为热处理工艺困惑带来的解决方案

华敏氧探头

引言

在热处理工艺控制过程中，重点参数有很多，比如：炉膛温度、气氛的碳势、流量控制、氨分解率、炉压等等，这其中许多参数是可以用有效的分析仪进行测量和控制，但有时，热处理的结果存在一些变化，可能是因为测量不准，也可能是根本无法测量。

复杂热处理工艺流程中的困惑

CQI-9要求紧固件和小型金属零件在处理产品之前（完成需要氨气的处理后）是否进行了至少3小时的氧化燃尽？这条规定让很多热处理工艺员犯难，有些现场的做法是进出炉时，多开火链烧一下，等设备前室完成换气，再过半小时。如果下一次产品也是碳氮共渗的话，有些工艺员只能适当缩短时间。这些种种碰运气的操作只能是缓解一下，实质是缺乏专业测量仪表。为了解决这个问题，武汉华敏的研发团队开始了深入研究。发现只有检测炉内氨气残留的含量，才能判断是否可以进行工艺切换。

渗氮与碳氮共渗的控制系统

渗氮过程中，氨气按下式分解：

NH3-[N]+3/2H2

氮势定义为：Kn=P(NH3)/P(H2)3/2

测量氮势的现有方法有很多，氨分析仪、氢分析仪、氢探头等都能进行简单测量。但在使用上，往往会出现操作复杂、维护麻烦等种种问题。通过大量对比研究，用氨+氨分解气为气源或用其他气源进行渗氮时，均可以用武汉华敏的激光氮势分析系统，实现氮势的自动控制。以TDLAS激光分析技术和高精度MENMS热导传感器，同时对尾气中氨含量和氢含量进行精确地分析，排除掉中性气体（N2、CO2等），然后使用二者的测量结果计算炉内的实时氮势。

技术背景

TDLasIR 激光气体检测系统采用TDLAS（可调谐二极管激光吸收光谱）技术，发出的激光波长被调制精准到特定气体的吸收线，能确保所发的单色激光只被特定气体有选择地吸收而其他气体无吸收，所以测量过程中没有其他气体交叉干扰，不受粉尘水汽的干扰，能适应高温、高水分、高粉尘、强腐蚀性和高流速的被测气体环境，样气不需要预处理，测量精度高，能达到ppm级。

系统组成

氮势控制主机：氮势控制主机包含的主要设备有激光氨分析仪，热导式氢分析仪，模拟量采集模块，由西门子PLC为主要部件的的PID控制器，嵌入式人机界面等。

                               
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激光氮势分析柜：取样分析柜主要由激光探测气室、MEMS热导式氢分析模块和工艺管路组成。

                               
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流量控制架

整套系统实现温度—时间—氨分解率的统一自动控制，在夜间、少人值班等容易出现工艺问题的时段可以保证系统的绝对稳定运行，大大降低了质量与安全事故发生的可能性。

结语

在如今由成本和技术主导的市场中，使用效率是人们追求的目标。武汉华敏的激光氮势分析系统为如今的渗氮工艺提供了一种简洁、高效的测量方法。根据这些信息，技术人员能够了解、控制、优化和确认正在执行的热处理工艺。为技术人员确保改善产品质量和提高产能。