藝溫度，上層和中層隨后達到工藝溫度，進入保溫區后，上中下三層溫度一致。
通過本次檢測可以確認轉向節回火爐懸掛工件的上中下三層位置在升溫過程中存在差異，到達工藝值后，溫度一致無明顯差異。南側、北側溫度一致，無差異。說明經過對轉向節回火爐的優化，該爐滿足工藝要求，回火產品符合質量要求。
測試結果
⑴該轉向節回火爐采取的加熱控制模式不利于爐溫均勻性的實現。而回火爐底部超溫由爐頂熱電偶檢測點低于工藝溫度造成。
⑵在改造溫度控制方式有較大困難的情況下，使用熱量分配的方法可以實現回火爐的溫度均勻。
⑶使用溫控器的偏移量功能可以消除信號傳遞環節造成的誤差，從而實現表顯溫度與實際溫度無誤差。
⑷熱處理生產線在生產使用過程中，要對發生熱量散失的部位進行及時的修復，以避免出現爐溫不均勻現象。
⑸對于大型的熱處理爐來說，爐墻電爐絲宜采取分層控制方式，有利于均勻爐內溫度。
汽車鍛件回火爐處理時間與溫度測試數據
轉向節調質熱處理工藝曲線，淬火100分鐘達到設定溫度，保溫時間為100分鐘。回火110分鐘達到設定溫度，保溫時間為110分鐘。轉向節熱處理控制計劃（回火部分）見表1。按照上述熱處理工序，轉向節經過調質處理，以獲得回火索氏體組織。
回火爐爐溫不均勻及底部超溫情況
回火8區底部出現明顯的超溫（660℃附近），發現8區上B相故障斷開。判斷B相是爐體中段爐絲不工作，造成爐體上檢測的溫度值降低，整個爐體爐絲應該進行加熱。
根據之前的判斷，爐體加熱會造成爐底部檢測溫度升高（超溫）。回火8區上，由于B相故障，控制上檢測溫度值低，該區爐體爐絲加熱。通過溫度顯示表可以看到顯示數值大于等于溫度值后，停止加熱，顯示數值小于溫度值時開始加熱。由于回火爐爐底板超溫嚴重，經對轉向節產品打硬度，確認該批次產品硬度偏軟，全部返工。
轉向節回火爐爐溫控制模式
回火爐加熱過程中，頂部熱電偶檢測爐上層溫度是否達到工藝設定溫度，是則爐墻電爐絲停止加熱，否則繼續加熱，直到達到工藝設定值。底部熱電偶檢測爐底層溫度是否達到工藝設定溫度，是則底部輻射管停止加熱，否則繼續加熱，直到達到工藝設定值。
在這種爐溫控制模式下，當回火爐保溫性能良好，無跑溫的情況下，才可以實現爐溫的均勻。但是，懸掛式連續爐爐頂的密封性能是逐年下降的，一旦爐頂出現明顯的熱量散失，則爐頂熱電偶就會檢測到低于工藝要求的溫度值。
回火爐工作溫度約為600～700℃，這個溫度下輻射加熱的效果明顯降低，轉向節的回火溫度主要來自熱風對流加熱。為了提高爐內工件溫度均勻性，回火爐兩側布置了20臺側置循環風扇，并在爐內每臺風扇處安裝了導風板，以攪動爐內氣體循環。
風機在爐體中部吸風，經過爐絲加熱后，在導流罩上下吹出熱風。由于目前的問題是爐底部超溫，爐頂溫度相對較低，應考慮采取減少爐底部的熱風流量，提高爐頂部熱風風量的辦法來降低爐底溫度、提高爐上部溫度，從而實現回火爐爐溫的均勻性。
轉向節線爐溫均勻性驗證
為快速驗證前面的控溫措施對爐溫均勻性的影響，采取了樣塊跟隨轉向節進入（2月17日16：00進爐、2月18日9：00進爐，兩次樣塊淬火、回火硬度值），獲取淬火及回火硬度。本次實驗數據可以看到，淬火硬度、回火硬度均符合工藝要求，12個位置樣塊實驗數據符合工藝要求。之后組織了批量生產，對產品進行了金相及硬度抽查，均合格。
表顯數值與實際數值的差異
通過對回火爐爐氣循環的改進，回火爐的溫度均勻性得到了優化，且產品質量符合工藝要求。但是，生產過程中仍存在表顯數值與實際爐溫值的差異。
該回火爐溫控表采用數字控制器和國內知名品牌的熱電偶，且由公司職能部門定期進行校驗，符合儀器出廠要求及企業標準。因此可以排除溫控表和熱電偶方面的原因。
補償導線在長期工作過程中，由于高溫氧化，會在連接處出現電阻變化，產生數據誤差。現場使用過程校驗儀，分別在溫控表端和熱電偶端進行檢測，經過反復檢測，可以判斷出溫控表的表顯數值與實際溫度的差異由補償導線及其連接質量造成。技術人員對補償導線與熱電偶及溫控表的連接進行全面排查，得出補償導線的自身缺陷是造成數值差異的主要原因。查閱數字控制器（溫控表）說明書，該溫控器具備誤差補償功能，即PV偏移量及增益補償值功能。根據實際差異情況，應選擇偏移量設置糾正差異。使用過程校驗儀在熱電偶前得到的溫度值，計算出與溫控表的差值，使用偏移量賦值進行糾正，實現溫控表的表顯值與真實值的一致。
轉向節線回火爐爐溫測試
采取12點帶工件連續爐溫測試（圖3），選取12件轉向節產品，并在金相取樣位置打孔安裝測溫探頭（直徑5mm，深度超過半徑）。進爐跟件儀器的安裝、連線。水套注水、儀器的隔熱包裝。
通過溫度檢測記錄，可以看到10∶06開始進入回火爐，11∶58時12個檢測點均到達工藝設定溫度620℃，加熱時長為111分鐘，出爐時間為13∶48，保溫時長為110分鐘。整個實測溫度曲線與工藝曲線吻合。
上中下三層在加熱階段的溫升情況存在一定的差異，下層首先達到工藝溫度，上層和中層隨后達到工藝溫度，進入保溫區后，上中下三層溫度一致。
通過本次檢測可以確認轉向節回火爐懸掛工件的上中下三層位置在升溫過程中存在差異，到達工藝值后，溫度一致無明顯差異。南側、北側溫度一致，無差異。說明經過對轉向節回火爐的優化，該爐滿足工藝要求，回火產品符合質量要求。
測試結果
⑴該轉向節回火爐采取的加熱控制模式不利于爐溫均勻性的實現。而回火爐底部超溫由爐頂熱電偶檢測點低于工藝溫度造成。
⑵在改造溫度控制方式有較大困難的情況下，使用熱量分配的方法可以實現回火爐的溫度均勻。
⑶使用溫控器的偏移量功能可以消除信號傳遞環節造成的誤差，從而實現表顯溫度與實際溫度無誤差。
⑷熱處理生產線在生產使用過程中，要對發生熱量散失的部位進行及時的修復，以避免出現爐溫不均勻現象。
⑸對于大型的熱處理爐來說，爐墻電爐絲宜采取分層控制方式，有利于均勻爐內溫度。
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