張紅梅

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

AMS2750（航空材料性能）標(biāo)準(zhǔn)是SAE（汽車工程師學(xué)會(huì)）在1980年公布的。在2005年推出了修訂版AMS2750D，在2012年又推出了修訂版AMS2750E。AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各類真空爐型的溫度校準(zhǔn)精度和均勻性的要求，以及各類儀器、儀表的校準(zhǔn)精度。而在Nadcap(國(guó)家航空和國(guó)防承包商認(rèn)證程序的縮寫)的構(gòu)架下，主要的航空設(shè)備制造商的目的是提高技術(shù)，要求承包商（轉(zhuǎn)包商）提高產(chǎn)品質(zhì)量。一些承包商（轉(zhuǎn)包商）為獲得Nadcap認(rèn)證，對(duì)于真空爐的要求就是能夠滿足AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)。因此，在AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求下，對(duì)真空爐的設(shè)計(jì)要求就更加嚴(yán)格。

AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各類級(jí)別真空爐用傳感器及其校準(zhǔn)見表1。

表1 各類級(jí)別真空爐用傳感器及其校準(zhǔn)

AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各類級(jí)別真空爐爐溫均勻性的要求見表2。

表2 各類級(jí)別真空爐爐溫均勻性

符合AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)的真空爐，其關(guān)鍵技術(shù)在于真空爐的工藝溫度控制、溫度均勻性的保證、各類溫度傳感器以及各類控制儀表的選用與檢測(cè)。目前，隨著各行各業(yè)的生產(chǎn)中都在使用或者借鑒AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)，普通的真空爐已經(jīng)不能滿足各行業(yè)用戶的使用要求。因此，為了能夠設(shè)計(jì)出滿足AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)的真空爐，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)下述方法來(lái)解決和實(shí)現(xiàn)它的關(guān)鍵技術(shù)。

1 真空爐的工藝溫度控制

真空爐工藝溫度的控制主要是通過(guò)溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它安裝在真空爐的有效空間內(nèi)，同控制儀表組成爐溫控制、記錄和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于真空爐工藝溫度控制。工藝溫度控制傳感器的選用與安裝使用都應(yīng)符合AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.1 工藝溫度控制傳感器的選用

依據(jù)AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)，在表3中列出了各個(gè)溫度段工藝溫度控制傳感器的選型分類。

表3 各個(gè)溫度段工藝溫度控制傳感器的選型分類

另外，在選用工藝溫度控制傳感器時(shí)，還要注意保護(hù)管的選用。工藝溫度控制傳感器的保護(hù)管根據(jù)所使用的溫度范圍分為金屬保護(hù)管、非金屬保護(hù)管和金屬陶瓷保護(hù)管等三大類。不同類別的保護(hù)管測(cè)溫響應(yīng)時(shí)間也不同。符合且滿足AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)的工藝溫度控制傳感器的保護(hù)管一般選用金屬管，因?yàn)榻饘俟軣犴憫?yīng)時(shí)間比較快，在測(cè)量溫度均勻性時(shí)，可以與溫度均勻性測(cè)試傳感器的響應(yīng)時(shí)間接近或同步。

1.2 工藝溫度控制傳感器的安裝方式

對(duì)于負(fù)壓的真空爐，工藝溫度控制傳感器可以采用直插式安裝方式（如圖1所示），這種安裝方式簡(jiǎn)單方便，溫度傳感器的安裝深度可以調(diào)節(jié)。同時(shí)可以使熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線直接連接并一起校驗(yàn)，減小系統(tǒng)精度誤差，能夠更好地滿足AMS2750E要求。

圖1 直插式安裝

對(duì)于正壓的真空爐，熱電偶的安裝就不能采用直插式。此時(shí)，就要考慮螺紋卡套安裝或是法蘭安裝，可以耐很高的正壓（2.5 MPa）。法蘭安裝方式分為兩種：一種為固定法蘭式（如圖2所示），一種為可調(diào)節(jié)法蘭式?？烧{(diào)節(jié)法蘭式要求溫度傳感器補(bǔ)償導(dǎo)線的引出需要轉(zhuǎn)接，轉(zhuǎn)接件材質(zhì)必須選用與偶材相同的材質(zhì)。這樣才能保證溫度傳感器的精度偏差方向一致。

2 真空爐溫度均勻性的保證

熱處理工藝要求真空爐的均溫區(qū)溫度分布均勻，并能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，使處理的零件能夠處于同一溫度范圍內(nèi)。為了確定真空爐設(shè)計(jì)的均溫區(qū)的大小和位置，還需要對(duì)均溫區(qū)進(jìn)行溫度均勻性測(cè)量。

圖2 固定法蘭式

2.1 真空爐均溫區(qū)的設(shè)計(jì)

依據(jù)AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于I類真空爐，爐溫均勻性為±3℃。為滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，真空爐加熱室的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵,它的好壞直接影響到爐子的性能及其運(yùn)營(yíng)成本。真空爐的加熱室主要由加熱元件、反射屏、保溫屏以及絕緣瓷件等組成。因圓筒形加熱室熱損失小，溫度均勻性好，故一般真空爐加熱室均設(shè)計(jì)為圓筒形。由均溫區(qū)尺寸的大小決定加熱室的尺寸：加熱元件距離均溫區(qū)的徑向尺寸為50～150 mm（經(jīng)驗(yàn)值為80～100 mm）,距離均溫區(qū)的軸向尺寸為100～250 mm（經(jīng)驗(yàn)值為245 mm）；加熱元件距離反射屏的徑向尺寸為50～100 mm。隔熱屏應(yīng)距離均溫區(qū)軸向距離尺寸為150～300 mm，或更長(zhǎng)一些（經(jīng)驗(yàn)值為320 mm）。加熱方式采用多區(qū)加熱，多區(qū)獨(dú)立控溫（根據(jù)爐型大小設(shè)計(jì)）。

2.2 溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器的選用

溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器是用來(lái)測(cè)試真空爐均溫區(qū)的溫度均勻性。AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)要求溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器是必須經(jīng)過(guò)國(guó)家I級(jí)計(jì)量單位檢定并附有檢定報(bào)告，偏差為已知的溫度傳感器，并且需在有效的檢定期內(nèi)使用。依據(jù)AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)，表4中列出了各個(gè)溫度段溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器的選型分類。

表4 各個(gè)溫度段溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器的選型分類

溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器選用進(jìn)口的偶絲（國(guó)內(nèi)偶絲達(dá)不到AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)要求的精度），精度要求應(yīng)滿足表4，且同一批次的傳感器應(yīng)使用同一盤材料，不僅保證傳感器間偏差小，而且保證傳感器的偏差方向一致。

2.3 溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器的安裝方式

溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器的安裝方式主要分以下兩種，見圖3和圖4。圖3所示安裝方式在檢測(cè)時(shí)將其安裝在爐壁的安裝法蘭上，溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器分別通過(guò)壓緊螺帽緊固到安裝座上，再進(jìn)爐膛進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)完后，需將其全部拆除。圖4所示安裝方式在檢測(cè)時(shí)將其安裝在爐壁的安裝法蘭上，溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器通過(guò)快插方式安裝，只需將插頭與插座一一對(duì)應(yīng)插上即可。圖4所示件1傳感器插頭為補(bǔ)償導(dǎo)線部分，件6傳感器插頭為均勻性檢測(cè)偶測(cè)量端。檢測(cè)完畢后，只需將件1與件6兩部分插頭拔下即可，中間件3安裝法蘭盤部分無(wú)需拆卸。此種結(jié)構(gòu)使用簡(jiǎn)單方便。

圖3 溫度傳感器安裝方式1

2.4 溫度均勻性檢測(cè)（TUS）方法及使用儀表

溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器的安裝數(shù)量及方法以箱式9點(diǎn)為例，如圖5所示：采用平面布置法，前區(qū)4點(diǎn)，后區(qū)4點(diǎn)，中心部位一點(diǎn)。依據(jù)AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)，溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器的測(cè)量端均安裝在距工作區(qū)角76 mm（3英寸）以內(nèi)。依據(jù)AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)真空爐中使用的工藝儀表不能用來(lái)記錄溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器數(shù)據(jù)。我們測(cè)試溫度均勻性時(shí)采用的是經(jīng)校準(zhǔn)的獨(dú)立測(cè)試儀表，以及符合上表要求的獨(dú)立溫度均勻性檢測(cè)（TUS）傳感器進(jìn)行溫度均勻性檢測(cè)。

圖4 溫度傳感器安裝方式2

圖5 溫度均勻性測(cè)試方法簡(jiǎn)圖

3 真空爐的系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）

系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）是指在真空爐中用比工藝溫度控制傳感器更高一級(jí)的傳感器來(lái)

檢測(cè)爐子中工藝溫度控制傳感器的測(cè)溫準(zhǔn)確性，看其偏差是否在適用的要求范圍之內(nèi)。以此來(lái)保證爐子中每個(gè)加熱區(qū)的溫度控制和記錄的精度。此類傳感器被稱為系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器。

3.1 系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）傳感器的選用

系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器在使用時(shí)，必須經(jīng)過(guò)國(guó)家I級(jí)計(jì)量單位檢定并附有檢定證書。依據(jù)AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)，表5中列出了各個(gè)溫度段系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器的選型分類。

3.2 系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）傳感器的安裝方式

依據(jù)AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)要求，系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）傳感器的測(cè)量端應(yīng)盡可能靠近到控制、檢測(cè)或記錄傳感器的測(cè)量端，端點(diǎn)與端點(diǎn)間距離不超過(guò)76 mm。系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）傳感器類型應(yīng)與要測(cè)試的傳感器類型不同。此外，對(duì)固有的R型傳感器不得用來(lái)檢測(cè)S型傳感器，而且固有的S型傳感器不得用來(lái)檢測(cè)R型傳感器。其安裝方式如圖6和圖7所示。

表5 系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器的選型

圖6 系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器安裝方式1

圖7 系統(tǒng)精度測(cè)試傳感器安裝方式2

圖6所示安裝方式采用了系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）傳感器與溫度控制傳感器形成一個(gè)合適的角度，使兩個(gè)傳感器的測(cè)量端直線距離控制在76 mm之內(nèi)。圖7安裝方式采用了系統(tǒng)精度測(cè)試（SAT）傳感器與溫度控制傳感器并排安裝方式，使兩個(gè)傳感器的測(cè)量端直線距離控制在30 mm之內(nèi)。以上兩種安裝方式均能滿足AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)要求。

我們對(duì)于真空爐在其關(guān)鍵技術(shù)上的解決與實(shí)施，達(dá)到了AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求。例如我們研制的高溫真空釬焊爐可用于鈦及鈦合金、不銹鋼、高溫合金的真空釬焊；真空時(shí)效爐可用于不銹鋼15-5PH、Ti-6Al-4V、鈦合金TB3以及高溫合金等時(shí)效處理。目前該類設(shè)備已經(jīng)在航空、航天以及特殊材料的熱處理廠商中廣泛使用。隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，符合AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)的真空爐的應(yīng)用也將會(huì)越來(lái)越廣泛。為提高產(chǎn)品質(zhì)量，我們?cè)谡婵諣t設(shè)計(jì)中認(rèn)真貫徹執(zhí)行AMS2750E標(biāo)準(zhǔn)也具有重要的意義。

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