氧探頭使用

MARSWAY7279

1. 氧探頭本身的質量影響
目前，生產的氧探頭主要有兩種類型。一種是球狀氧化鋯，利用其球面與瓷管或不銹鋼端面的緊密配合，以達到密封效果。另一種是柱狀氧化鋯，與瓷管焊接成一体，達到密封效果。
$ _* T" C9 D6 i, L2 j8 \; i4 p/ {由氧化鋯球狀裝配成的氧探頭，因其鋯球與瓷管(或金屬管)端面是緊密配合，因此，當球面受污時，可拆開，進行現場清潔後繼續使用，反覆利用率較高。缺點是鋯球與管端面接觸處易漏氣，從而造成氧毫伏輸出有時會有偏差。
& C8 ~1 K# H1 H1 ]  P! s, j8 ]由柱狀氧化鋯與瓷管焊接一體而裝配成的氧探頭，其氧化鋯與瓷管成一体化，因此，接觸端不易漏氣。從而氧毫伏輸出較穩定，不易造成偏差。但該類氧化鋯組成的氧探頭只能一次性使用，無現場修復的可能。因此生產該類氧探頭的製造商一般均不允許用戶自行拆裝維修。
) h$ D* Z" J3 `9 K& i注意，由於各種氧傳感器製造方法的不同，特別是各種電極材料的差異，在相同氣氛下會輸出不同的氧電勢值。
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2 S! e- e2 o' B7 {+ p2. 外界因素對氧探頭的影響
* x9 Y* |- i" U2 h* g- K4 q5 \4 ]該點是我們主要探討的問題，也是目前影響氧探頭使用的主要因素。
$ \+ A1 C( v! P' r$ S  W5 o2.1安裝的影響
3 S$ \' G6 @% W2 S' x2.1.        1探頭的插入深度
      氧探頭的插入深度，應以探頭頭部的通氣孔在爐內的位置計，一般通氣孔離爐壁距離為50~150mm，與插入角度無關。如插入較淺，通氣孔貼近爐壁或沒伸出爐壁時，則形成氣氛交換較差，影響測試數據精度。但如插入過長，則易碰零件(或料筐等)，造成探頭碰撞損壞。
' I6 ?% \, [- K6 z+ x+ } 2.1.2 探頭的裝卸
      探頭最好在冷爐時裝卸。如必須在工作溫度下進行裝卸，則應該緩慢插入或慢慢拔出。尤其是在高溫工作狀態下的安裝，必須緩慢插入，一般應以20--25mm/min的速度緩慢插入。否則會產生探頭核心部件暴裂導致損壞。
2.1.3 標準氣和除碳空氣管的安裝
* d) m2 }9 \% C2 ]& E. U4 ~) E4 W      由於多數企業供應標準氣和除碳氣的氣源採用的是微型氣泵，再加上使用了流量計進行限量，所以就要求氣管路線不能過長，尤其是用塑料軟管作氣路時，要求流量計位置距探頭在2~3米內，否則就應採用φ6mm硬管作氣路，以保證空氣順利到達探頭。
' m2 v, X5 a% v4 A5 R6 J一旦參比空氣不能順利到達探頭，則會造成探頭輸出信號大幅度降低，從而影響探頭的實際使用。
一旦除碳空氣不能順利到達探頭，則會造成探頭除碳效果失效，時間長了將嚴重影響探頭的使用壽命。
! J; s. Z- v9 z: q( F在氧化鋯表面如果黏有一層碳黑會使氧探頭對富化氣体的加減不作反應，造成輸出端電壓持續處於高數值狀態，這時必須要對爐內的碳黑和黏在氧化鋯上的碳黑進行清除，才能恢復氧探頭取於正常的工作狀態。清除方法主要是空爐通入一定量的空氣燒碳黑直至燒完為止。

2.2 工藝的影響
6 k/ {( |" t" L$ S      氧探頭的使用，原則上可使用在各種不同的滲碳工藝狀況下，如氣体滲碳、氣体碳氮共滲，超級滲碳。但在各種不同工藝下，如何正確使用氧探頭，卻是一個值得探討的問題。
" W3 W4 T0 N& n7 \+ f1 p      下面就一些基本問題作初步探討。
   2.2.1 使用流量計的影響
        在使用氧探頭對滲碳工藝進行碳勢控制時，一些使用單位往往會存在這樣想法，即採用了氧探頭進行碳勢控制，只要設定好了參數，那麼整個過程是自動的，至於通入介質的數量，通入時間等都是自動調節。更甚者，有些單位對自控介質不採用任何限制裝置，只要閥門打開，介質呈最大量輸入爐內。這些錯誤的使用方法，往往會短時間內造成爐內嚴重積碳，從而影響氧探頭的毫伏值正常輸出，這時使用者往往會主觀認為氧探頭質量有問題而對供應商提出質疑。這種現象在井式氣体滲碳爐和網帶爐中比較突出。
        實際上，在自動滲碳過程中，通入介質的量的控制，是一個很重要的工藝參數，因工藝控制的需要，所有進入爐內的介質(稀釋劑、富化劑、氨氣，包括空氣等)都要有計量工具來計量控制。不論你裝否電磁閥、角閥等自動控制執行元件，均要安裝流量計來限制當閥門開啟時的最大流量，以保證工藝控制的精度，減少爐內碳黑的形成和延長氧探頭的使用壽命。
   2.2.2 稀釋劑(載体氣)與富化劑比例的影響
        有些用戶，尤其是剛開始接觸氣体滲碳的用戶，往往會將滲碳劑的量調得比較大，而將稀釋劑的量調得比較小，認為這樣可以快速提高爐內的碳濃度。更甚者，在滲碳階段會只通入滲碳劑而不通入載体劑。實際上，大多數滲碳劑裂解後的產氣量均不高，所比單瓶滲碳劑的裂解會使爐內得不到一定的壓力保證，這樣的工藝，很容易在短時間內使爐內形成大量碳勢，沒有一定爐壓，且也會造成產品滲碳不均勻，滲碳速度減慢。同時，在這種工藝下使用氧探頭，一是會使氧探頭輸出信號不穩定，二是碳黑容易在氧化鋯表面沈澱，加重了氧探頭輸出信號的不準確。
正確的使用方法，應是用稀釋劑來保持爐內的壓力穩定，而後加一定量的滲碳劑來對零件進行滲碳，這樣既能保證產品滲碳的均勻性，又能保證氧探頭信號的穩定性，且爐內不易積碳黑。
/ P0 L3 w$ q) y: k   2.2.3 氨氣的影響
        一般來說，氨氣的添加，對氧探頭的使用影響並不大，但隨著使用溫度的降低，氧探頭毫伏的輸出與實際碳濃度誤差會增大，一般在相同輸出毫伏值下，溫度下降，碳勢也略有下降。
7 l* s" x$ q9 ^. r% w0 j" E7 c        如果使用煤油作為滲碳劑，則添加氨氣會使爐氣的成份變得較為複雜，這時如使用氧探頭進行碳勢控制則對氧探頭的使用產生較大的不利因素。同時也會嚴重影響氧探頭的使用壽命，因此，在目前情況下，非特殊情況，一般不贊成在煤油加氨氣的工藝中使用氧探頭。
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2.3 設備的影響
2.3.1 新爐的影響
1 C0 }  e8 l8 Y1 [, L( S. t7 T; E     新造的滲碳爐，不管是井式爐、多用爐、網帶爐、帶馬弗或不帶馬弗的熱處理爐定要經過烘爐和對爐膛預滲碳以後，才可插入氧探頭。正常烘爐從室溫到額定溫度須一星期左右，而對空爐預滲碳，一般有馬弗需24小時以後，無馬弗則需48小時以後才能安裝氧探頭，決不能讓氧探頭跟隨烘爐或用來控制新爐預滲碳，否則將造成氧探頭不可逆”中毒”損壞。
+ C$ |7 {0 O! K1 ]+ v/ I2.3.2 爐子獨漏或滲水的影響
: T' w( V4 M+ ?; a" J1 [- _     當滲碳爐某一部份密封不好而造成漏氣時，絕大多數情況氧碳頭的反映是氧毫伏數下降（即碳勢下降），但不會無限制下降，而是下降到一定數值範圍，在這範圍內波動，這時如果一味提高滲碳劑加入量，則會造成碳勢失控。爐內碳黑增加，造成的假象是氧探頭失效，這時應及時檢查是否有漏氣，並加以解決。
0 q% n7 p! ^8 o$ U( K; ^     當滲碳爐有漏水的現象發生時，表現出的碳勢反常現象會越來越嚴重，而且零件會越來越黑。當然，滲水的現象還是比較少見的。
2.3.3 氧探頭安裝位置的影響
  _' y5 t" |5 o4 Z7 T     氧探頭對安裝的角度沒有影響。但氧探頭在爐中安裝的位置確對氧探頭的正確使用有較大的影響。尤其是在網帶爐中，位置與碳勢精度有著較大的關聯，一般將氧探頭定位在2只介質通人孔的中間比較合適。在多用爐中，頂插氧碳頭也不能過於靠近介質通入孔。由於爐膛結構影響到爐內氣氛的循環及氣氛的流向，所以，要較精確控制碳勢。氧碳頭的安裝位置必須考慮到氣氛的循環方向及流向。
2.3.4 新舊設備的影響
     新設備一般密封性相對較好，只要第一次對爐子能”吃足碳”，以後每次平衡氣氛的時間均較短，且氧探頭的反應數據一般也敏感，反應也較快。但對舊設備，一般總會存在這樣那樣的問題，密封性能相對也較差，所以，每次平衡氣氛或在正常生產中，氧探頭的反應數據有時就會有偏差，或在同樣碳勢下的滲劑量也會逐漸增加，且爐子的碳黑也較增多，也影響燒碳黑的周期。
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3. 其它問題
    氧探頭的電極材料一般採用的是鎳與合金兩種，鎳是實驗表明的能作委氧探頭電極材料中測量氧勢反應最和最精確的材料之一。
" N8 X5 S9 i0 J% @但鎳電極也有兩個弱點，其一是積碳後靈敏度會降低，從而影響氧探頭的使用壽命，其次會在爐氣中被某些重金屬污染，在最短的幾天內就可造成電極損壞，這些有害金屬主要是鋅，鋅對鎳的腐蝕是很明顯的，從而造成氧探頭輸出失效。這樣，引起氧探頭早期損壞的重要因素，是碳黑和鋅。所以減少碳黑的形成和控制鋅元素的含量是防止氧探頭早期損壞的主要方法。
8 T. ]/ [+ C$ I" v+ h    用氧探頭進行碳勢控制，實際上是對爐氣中的氧含量作單因素控制。而在爐氣中，還存在看CO，CO2，CH2，H2等多種組份，如果希望能自動精確控制碳勢，僅靠氧探頭，從理論上講，還是有一定的難度的。用氧探頭進行碳勢控制是將其它組份看成是常數的基礎上進行測量計算，所以如果其它組份有變化，則碳勢也將受到波動。但用氧探頭進行碳勢控制所引起的誤差，要比用其它組份控制碳勢的誤差小得多，這也是氧探頭目前能被人量接受的主要原因之一。
1 p5 U# a+ T- f氧探頭的發展為熱處理工藝水平的提高，熱處理探勢程序化控制，從開始到完成重覆進行，提供了可靠保證。用戶不僅能得到高質量的產品，同時也能快速度控制滲碳表面要求，給熱處理廠家帶來巨大的經濟效益和社會效益。

4.結束語
4.1 熱處理爐碳勢的控制中，氧探頭的正確使用是一個不可忽視的問題。
4.2 我國自行生產的氧探頭有球狀和柱狀氧化鋯兩種類型，各有優缺點，選購時要更加注意。
$ y% f6 [* z7 e; J 4.3外界因素對氧探頭使用影響極為重要。要注意氧探頭的安裝問題；工藝應用上的問題和設備對氧探頭使用的影響等諸多問題。
4.4 減少碳黑行成和鋅含量的控制是防止氧探頭早期損壞的關鍵。