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可控气氛的守护神!氧探头使用过程中注意问题

发布日期:2016-07-06

可控气氛热处理炉在我国热处理行业已经广泛应用,目前在实现渗碳气氛可控过程中,绝大多数设备采用了氧传感器(也称为氧探头)来监测和控制碳势,氧探头的信号输出情况直接影响到碳势控制的精度。由于氧探头自身结构特性和使用工作环境特点,使氧探头的正确安装使用成为一个不可忽视的问题。

 

在热处理碳势控制技术中,碳势的精确监测和控制已成为热处理的重要技术问题。采用氧传感器(也称为氧探头)来监测和控制碳势,它能显示可靠的氧电势输出以表明炉气的运行状况。


由于氧探头的正常使用受到很多因素的影响,下面将对氧碳头的正确使用应注意的几点进行一些讨论。


1.氧探头质量问题

目前我国自行生产的氧探头主要有两种类型,一种是球状氧化锆,利用其球面与瓷管或不锈钢管端面紧密配合达到密封效果。另一种是柱状氧化锆与瓷管焊接成一体达到密封效果。两种类型产品有的由进口零件组装,有的采用国产氧化锆产品组成成品氧探头。


由氧化锆球组成的氧探头,因其锆球与瓷管(或金属管)端面紧密配合,因此当球面受污染时,可以拆卸进行清理后继续使用,缺点是锆球与管端面接触处易漏气,从而造成氧毫伏值输出有时会有偏差。


由柱状氧化锆与瓷管焊接一体装配成的氧探头,接触端不易漏气,从而氧毫伏值输出较稳定,但该产品只能一次使用,无现场修复的可能,所以该类产品用户不可自行拆开。


2.氧探头的安装注意问题

(1)氧探头的装卸

氧探头最好在炉子冷态时装卸,如必须在高温下进行装卸,应该缓慢拔出或慢慢插入,一般装拆速度掌握在30~40mm/min之间。否则会产生探头核心部件爆裂导致损坏。


(2)探头的插入深度

氧探头的插入深度应以探头头部的通气孔在炉内的位置计算,一般通气孔离炉膛50~150mm为好,与插入角度无关。如果插入较浅,通气孔贴近炉壁或未伸出炉膛时,会使气氛交换不良,影响测量精度。如深入过长,容易碰到工件,造成探头损坏。


(3)参比气和烧炭黑管路的安装

由于多数热处理设备供应的参比气和烧炭黑空气气源采用的是微型气泵,并且使用了流量计进行流量调节,所以要求气管管路不能过长,尤其是采用软管作气路时,要求流量计距离探头位置不超过2~3m,否则应考虑用硬管连接。


如果参比气不能顺利到达探头,会造成探头输出毫伏值大幅度降低,影响控制精度。若烧炭黑气不通畅,会使除碳黑过程失效,时间长了会损害探头的使用寿命,影响测量精度。


3.设备对探头的影响

(1)新设备的安装问题

初次使用的新渗碳炉一定要经过烘炉和对炉膛预渗碳后才可插入氧探头。一般烘炉从室温到额定温度一周左右,对空炉预渗碳一般有马弗需24h以上,无马弗则需48h以上才能安装碳头,否则有可能对碳头造成损坏。


(2)氧探头安装位置 

氧探头对安装的角度没有特殊要求,但氧探头在炉子中的安装位置对氧探头的准确测量有较大影响。一般氧探头安装位置应距离介质通入孔有一定距离,在连续炉中定位在2只介质通入孔的中间比较合适。由于炉膛结构影响到炉内气氛的循环及气氛流向,所以在安装氧探头时还要充分考虑炉膛结构选择合适的安装位置。


(3)设备的新旧程度

新设备密封性相对较好,只要炉子预渗碳充分,以后每次平衡气氛的时间也较短,探头的反应速度较快。但对于旧设备,一般会出现这样那样的问题,尤其是碳黑较多时会影响探头控制精度。


4.其他应注意问题

氧探头的电极材料一般采用的是铂或合金,实验表明铂是作为氧探头电极材料中氧势反应最快精度最高的材料之一。但铂电极也有两个弱点,其一就是积碳后灵敏度会降低,从而影响探头使用寿命,再就是在炉气中会被某些重金属污染,在短时间内造成电极损坏,有害金属主要是锌,锌对铂有很明显的腐蚀,很容易造成氧探头失效。所以引起氧探头早期失效的主要因素是碳黑和锌。因此应尽量减少碳黑的形成并控制锌元素的含量。


5.结语

热处理炉碳势控制中,氧探头的正确使用是一个不可忽视的问题,在氧探头的使用中要注意氧探头的安装问题,并尽量减少碳黑的形成和锌元素的含量,这是防止氧探头早期损坏的关键。


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