大型齿轮热处理温度跟踪测试.pdf

第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 测试与分析 大型齿轮热处理温度跟踪测试 郭 锐 ， 陈进磊， 白 亮， 陈高华 （太原科技大学， 山西 太原 ； 太重齿轮分公司， 山西 太原 ； 山西迪思凯瑞科技有限公司， 山西 太原 ） 摘要：大型变速箱齿轮，体积较大，热处理工艺要求较高，如何对多用炉进行测温和校正，成为大型金属件热处理工艺过程中的难 题。 使用无线炉温跟踪仪，在太重齿轮传动分公司成功测试多用炉的炉温均匀性，全程跟踪记录大型齿轮工件温度曲线，为炉体加 热参数的调整提供了依据。 关键词：大型齿轮；热处理；无线温度跟踪仪；炉温均匀性 中图分类号：TG155 91 文献标志码：B 文章编号：0254- 6051（2016）02- 0211- 05 Heat treatment temperature track test for large gear ， ， ， （ ， ， ； ， ， ； ， ， ， ） Abstract： - ， ， - ， Key words： ； ； ； 收稿日期：- - 基金项目：山西省青年科技研究基金（- ） 作者简介：郭 锐（），男，讲师，硕士，从事工业温度测量，联系电 话：，- ： doi：10 13251 j issn 0254- 6051 2016 02 050 多用炉广泛应用于金属材料的退火、回火、渗氮、 渗碳等热处理工艺。 相比于其它大型工业炉，由于存 在两个热处理室，其内室密闭性较好，炉温均匀性也比 较一致。 但随着时间地推移，多用炉内室（后室）的部 分构件可能老化、变形、脱落，从而导致炉温均匀性出 现较大差异。 大型变速箱齿轮，其体积较大，如果多用炉炉体老 化，将很难保证热处理温度的均匀性。 这将影响齿轮 和变速箱的性能。 虽然多用炉自身设置有多个温度传感器，可以测 量并记录热处理温度曲线，但由于其温度传感器只能 固定于炉壁，且数量有限，无法按 枟热处理炉有效加热区测定方法枠进行 点（甚至 点）炉温均匀性的测量 。 而且，针对类似大型齿轮 的工件，客户和现场工程师期望掌握工件内部的温度 曲线，这是炉体自身测温系统无法实现的 。 应用案例背景 太原重型机械集团经多年积累和努力，推出了大 型海工产品和风电产品系列，其核心之一的变速箱 （减速机）齿轮的质量，尤其需要以高标准执行和保 证。 生产工艺要求炉温均匀性 ，有的工艺要求 在保温过程中炉温均匀性 。 因此在现场验收过 程中，炉温的均匀性是主要验收指标之一 。 测量炉温的均匀度的目的：是了解炉膛内温度的 空间分布特性和时间分布特性，以及温度波动的大小， 从而确定有效工作区的大小和位置。 温度的空间分布 特性，是指温度在整个炉膛内各点的分布情况，这个参 数用于描述温度的均匀性；温度的时间分布特性，是指 温度在工艺过程中的变化情况，这个参数用于描述温 度的稳定性 。 但大型齿轮由于其体积较大，加之热处理炉的逐 渐老化，很难用传统经验数据来计算、评估其热处理过 程中的工件内部温度过程（温度曲线）。 如何方便有 效地测量多用炉的炉温均匀性？ 如何测量大型齿轮工 件本体内部的温度曲线？ 这两个问题一直困扰着太重 齿轮的现场工程师。 在此之前，现场工程师只能使用 拖偶方式：将 支约十几米长的热电偶的测温端，固定 l 第 卷 在工装架上，进入多用炉，中间段还需套两个厚钢管， 防止内、外室炉门关闭时压断热电偶；再将热电偶冷端 连至多通道无纸温度巡检仪，记录温度曲线。 然而，拖 偶方式在多用炉内、外室中，极易弯折损坏，导致测试 半途而废；同时，保护支撑钢管使得炉门无法闭合，热 量泄漏已经使得温度均匀性大打折扣，且影响程度无 法评估；过长的热电偶存在冷端补偿困难，而电偶中部 高温，也会对热端（测温端）造成扰动（这种扰动无法 准确测量和计算）。 经多次技术商讨、探究，决定采用无线炉温跟踪 仪，制定简单、实用、可靠的测温方案，依据国标 枟热处理炉有效加热区测定方法枠以及 美国 枟美国宇航材料规范枠，一次性测试 成功。 无线温度跟踪方案 如图 所示，无线炉温跟踪仪，连接好温度传感器 （热电偶）和天线后，密闭放置在隔热箱内；热电偶的 热端（测温端），固定于工装架或工件测温孔内。 热电 偶的长度随测温点的远近而定制，最长热电偶大约 ，且热电偶完全都在内室，不向外引，有效避免 了拖偶方式的弊端。 图 温度跟踪示意图 在隔热箱（ 下，承受 ）的保护下，无线温 度采集器、热电偶、天线、隔热箱，随同工件经多用炉外 室，一起进入内室。 热处理工艺及设置 3 1 工艺要求 按照大型齿轮热处理工艺要求，测定 、 ， 个温度点，依次恒温 。 炉型是爱协林- 气氛多用炉。 3 2 仪器设置参数 无线实时温度跟踪， 采样间隔，采用国标 以及 标准 点测温，参见图 （）。 隔热箱采用复合隔热技术，外层是无水纳米隔热 材料，内部还有相变储能材料，保证在工艺要求时间 内，仪器内部温度不超过 。 考虑到炉内碳粉侵蚀 隔热箱，外裹陶瓷纤维毯（ 厚）。 3 3 测温点布置 热电偶采用直径 矱 的柔性铠装耐高温热 电偶，便于安装。 测温点的布置，严格参照国标： 以及美国航标 ，关于炉温均匀性测量的要 图 测温点示意图 求。 工装架就地采用大型齿轮件的工件架。 在图 （）的现场照片中，可以看到位于工装架中部靠前位 置的隔热箱，外裹白色陶瓷纤维毯，隔热箱后面就是等 待热处理的大型齿轮工件。 测温过程与数据分析 下面就具体温度曲线及各阶段进行论述：炉膛 中门附件，温度略低；炉膛左后部，温度较高；各测试 点之间温度差保持均匀，高、低点温差 ； 保温，炉温振幅较小，均匀性较好，但实际炉温，炉体显 示屏和我方测试反馈温度，略高于设定值，整体偏高约 第 期郭 锐，等：大型齿轮热处理温度跟踪测试 l ；、 保温，振幅明显规律波动，但随着保 温时间的推移，振幅趋势减小。 因 条热电偶出现间歇性外保护铠材破损导致的 信号不稳定，所以本案例中有效测量点数是 ，对应有 效温度测量曲线也是 条。 4 1 整体炉温曲线 从图 所示可以看到 的恒温保持曲线，比 阶段的要稳定； 阶段可以看到明显的炉温 振荡起伏的调整过程。 阶段，炉温的最大、最小 值，以及测温 点之间温差，均略微超出工艺要求。 但 曲线整体保持稳定，温度高的测温点和温度相对较低 的测温点，温差基本恒定。 这将极大地有利于判定炉 膛老化和不稳定点，从而进行修复和适当参数调整，保 证大型齿轮热处理工艺的技术要求，提升产品质量。 图 整体温度曲线 4 2 660 恒温保持阶段 由图 所示：炉温上冲后的回落。 炉温均值（- 多用炉内部的温度测量显示值，接近仪器 点测温 的均值）超过设定值后开始回落。 点之间的温差趋 于稳定和减小。 各测温点之间的温度高低排序，始终 恒定；这说明此炉性能较为稳定，易于调整。 4 3 820 恒温保持阶段 如图 所示：炉温进入高温温段后，出现了振荡调 图 温度- 时间实时图 - 图 温度- 时间实时图 - l 第 卷 整调整过程；在一个调整周期中，可以发现加热阶段 （温度上升）时，各点温差变大（约 ），“冲顶”回 落过程中，带有自然降温成分，各测温点温差减小（约 ）；振荡周期约 。 4 4 930 恒温保持阶段 如图 所示： 恒温保持阶段，温度调整的 “振荡”过程更加明显，振荡周期缩短，各测温点的温 差有缓慢减小的趋势，但振荡周期基本不变；振荡周期 图 温度- 时间实时图 - 约 。 4 5 930 实时数据 无线炉温跟踪仪分析软件，可以将数据到处 为 或 格式的数据文件，从中可以查阅或 进一步分析数据。 由于数据量庞大，这里仅展示 恒温保持阶段的各测温点数据，见表 。 表1 930 实时特征数据 Table 1 Real- time characteristic data at 930 D数组序号时间测点 测点 7测点 测点 铑测点 适测点 测点 晻测点 i ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 谮 抖抖畅 拻拻畅 m I I畅 %畅 畅 ：l畅 谮 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 谮 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 $ 畅 ：l畅 谮 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 $ ：l畅 谮 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 畅 ：l畅 谮 抖 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：X畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 畅 ：X畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 憫 m I I畅 %畅 畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I $ ：l畅 谮 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 畅 ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 $ ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 $ ：l畅 圹圹畅 抖抖畅 憫 n n畅 I I畅 %畅 畅 ：l 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 ：l畅 谮 抖抖畅 憫 n n畅 I %畅 ：X畅 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 %畅 畅 ：X 圹圹畅 抖抖畅 拻拻畅 n n畅 I I畅 $ 第 卷 第 期 年 月 f畅 r畅 冷却技术 新配方水基淬火介质的制备及冷却特性 罗宇媛， 揭晓华， 卢国辉， 张留艳 （广东工业大学 材料与能源学院， 广东 广州 ） 摘要：配制出一种新配方水基淬火介质，该淬火介质由聚烷撑乙二醇（）、冷速调整添加剂、防锈剂、消泡剂、防腐剂和水组成；研 究了新配方水基淬火介质的冷却特性并与水、淬火油和 淬火介质进行了对比。 结果表明，新配方水基淬火介质的冷却特 性介于水和油之间， 淬火介质的最大冷却速度为 ， 下的冷却速度为 ，与 淬火 介质相当。 关键词：聚烷撑乙二醇（）；淬火介质；冷却特性；冷却速度 中图分类号：TG154 4 文献标志码：A 文章编号：0254- 6051（2016）02- 0215- 05 炉体调整建议 经多方沟通探讨，工程师基本一致认为 - ：因 中门（内、外室的隔离门）附近的防火层，可能在封闭 处有所破损，导致中门附件温度偏低，而且这种漏热， 可能导致高温区出现振荡调整。 可以调整左后侧加 热带位置或参数，其加热温度略高。 结语 本文依据 和 ，成功 解决了大型齿轮在热处理炉内的温度跟踪要求。 整个 测温过程和数据，得到了太重齿轮传动分公司工程部 的认可，并且为随后的工艺分析和改进提供数据支持。 更加合理的热处理工艺曲线，在提高产品质量的同时， 还能降低热处理炉能耗，为企业节能减排。 参考文献： 汪银辉箱式多用炉的设计要素中国高新技术企业， （）： - 秦泗义多用炉热处理渗碳工艺及应用分析科技创新与应 用， （）： - 梁 磊， 张晓立箱式炉炉温均匀性测量方法及改善锅炉制 造， （）： - ， ， （）： - 张西军电阻加热炉炉温均匀性差的原因及解决办法金属热 处理， ， （）： - ， ， （）： - 刘金华热处理炉炉温均匀性测试及误差修正黑龙江科技信 息， （）： - Preparation and cooling characteristic of a new formula water- based quenching medium ， ， ， （ ， ， ， ） Abstract： - （）， ， ， ， - ， - ，