(高清版)GBT 9452-2023 热处理炉有效加热区测定方法

热处理炉有效加热区测定方法Ⅱ I 2规范性引用文件 3术语和定义 4热处理炉按温度均匀性分类 25有效加热区初始测定和周期测定 36测试系统 7测试方法 8有效加热区测试评定 9记录与报告 附录A(资料性)有效加热区测试记录表 附录B(资料性)有效加热区测定合格证 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件代替GB/T9452—2012《热处理炉有效加热区测定方法》,与GB/T9452—2012相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：a)增加了“其他加热设备也可参照执行”(见第1章);b)增加了规范性引用文件GB/T30825(见第3章和4.1);c)更改了规范性引用文件，将GB/T16839.2更改为GB/T16839.1(见6.2.1,2012年版的6.2);d)增加了规范性引用文件JB/T8901(见6.2.1);f)将“记录仪表”更改为“数字式记录仪表”(见4.1,2012年版的第4章);g)增加了“常用热处理工艺对温度均匀性的要求”(见表2);h)将“实施条件和测定周期”更改为“有效加热区初始测定和周期测定”,增加和更改了两种测定方法的相应要求(见第5章，2012年版的第5章);i)将“检测装置”更改为“测试系统”,删除了“测量线路的连接图”,增加和更改了对各组成部分的规定(见第6章、表5、表6和图1,2012年版的第6章、表3、表4和图2);j)更改了对测试方法的规定(见7.2、7.3、7.4,2012年版的7.2、7.3、7.4),删除了“重复测试”的要求(见2012年版的7.5);k)增加了评定有效加热区是否“重新测试”的结论(见8.3);1)将“检测报告”更改为“记录与报告”,增加了记录的项目，更改了对报告内容的规定(见第9章，2012年版的第9章);请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国热处理标准化技术委员会(SAC/TC75)提出并归口。本文件起草单位：广东世创金属科技股份有限公司、北京机电研究所有限公司、江苏丰东热技术有限公司、中航长城计量测试(天津)有限公司、天津市热处理研究所有限公司、二重(德阳)重型装备有限公司、株洲中车天力锻业有限公司、常州新区河海热处理工程有限公司、江苏丰东热处理及表面改性工程技术研究有限公司、西安汉唐分析检测有限公司、西安福莱特热处理有限公司。本文件主要起草人：董小虹、徐跃明、向建华、常玉敏、吕国义、李俏、王广生、宋宝敬、李安富、本文件于1988年首次发布，2003年第一次修订，2012年第二次修订，本次为第三次修订。1热处理炉有效加热区测定方法本文件规定了热处理炉按温度均匀性分类，有效加热区初始测定和周期测定、测试系统、测试方法、结果评定、记录与报告以及管理的要求。本文件适用于测定热处理炉在使用温度范围内满足温度均匀性要求的有效加热区。本文件不适用于连续加热炉中没有固定的工艺规定加热温度或不要求温度均匀性的加热区。其他加热设备可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T1598铂铑10-铂热电偶丝、铂铑13-铂热电偶丝、铂铑30-铂铑6热电偶丝GB/T2614镍铬-镍硅热电偶丝GB/T2903铜-铜镍(康铜)热电偶丝GB/T4989热电偶用补偿导线GB/T4990热电偶用补偿导线合金丝GB/T4993镍铬-铜镍(康铜)热电偶丝GB/T4994铁-铜镍(康铜)热电偶丝GB/T5977电阻温度计用铂丝GB/T7232金属热处理工艺术语GB/T13324热处理设备术语GB/T16839.1热电偶第1部分：电动势规范和允差GB/T17615镍铬硅-镍硅镁热电偶丝GB/T18404铠装热电偶电缆及铠装热电偶GB/T30825热处理温度测量JB/T8901贵金属铠装热电偶电缆3术语和定义GB/T7232、GB/T13324和GB/T30825界定的以及下列术语和定义适用于本文件。工艺规定温度processtemperature根据工件热处理的目的和材料种类，由热处理工艺规定的加热温度。温度均匀性temperatureuniformity热处理炉有效加热区内温度的均匀程度，指有效加热区内各测试点温度相对于设定温度的最大偏差。2有效加热区qualifiedworkzone在加热炉中，经温度检测而确定的满足热处理工艺规定温度及温度均匀性的工作空间。为判断热处理炉的有效加热区，在进行检测前，根据热处理炉的结构、控制方式及其他条件而预先热处理炉内未装入工件或代用品情况下测定有效加热区的试验。热处理炉内装入工件或代用品情况下测定有效加热区的试验。初始测定initialtest作温度范围和炉子类别进行的有效加热区测定。热处理炉在使用过程中按一定频次定期进行的有效加热区测定。所有控制和记录传感器温度均在允许的均匀性偏差范围内，每个区的温度控制保持在设定温度，达到设备稳定；所有有效加热区测定传感器温度均达到所需的均匀性范围，并能判定所有传感器温度没有显示出持续向上或向下偏离设定点的变化趋势，达到温度均匀性测定稳定。4热处理炉按温度均匀性分类4.1热处理炉按有效加热区的温度均匀性分为七类，其相应控温仪表准确度级别和数字式记录仪表准确度级别见表1。表1热处理炉按温度均匀性分类及其仪表准确度级别热处理炉类别有效加热区温度均匀性/℃控温仪表准确度级别/级记录仪表准确度级别"/级I士3ⅡⅢ士8VVIVⅡ模拟仪表的准确度级别按GB/T30825的规定。34.2常用热处理工艺对温度均匀性的要求见表2。表2常用热处理工艺的温度均匀性热处理工艺温度均匀性/℃淬火回火正火普通正火等温正火退火完全退火、不完全退火球化退火、等温退火预防白点退火、再结晶退火、稳定化退火气体渗碳气体渗氮高温合金热处理时效或小于或等于850℃退火固溶处理、中间退火、大于850℃退火钛合金热处理时效退火或固溶处理铝合金热处理固溶处理时效退火铸铁灰铸铁、球墨铸铁淬火、回火灰铸铁、球墨铸铁等温淬火可锻铸铁退火真空热处理淬火、回火、时效退火、固溶处理真空高压气淬真空低压渗碳对于大型铸锻件，热处理炉的温度均匀性经双方协商后可与产品热处理工艺要求一致。5有效加热区初始测定和周期测定5.1初始测定5.1.1新的热处理炉、经过大修或技术改造的热处理炉，在正式投产前应对有效加热区进行初始测定。5.1.2热处理炉在使用过程中，当出现下列情况之一时也应进行有效加热区初始测定：4a)热处理炉搬迁(设计为有轮子或其他便携方式移动的炉子除外);b)有效加热区位置变化或体积扩大；c)扩大了工作温度范围；d)炉气流动方式和速度发生变化(如导流板位置、风速、风量等);e)耐火材料的型号或厚度改变；f)加热元件数量、类型或位置改变；g)燃烧器尺寸、数量、类型或位h)真空炉热区设计或材料发生变化；i)温度控制传感器变化(如类型、规格、结构)和位置改变；j)燃烧压力设定改变；k)炉子压力设定改变；1)控制仪表的整定参数更改；m)热处理炉生产对象或工艺变更，需要提高有效加热区温度均匀性；n)热处理产品出现不合格现象，经查明与温度均匀性有关；o)超过规定的检测周期并连续三个月以上未使用的热处理炉重新启用时。5.2周期测定5.2.1热处理炉在使用过程中应对有效加热区进行周期测定，测定的周期应符合表3的规定。表3热处理炉有效加热区测定周期热处理炉类别有效加热区温度均匀性/℃测定周期4/月I士32Ⅱ士52Ⅲ士866V66对使用率低的热处理炉，其测定周期可适当延长。对用于非关键和非重要零件的热处理炉，经过一定的工艺和性能试验验证后其测定周期也可适当延长。5.2.2对于有多个不同有效加热区的热处理炉，应分别进行测试，也可按其中最短的测定周期同时进行测定。5.2.3当到期未能及时进行有效加热区测定时，允许适当延长时间，但不应超过表4的规定，且延长时间后的下一个测定周期不应顺延，仍按原周期计算。表4有效加热区周期测定时允许延长的时间测定周期/月允许超过的时间/d2656测试系统有效加热区测试系统通常由温度传感器、补偿导线、测量仪表和测温架等组成。6.2温度传感器6.2.1温度传感器热电偶应符合GB/T1598、GB/T2614、GB/T2903、GB/T4993、GB/T4994、GB/T5977、GB/T17615和GB/T16839.1的规定。对于真空炉和可控气氛炉应采用铠装热电偶，铠装热电偶应符合GB/T18404的规定，贵金属铠装热电偶电缆应符合JB/T8901的规定；也可以使用带保护管的热电偶，保护管应气密性良好；对于盐浴炉，应采用带有耐腐蚀保护管的温度传感器。6.2.2测试用温度传感器的允差应不大于±1.5℃或士0.4%t,允许两者中取较大者。表5为可使用的温度传感器类型及等级，推荐使用高准确度等级的传感器。表5热处理炉有效加热区测试用温度传感器传感器名称分度号等级测试温度范围/℃允差/℃铂铑10-铂热电偶S1<1100士[1.0+0.003(t-1100)]2±1.5或±0.25%t铂铑13-铂热电偶R1土1.0±[1.0+0.003(t-1100)]2±1.5或±0.25%t铂铑30-铂铑6热电偶B2士1.5或±0.25%t镍铬-镍硅(铝)热电偶K1±1.5或±0.4%t镍铬硅-镍硅镁热电偶N1±1.5或±0.4%t镍铬-铜镍热电偶E1士1.5或±0.4%t铁-铜镍热电偶J1±1.5或±0.4%t铜-铜镍热电偶T1±0.5或±0.4%t铂电阻PRT±(0.10+0.17%t)A土(0.15+0.2%t)注：t为被测温度的绝对值。6.2.3测试用温度传感器应具有检定或校准合格证并在有效期内使用。6.3补偿导线热电偶补偿导线应符合GB/T4989和GB/T4990中精密级的规定，可根据测试用热电偶和使用环境温度按表6选用补偿导线。6表6检测用热电偶推荐使用的补偿导线热电偶分度号补偿导线型号补偿导线名称代号使用温度范围/℃允差/℃S铜-铜镍0.6补偿型导线R铜-铜镍0.6补偿型导线RC-GSK镍铬10-镍铬3延长型导线KX-GS—20～100NNX镍铬14硅-镍硅延长型导线NX-GS—20～100士1.1E镍铬10-铜镍45延长型导线EX-GS-20～100士1.0J铁-铜镍45延长型导线JX-GS—20～100T铜-铜镍45延长型导线TX-GS—20～100士0.56.4测量仪表6.4.1测量仪表可以是带有显示、记录的独立仪表(包括多通道自动巡回检测仪、多通道数显记录仪等),也可以是由独立仪表加多路扫描开关、多通道数据采集处理器(炉温跟踪仪)、电脑及其他电子部件等以各种形式组合或集成所构成的测量系统或装置。6.4.2测量仪表应为数字式，准确度等级应不低于0.1级，显示分辨力应不低于0.1℃。6.4.3测量仪表应具备检定或校准合格证并在有效期内使用。6.4.4不应采用热处理炉配置的工艺仪表(数据采集系统非工艺记录通道除外)进行有效加热区测定。6.5测温架6.5.1测温架用于固定测量传感器，一般采用耐热合金、不锈钢管(棒)或其他合适的材料制作。测温架材料不应对热处理炉和测量传感器产生不良影响，在整个测量过程中不发生变形或烧塌。也可不用测温架，采用其他方式将测量传感器固定在相应位置。6.5.2测温架可采用焊接、机械连接装配等方式制作，牢固而且应具备一定强度，确保测量传感器的测量端位于规定位置，且在整个测量过程中该位置不发生变化。6.5.3测温架形状、结构和尺寸应根据热处理炉种类及检测方法确定。图1为典型的测温架示意图。a)长方体加热区用测温架b)圆柱体加热区用测温架图1典型测温架示意图76.5.4对于采用常规测定系统有困难的连续炉、带罐炉或高温炉，可以采用探针法或炉温跟踪仪。探针法是从炉壁、炉顶或炉底插入测试温度传感器，其测量端与规定的测试位置距离小于或等于76mm。炉温追踪仪由数据记录仪和隔热箱组成。测试时把测温架、布置好的测量温度传感器及装入隔热箱中的数据记录仪一起放入炉中，数据记录仪将自动跟踪记录各测试点温度。7测试方法7.1通用要求7.1.1一般情况下，测试时可采用空载试验，也可以采用装载试验。如果是空载试验，可直接用测量温度传感器进行测试，也可以将测量温度传感器连接或插入试块中。试块的厚度应小于或等于炉中最薄工件的厚度，最大厚度不应超过13mm;试块的材料应与热处理炉中工件的主要材料室温导热率相近。如果是装载试验，测试温度传感器应连接到模拟件或工件上，模拟件应代表炉中处理的工件厚度。7.1.2测试时热处理炉处于正常工作状态。以正常速度升温，风扇正常运转。网带炉的炉门处于正常开关状态。7.1.3热处理炉用气氛应是生产中使用的正常气氛。对易污染温度传感器(例如，渗碳、渗氮、吸热性和放热性气氛)或有安全风险的工艺气氛(例如，含氢气或氨气的气氛),可以用空气或惰性气氛代替。真空炉的真空度应是生产中使用的最低真空度，但真空压强应不小于0.13Pa。7.1.4工件热装炉时，测试温度传感器放入炉中的温度不应超过测试温度；工艺要求工件冷炉随炉升温时，测试温度传感器也应随炉升温。7.1.5一台热处理炉可以有多个有效加热区，对不同温度均匀性要求的多个工作温度范围，或者对不同温度均匀性要求的多个有效加热区，应分别进行温度均匀性测量。7.2测试温度有效加热区初始测定的测试温度应为每个工作温度范围的最高温度和最低温度。当工作温度范围大于335℃时，则应在最高温度和最低温度之间增加测试温度点，每个工作温度范围内各相邻测试温度点之间的间隔温度应不大于335℃。有效加热区周期测定的测试温度应为每个合格工作温度范围内的任意一个温度。当合格的工作温度范围大于335℃时，应在该温度范围内增加测试点，其中一个测试点应在高于最低温度170℃内选择，另一个测试点应在低于最高温度170℃内选择，各相邻测试温度点之间的间隔应不大于335℃。每年应至少在每个合格工作温度范围的最低温度和最高温度进行一次有效加热区测定。7.3测试点数量和位置7.3.1.1周期式炉有效加热区测试点数量应符合表7的规定。8表7周期式炉有效加热区测试点数量周期式炉有效加热区体积/m³<测试点数量a,b,t;dI、Ⅱ类炉59Ⅲ~Ⅱ类炉59有效加热区体积大于113m³时，按下列公式计算测定点数量：6当有效加热区体积小于113m³时，使用本表中数据利用内插法计算测试点数量，也可以用上述公式进行计算。采用单支温度传感器测试浴炉的温度均匀性时，表中数量表示温度传感器位置数。对用于钢制件热处理的V~Ⅲ类炉进行周期测定时，测试点数如超过40点在进行验证试验后可适当减少点数，但不应少于规定点数的三分之二，同时应保留有效加热区端面点、几何中心点及可能出现偏差最大的温度点。7.3.1.2当周期式炉有效加热区体积小于6.4m³时其温度均匀性测试点位置分布示例如表8所示。当有效加热区体积大于或等于6.4m³时，测试点应在井式炉高度、圆周方向或箱式炉高度、长度、宽度方向均衡布置。当有效加热区以辐射加热为主时，增加的温度传感器应均匀布置在有效加热区的外围，一旦在初始测定中确定了位置，周期测定中也应布置在相同的位置。表8周期式炉有效加热区测试点位置分布周期式炉有效加热区测试点位置分布有效加热区体积/m³0.085～<6.4测试点数量/个59井式炉化化2心45d2969表8周期式炉有效加热区测试点位置分布(续)周期式炉有效加热区测试点位置分布箱式炉3充楼移7与5人人o6o2戏注1:b为假定有效加热区宽度；d为假定有效加热区直径；h为假定有效加热区高度；l为假定有效加热区长度。注2:1、2、3……表示测试点位置。7.3.1.3对于有炉罐的周期式炉，至少有一个温度均匀性测量传感器的测量端尽可能接近记录炉罐内温度的传感器测量端，两个传感器测量端之间的距离不应超过50mm。7.3.2输送带式连续炉(含半连续炉)7.3.2.1对连续炉进行有效加热区测试，可以采取体积法、单元体积法或平面法。一旦在初始测定中固定了位置，在周期测定中也应使用相同的位置。连续炉的有效加热区一般为加热区的保温段和降温区的保温段。7.3.2.2采用体积法测试连续炉有效加热区，其测试点数量和位置同箱式周期炉。7.3.2.3对具有托盘或料筐的推杆式、辊底式、转底式、环式连续炉可以采取单元体积移动法进行有效加热区测试。测量温度传感器布置在托盘或料筐的边缘处，测试点数量和位置同表8中箱式炉。测量时托盘或料筐按正常生产的速度移动，直至保温时间结束。7.3.2.4输送带式连续炉可以采取平面法进行有效加热区测定。测量温度传感器布置在垂直于炉子装卸方向的一个平面测温架上，以常规运料速度移动测温架进行测量，直到保温时间结束。7.3.2.5平面法有效加热区测试点数量和位置示例如表9所示。表9输送带式连续炉平面法有效加热区测试点位置分布输送带式连续炉有效加热区测试点位置分布有效加热区高度(h)/mmh≤300⁴h>300⁶测试点数/个35测试点位置d心23h节减步54h2。表9输送带式连续炉平面法有效加热区测试点位置分布(续)输送带式连续炉有效加热区测试点位置分布注1:b为假定有效加热区宽度；h为假定有效加热区高度；l为假定有效加热区长度。注2:1、2、3……表示测试点位置。h小于或等于300mm,b小于或等于2.4m时，测试点数量应为3个；b大于2.4m时，每增加610mm应增加1个测试点。bh大于300mm,有效加热区横截面积小于或等于0.75m²,测试点数量应为5个；有效加热区横截面积大于0.75m²且小于1.5m²时，测试点应为7个；有效加热区横截面积大于或等于1.5m²时，测试点应为9个。新增测试点应均匀分布在垂直于热处理炉装卸料方向的测温平面上。顶角部测试点的温度传感器位置偏差应小于或等于76mm。有效加热区测试所用测量仪表和测试传感器应符合本文件规定，检定或校准合格并在有效使用期内。测量仪表和测试传感器检定或校准证书应标明各检定或校准温度下的修正值或误差值。7.4.2传感器的安装7.4.2.1根据测试温度选用合适的金属丝或其他材料固定测量传感器。若采用镀锌铁丝固定测量传感器，应预先去除镀锌层。测试真空炉时应使用不锈钢丝或镍基合金丝固定测量传感器。7.4.2.2使用测温架时，应采用合适的方式将各测量传感器固定在测温架上，确保传感器测量端位于规定的位置且在测试过程中位置不发生变动。7.4.2.3固定有测温架的测量传感器或料架时，根据工艺要求可在冷炉条件下放入炉中，也可在最低测试温度点允许的温度偏差下限的任何温度放入炉中。7.4.2.4将测量传感器的参考端从热处理炉专用测温孔引出，引出参考端时防止破坏热处理炉的密封性和保温性，同时应防止测量传感器被挤压损坏。7.4.3传感器与仪表连接7.4.3.1传感器与仪表连接一般采用下列三种方式：a)传感器参考端直接连接到仪表或数据采集处理器的输入端；b)传感器参考端连接到补偿导线的一端，补偿导线的另一端连接到测量仪表或数据采集处理器的输入端；c)传感器参考端直接或者通过补偿导线连接到测量系统装置的多路自动(扫描)开关输入端。7.4.3.2传感器与仪表连接时，应确保每个接线端不产生附加的热电势或电阻(附加热电势或电阻足够小),保证测量结果的准确性和可靠性。7.4.3.3当采用连接器、插头和插座(包括插针)、接线端子或接线板等连接元器件进行连接时，应保证这些元器件与测量传感器的热电特性相同或兼容。7.4.4数据采集和处理7.4.4.1测试温度均匀性时数据采集和记录应在第一支测试传感器温度到达要求的温度均匀性允许的偏差下限之前开始。7.4.4.2热处理炉达到稳定态后，采集的数据可记录在附录A的表A.1中，采集时间或次数应符合表10的规定。表10有效加热区测定数据采集间隔和时间炉型数据采集间隔/min数据采集时间或次数周期式热处理炉至少30min连续式热处理炉每个测量位置或区域至少10次7.4.4.3对测量传感器有效数据按每支测量传感器、补偿导线和测量仪表对应温度点的修正值(或误差值)进行修正，得出每个测试温度点各个测量位置的实际温度值。7.4.4.4对每个测试温度点，用每个测量位置的实际温度值与测试温度设定值的差值作为该测试位置的温度偏差值，并从中确定每个测试温度的最大温度偏差值和最小温度偏差值。7.4.4.5进行误差修正时，若出现测量传感器、测量仪表的检定或校准温度点与规定的有效加热区测试温度点不对应的情况时，可取最接近测试温度点的检定或校准温度点误差值或修正值进行修正，也可采用内插法计算得出对应测试温度点的误差值或修正值进行修正。7.4.4.6有效加热区测定合格应满足以下要求：a)每个温度点测试时，任何时间，测量温度传感器实际温度、控制或监测温度传感器温度不超过温度允许偏差的上限；b)测试应在最短的时间内完成，恢复到稳定态的时间和随后的测试时间不超过工艺规定的时间限制。7.4.4.7有效加热区测试过程中传感器出现以下失效(损坏或出现不能修复的故障)情况时，则本次测定结果无效：a)位于有效加热区角落的测量传感器失效；b)两个相邻的测量传感器同时失效；c)传感器失效数量超过表11规定的最大允许数量。表11测量传感器允许失效的最大数量不准许1224～393不准许12323～3947.4.4.8如出现以上失效现象且确定无法及时修复时，应停止本次测量，查明原因并采取纠正和改进措施后重新测量。当出现短暂的短路、连接松动或其他可及时修复而使测量传感器恢复正常显示的现象时，不视为测量传感器失效。8有效加热区测试评定8.1通过测试，假定有效加热区各测试点的实际温度均在工艺规定的温度均匀性范围内时，即温度均匀性合格，则此空间为该工艺的有效加热区。8.2根据温度均匀性测试结果，对照表1确定热处理炉的类别。8.3按本文件规定的方法测得的数据，如其中有一个测试点的温度均匀性不能满足要求时，则该有效加热区测定不合格，应改变假定有效加热区或对热处理炉进行调整后重新测试。如使用降低炉温均匀性要求的热处理炉时，在满足新的温度均匀性条件下可以不进行重复测试。9记录与报告9.1应保留测试过程中所有的原始记录(见表A.1),原始记录宜包含如下内容：b)被测设备空载或装载情况以及装载测试的装载量；c)被测设备使用的气氛或盐浴类型；d)被测设备工作温度范围、测试温度及温度均匀性要求；e)被测设备工艺仪表的配置类型；f)测量仪表的名称、型号、准确度等级、误差值及有效期；g)所有测量传感器的修正值；h)预先规定或已经确定的有效加热区形状、尺寸及传感器布置位置的示意图(立体图或平面图);i)所有测量传感器是否使用温度试块及试块的形状与规格；j)所有测试区域测量传感器和工艺传感器(不包括报警传感器)记录的时间、温度数据或/和温度k)各测试温度点开始测温和结束测温的时间、温度显示值和数据处理后的实际温度值；1)各测试温度点经数据处理后的所有测量传感器的温