防止热电偶择优氧化的几种方法

目前世界上先进的大型井式渗碳炉均采用顶置式主控测温热电偶的温度检测方法。由于顶置式热电偶能迅速、准确测量出炉膛有效工作区内的温度，从20世纪80年代开始，一直被亚洲中外炉，欧洲得固萨、艾协林等大公司采用。但当国产热电偶替代进口热电偶使用时，却出现了如下故障(K分度偶):

(1)使用寿命极短，大约仅能连续工作72小时。

(2)在使用48小时后进行检定，示值严重低于标称值(可以达到10mV)，造成炉内温度远高于测量值。

(3)偶丝发白，有脆性。

这一情况的存在不仅严重威胁被加工工件的质量，甚至威胁设备安全，而且热电偶频繁报废，造成不必要的经济损失，必须予以解决。

一、原因分析

1.常规热电偶的结构

其保护管为1Cr18Ni9Ti或Cr25Ti两种耐热不锈钢保护管，偶丝直接工作于保护管。

2.原因

保护管的材质决定其不含碳，在高碳势的渗碳气氛中，被渗入碳原子，当其达到饱和后，在渗碳温度下，保护管内碳原子获得能量后，向低碳浓度的保护管内部飞逸，在保护管内部空气中形成还原性CO气体。由于保护管内空气的不流通性，使得CO气体的浓度越来越高，且长期存在。造成偶丝发生“择优”氧化，使镍铬合金贫铬，正好出现上述故障。

二、解决办法

1.加装封头高铝保护管

只要能在不锈钢保护管内加装一支封头的高铝保护管，就可以将飞逸的碳原子同偶丝附近的空气隔离，使问题得以解决。由于井式炉一般振动较大，所以高铝管同外保护管间必须填充硅酸铝纤维减震。但工作端还必须保证小的时间系数，以获得良好的快速反应能力。因此工作端不宜填充硅酸铝纤维。这种方法的缺点:制作比较困难，一般需要订做，费用较高，偶丝直径>2.0时，国内没有相应尺寸的封头高铝管，运输和使用需要高度防震，偶的长度一般不能大于1m，太长就没有与之匹配的高铝管。

2.采用双层保护管充气式热电偶

将热处理常用氮气充入外保护管，由内保护管排出，内保护管使用1Cr18Ni9Ti，工作端开缺口，达到将碳原子带出保护管内部，破坏发生择优氧化的目的。 这种方法的缺点:掌握好N2流量比较困难，N2流量过大，会影响测温的准确性，N2流量过小，达不到防氧化的目的。但这种方法防止择优氧化为有效，还可延长热电偶的使用寿命。这种充气式热电偶可使用于大振动性的地方，也可作成移动式热电偶，理论上可以无限长。

3.在国产热电偶非工作部位开孔

该孔的作用是，当保护管内形成CO气体时，补充空气，使CO氧化成为CO2，而减少CO气体的含量，在一定程度上破坏发生择优氧化的条件。这种方法的缺点:由于井式炉的炉盖一般较厚，导致开孔处距热电偶工作端较远，防择优氧化效果不理想，但改造和安装、维护均非常方便，费用十分低廉。在热电偶较短(≤500)的情况下，防择优氧化的效果较为明显。

转载自中国计量网