影响热处理质量的基本因素

影响热处理质量的基本因素
在热处理施工过程中，由于诸多因素对质量的影响，造成不符合设计和技术标准的产品，而返修和报废，给企业带来一定的经济损失。

因此，在施工前应考虑人、机、料、法、测、环和管理等因素，对热处理质量的影响，做到事先采取措施进行预控来保证热处理质量。

1．人的因素
是指操作者的质量意识、技能熟练程度和本身素质等。

“人乃质量之本”。

任何制造和安装质量形成过程都离不开人去操作和管理，人的技能、质量意识和谨慎作风及心理状态是关键因素，也是产生缺陷的主要原因。

造成操作误差的主要原因有；质量意识差；操作时粗心大意；不遵守操作规程；技术不熟练，操作技能低，以及由于工作单一重复而产生厌烦情绪等。

因此，对操作者的质量意识和技能应进行教育和培训，提高其责任心和技术水平，并实行质量经济责任制对他们进行考核，将质量效果和经济利益挂钩诱导和激励操作者精心施工，对质量自我控制，使热处理产品符合规定要求。

2．设备因素
是指热处理工器具、仪表性能精度和维护等设备对热处理质量的影响。

上述设备和仪表是热处理工程质量保证符合技术要求的
重要条件之一，这些设备和仪表随时间的推移和位置的移动，其性能和精度都可能产生变化；而影响质量，导致出现不合格品。

因此，应按照技术上先进、经济上合理、生产上适用、性能上可靠、使用上安全、操作上方便和维修方便等原则选择热处理设备。

并在施工中对设备用好管好维修好，按规定做定期检验和维修。

操作过程中，对影响质量的控温仪表，自动记录仪在使用前用温度校准仪进行校准，并做好误差记录，以便在过程中纠正误差。

在恒温阶段用温度校准仪进行实际温度测量并与记录温度比较，来确定补偿线和设备误差是否在可控范围。

热处理设备（控制系统）的发展及现状
在焊接热处理中，温度参数必须进行准确的控制和测量，才能保证焊接热处理的质量。

在一般情况下，焊接热处理工艺要求将温度控制在一个稳定的数值上，这种调节系统称为定值自调整系统。

目前，定值自调整系统在焊接热处理中的应用相当广泛。

其基本组成见下图 。

采样系统 显示器 控制器
记录仪 热电偶 补偿导线
标准对设备的要求
1）使用K分度热电偶及测温仪表，包括对其温度-热电势线性化；
2）要求控制热处理的升温速度、恒温温度、恒温时间、降温速度；
3）要求焊件加热范围温度波动不大于± 25℃；
4）恒温阶段温度控制精度＜±5℃。

规程对设备的要求
1）满足工艺要求，参数调节灵活、方便，通用性好，运行稳定、可靠，并满足安全要求。

2）设备的控温精度应在±5℃以内。

对计算机温度控制
系统，其显示温度应以自动记录仪的温度显示为准进行调整。

计算机打印的焊接热处理记录曲线与标准记录纸对照，其背景表格的读数误差不大于0.5%。

热处理发展之历程
1）最初的热处理温度控制系统是单一的仪表温控系统。

（升温手动调节，恒温可控）
2）现在发展到微机温度控制系统，是一个质的飞跃。

3）微机温度控制系统也经历了从ＭＣＳ－５１系列单片机到以ＰＣ系统机为基础的温度控制系统。

4）系统机的采用使得一些在单片机基础上开发的装备难以实现的功能变得迎刃而解。

5）热处理温度控制系统的不断发展，为提高焊接热处理质量起到了积极的作用。

调节器的调节特性
常用的温度自调系统有调节对象，调节器，执行器，变送器等组成负反馈闭环系统，实现对炉温的自动控制。

调节器，执行器，变送器的变化，反映了温控系统的先进水平。

其中，调节器是最关键的环节，它的调节方式决定了温度控制系统的调节特性。

调节器的调节特性
输入△σ
常见的温度自调系统的调节方式有位式调节，连续PID 调节，准连续PID调节。

位式调节系统
1）调节器只有“通”、“断”两种工作状态，使用XCT-101，XWB-101等作为调节器，使用继电器或可控硅做执行器，通过热电偶、补偿导线将测温信号直接送入调节仪表。

是仪表型温控系统。

具有结构简单，使用方便等优点。

2）应用：要求不高的场合，如预热时、焊条烘干箱等仍有广泛应用。

PID调节系统（连续、准连续）
1）当炉温受到干扰而偏离给定值时，调节器不是“通”、“断”状态工作，而是根据偏差信号的大小和
方向，按照与其呈比例（P），积分（I），微分（D）的
调节规律输出0~10mA的直流电流；
2）通过执行器，如可控硅调压器，来触发可控硅，调节炉子的功率。

3）与位式调节相比，PID自调系统具有较高的调节精度和较好的调节品质，控温精度得到提高。

计算机温度控制系统
1）在上述温度控制系统中，不管位式调节如何改进，都是依靠继电器的通断进行工作；在常规的连续调节
中，如采用动圈式PID型仪表，仍缺乏专门的冷端温度
补偿装值，且对机械零点的调节十分繁琐且不方便。

当使用PID型电子电位差计时，尽管有冷端温度自动补偿装置，但仍有PID参数的整定复杂的问题。

调节系统并没有解决升、降温速度自动调节的问题。

2）上世纪八十年代后期，曾出现了一种机械式程序给定仪，与PID型电子电位差计在“串级调节”方式下使用，实现对整个焊接热处理过程的自动控制。

该装置用碳膜导电纸制作工艺曲线，非常麻烦，系统易出故障，可靠性差，适应性不是十分广泛，因而在焊接热处理中的应用没多久就淘汰了。

3）上世纪九十年代后，计算机技术的快速发展和控制技术的进步，为热处理温度控制系统的发展提供了宽广的技术平台。

在电脑温度控制系统中，调节方法已远远超过了基本的PID调节，这一过程已完全由软件自动解决，普遍采用了复杂的混合算法，来提高系统的控温精度和稳定性。

计算机温度控制系统抗干扰能力强，运算速度快，实时性强，可编程，功能多且易扩展，控温精度高，操作简便。

日益受到人们的欢迎。

计算机在焊接热处理温度控制系统中的应用有单板机和系统机两种；就使用性能而言，均可充分满足热处理工艺上的要求，但系统机人机对话方便，操作更简单，扩展功能更强大，使用更灵活。

与传统的温度控制系统相比，计算机温控系统功能的实现，已经不只是靠硬件来完成了，而是依靠软件来完成。

如参数整定，程序滤波，温度-热电势的线性化；调节系统依靠复杂的混合算法、模糊控制，控制算法等；显示系统使用计算机显示器等。

表1温度控制系统主要机构进展
显示调节机构比较机构执行机构
动圈式仪表
PID型显示调节仪数字式显示调节仪谐振电路
比较电路
计算机CPU
继电器
继电器，可控硅
可控硅，固态继电器
表2 几种温度控制系统控温精度
类型偏差式数显式微机式
精度 2.5级 1.0级0.5级，0.2级
热处理温度控制系统的展望
从技术上讲，使热处理设备各模块具有良好的可互换性，实现设备接口、功能模块的标准化是一个发展方向。

从发展的角度，主要是打破应用于生产过程的单一局面，开展计算机模拟焊接热处理生产及对各参数影响过程的研究。

具体改进方向
提高系统的稳定性、可靠性、环境适应性，扩大系统的
功能：
（1）改变单一的温度-时间双因素控制，逐步改为与影响热惯性的多因素控制系统（如升降温速度、加热功率等），扩大系统功能。

（2）进一步提高系统的采样速度，改进算法，降低系统热惯性对控温精度的影响。

（3）增加故障诊断能力，以不同的声音区分断偶、加热器开路、温度不均匀或超限等故障。

（4）完善保护功能，包括对计算机、可控硅等重要部件或系统与人的保护。

（5）改变记录方式。

目前广泛使用电子电位差计作为热处理记录的唯一方式，其价格已超过了中高档打印机的价格。

通过编制适当的打印程序，将记录曲线与温度时间表一并打出，是改变传统记录方式的主要手段。

为实现热处理资料的无纸化移交奠定基础。

在这里可采用无纸记录仪。

3．材料因素
主要指加热器、热电偶和保温材料对质量的影响。

材料质量好坏对热处理施工质量起主导作用。

是整个质保体系和热处理控制系统中最重要的工作之一，是重要因素。

当材料不符合规定要求时，可能会造成加热温度上不去而达不到热处理效果。

4．工艺因素
指预热焊接工艺、热处理工艺、操作规程等。

它包括工艺流程的安排、工序之间的衔接、热处理工艺参数和热处理作业指导性文件等。

热处理工艺对热处理质量的影响来自两个方面：一是制定热处理工艺方法、选择工艺参数和工艺装备的正确性和合理性；二是贯彻执行工艺方法的严肃性。

由于不严格执行热处理工艺方法违反操作规程，致使降低工序能力。

甚至发生质量事故和人身安全事故。

这不紧影响产品质量，影响进度，也影响了企业的经济效益。

因此，必须加强对工艺装备和计量器具管理和严肃工艺纪律，合理使用机具，并对过程进行监督检查。

5．检测因素
是指测量、试验手段和测试方法。

记录曲线图、硬度检测结果是确定热处理质量好坏的依据，可靠的质量数据和质量信息是准确判断产品是否满足规定要求的重要环节。

当以上检测方法还不能确定质量好坏时，可采用金相分析来解决。

6．环境因素
是指工作地点的温度、湿度、照明、噪音、振动、空气流通、作业空间位置和清洁条件等影响。

影响工程质量的环境因素较多，有工程技术环境、工程管理环境、劳动环境等。

环境因素对工程质量的影响，具有复杂而多变的特点。

工作环境是人的因素和物的因素的综合。

这些因素会影响热处理作业人员精神状态和作业能动性，满足程度和工作质量的绩效，同时也对企业业绩的提高具有潜在影响。

因此，组织者应创造条件提高环境质量水平，以保证热处理人员在符合规定要求环境下工作，来保证作业质量。

（如现场环境、设备操作环境等）
7．组织管理因素
是指企业各级有关部门及现场施工组织者管理水平的高低，履行质量职能的程度，保证工程质量的管理制度是否正确的贯彻执行等。

生产实践表明，如果现场质量管理失控，将会造成施工质量不稳定或事故的发生。

因此组织者应保证质量体系的正常运转，做到精心组织，凡事有人负责、凡事章可循、凡事有人监督检查、凡事有具可依，一切工作按程序办事的原则，以确保工程质量，安全和进度以及其他各方面的工作达到企业预期目标。