一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉及控制方法，真空渗碳炉包括用于反应室(4)、真空泵组(1)、供气管道、气氛测量装置(2)、控制装置(3)和计量装置(7)，气氛测量装置(2)与反应室(4)连接内，计量装置(7)设置在供气管道上，计量装置(7)用于调节供气管道并计算气体通入时长和进气量，气氛测量装置(2)测量真空渗碳炉内的气体组分，将测量结果实时传送给控制装置(3)，控制装置(3)计算工件表面的实时富化率，并控制计量装置(7)以调节炉内气氛，直到工件表面富化率达到设定要求。与现有技术相比，本发明专利技术具有计算简单、实时调节、适用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种真空渗碳炉，尤其是涉及一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉及控制方法。
技术介绍
真空渗碳炉是对金属工件进行各种热处理工艺的工业炉，要求较严格地控制炉温和炉内气氛组分。目前热处理行业市场上的真空渗碳炉炉内气氛是没办法自动控制的，只能根据渗碳温度、被渗工件原始碳浓度、渗碳后表面碳浓度、扩散后表面碳浓度、最终表面碳浓度、渗碳层深度和各类材质的表面吸碳量，计算出执行渗碳工艺所需要的渗碳时间、扩散时间。这种方法是建立在经验基础上的“饱和值调整法”，即在渗碳期使奥氏体固溶碳并饱和；在扩散期使固溶了的碳向内部扩散达到目标要求值。上述过程计算非常繁琐，装载量的变化或工件表面积的变化，都会影响渗层的深度和热处理质量，也就是说每炉工件参数有变化，就需要重新计算渗碳时间、扩散时间，从而产生不同渗碳工艺。利用时间和脉冲的方式控制被渗工件的渗碳过程，在这过程中如果炉内的气体组分发生变化，控制装置是不能参与调整的，这样就造成了热处理品质的重复性不稳定。虽然国外有开发出相应的计算软件，这个软件也只是代替计算过程，减少工艺人员的劳动强度，不能对炉内的气氛实时控制。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能精确调节炉内气氛，以达到实时控制炉内的富化率的自动控制炉内气氛的真空渗碳炉及控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉，包括用于放置工件的反应室、分别与反
应室连接的真空泵组和供气管道，所述的真空渗碳炉还包括气氛测量装置、控制装置和计量装置，所述的气氛测量装置与反应室连接，所述的计量装置设置在供气管道上，计量装置用于调节并计算供气管道的气体通入时长和进气量，所述的控制装置分别与气氛测量装置和计量装置连接，气氛测量装置测量反应室内的气体组分及相对含量，将测量结果实时传送给控制装置，控制装置根据测量结果和计量装置的数据计算工件表面的实时富化率，并控制计量装置以调节炉内气氛，直到工件表面富化率达到设定要求。所述的气氛测量装置包括多个设置在反应室与真空泵组之间的气氛测量探头。所述的反应室设有加热装置，所述的加热装置环绕工件设置。所述的控制装置分别与加热装置和真空泵组连接，自动控制加热和抽真空。所述的加热装置包括加热棒。所述的计量装置包括相互连接的管道阀门和质量流量计。所述的控制装置分别与气氛测量装置和计量装置通过通讯线连接。所述的控制装置包括相互连接的DSP控制芯片、PLC可编程逻辑控制器和工业电脑。一种真空渗碳炉的气氛自动控制方法，包括以下步骤：S1，使用气氛测量装置测量反应室内的气体组分及相对含量，将测量结果实时传送给控制装置；S2，控制装置根据气氛测量装置的测量结果和计量装置的计量数据计算工件表面的实时富化率，所述的计量装置设置在真空渗碳炉的供气管道上，计量数据包括反应室内气体的通入时长和进气量；S3，控制装置根据工件表面的实时富化率，控制供气管道的开闭以调节炉内气氛，并返回步骤S1，直到工件表面富化率达到设定要求。所述的气氛测量装置以设定的测量周期对反应室内的气体组分及相对含量进行测量。所述的步骤S3中，当实时富化率低于设定值，计量装置加大进气量，反之计量装置减少进气量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过设置气氛测量装置和计量装置，获得炉内气体组分、含量以及气体通入时长，从而利用控制系统计算工件表面的实时富化率，并根据实时富化率对供
气管道进行调节，实现控制炉内的富化率的实时调节。(2)计算速度快，不受目标工件的外形、表面积的影响，多种工件可采用相同的控制方法。(3)采用控制装置向计量装置发送指令来控制进气量，调节精度高，具有良好的实时性。(4)多个气氛测量探头设置在真空渗碳炉与真空泵组之间，测量值准确可靠。附图说明图1为本实施例真空渗碳炉的结构示意图；附图标记：1为真空泵组；2为气氛测量装置；3为控制装置；4为反应室；5为加热装置；6为目标工件；7为计量装置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉，包括用于放置目标工件6的反应室4、分别与反应室4连接的真空泵组1和供气管道，真空渗碳炉还包括气氛测量装置2、控制装置3和计量装置7，气氛测量装置2与反应室4连接，计量装置7设置在供气管道上，计量装置7用于调节并计算供气管道的气体通入时长和进气量，控制装置3分别与气氛测量装置2和计量装置7连接，供气管道通入C2H2(乙炔)；气氛测量装置2测量反应室4内的气体组分及相对含量，将测量结果实时传送给控制装置3，控制装置3根据测量结果和计量装置7的数据计算工件表面的实时富化率，并控制计量装置7以调节炉内气氛，直到工件表面富化率达到设定要求。气氛测量装置2可使用市场上已有的气氛测量仪，如激光测量系统，该系统利用光谱分析的原理，将每种元素或物质经行鉴别并确定它的化学组成和相对含量，其包括多个气氛测量探头，分别设置在真空渗碳炉的排气管道上，即真空泵组1
与真空渗碳炉之间的管道上，因此测出的气体组分是反应过后的气体组分，计算富化率准确可靠。反应室4设有加热装置5，加热装置5环绕工件设置。控制装置3分别与加热装置5和真空泵组1连接。加热装置5为石墨或钼制成的加热棒，或者电热丝等加热器。计量装置7包括相互连接的管道阀门和质量流量计。控制装置3分别与气氛测量装置2和计量装置7通过通讯线连接。控制装置3包括相互连接的DSP控制芯片、PLC可编程逻辑控制器和工业电脑，也可采用其他微控制器构成系统。实施例2一种真空渗碳炉的气氛自动控制方法，包括以下步骤：S1，使用气氛测量装置测量反应室4内的气体组分及相对含量，将测量结果实时传送给控制装置3；S2，控制装置3根据气氛测量装置2的测量结果和计量装置7的计量数据计算工件表面的实时富化率，计量装置7设置在真空渗碳炉的供气管道上，计量数据包括反应室4内气体的通入时长；S3，控制装置3根据目标工件6表面的实时富化率，控制供气管道的开闭以调节炉内气氛，并返回步骤S1，直到目标工件6表面富化率达到设定要求。气氛测量装置2每0.1秒进行一次测量，以实现实时测量和控制。气氛测量装置2实时采集真空渗碳工艺过程中的炉内气氛的组分，然后将参数送到控制装置3，同时，控制装置3读取计量装置7的数据，获得理论上的气体的分解产物组成成分含量，并根据预先设置好的气体分解方程式，计算出炉内的目标工件6表面的实时富化率。将目标工件6的工艺要求，写入到控制装置3，控制装置3就会根据气氛测量装置2的实际值来控制计量装置7，这样就能准确的控制炉内的目标工件6表面的实时富化率，最后达到本专利的目的。整个系统进气量是由计量装置7控制的，排气量是通过炉内安装的压力计来控制真空泵组1，而气氛测量装置2是安装真空泵组1前面。设定好需要的富化率的值，当低于设定值，可以由控制装置3发出指令，让计量装置7加大进气量，与此同时真空泵组1的工作频率增大，保证炉内的设定压力，同时也是保证炉内的工件
表面的富化率。反之，当高于设定值，可以由控制装置3发出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉，包括用于放置工件的反应室(4)、分别与反应室(4)连接的真空泵组(1)和供气管道，其特征在于，所述的真空渗碳炉还包括气氛测量装置(2)、控制装置(3)和计量装置(7)，所述的气氛测量装置(2)与反应室(4)连接，所述的计量装置(7)设置在供气管道上，计量装置(7)用于调节并计算供气管道的气体通入时长和进气量，所述的控制装置(3)分别与气氛测量装置(2)和计量装置(7)连接，气氛测量装置(2)测量反应室(4)内的气体组分及相对含量，将测量结果实时传送给控制装置(3)，控制装置(3)根据测量结果和计量装置(7)的数据计算工件表面的实时富化率，并控制计量装置(7)以调节炉内气氛，直到工件表面富化率达到设定要求。

【技术特征摘要】
1.一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉，包括用于放置工件的反应室(4)、分别与反应室(4)连接的真空泵组(1)和供气管道，其特征在于，所述的真空渗碳炉还包括气氛测量装置(2)、控制装置(3)和计量装置(7)，所述的气氛测量装置(2)与反应室(4)连接，所述的计量装置(7)设置在供气管道上，计量装置(7)用于调节并计算供气管道的气体通入时长和进气量，所述的控制装置(3)分别与气氛测量装置(2)和计量装置(7)连接，气氛测量装置(2)测量反应室(4)内的气体组分及相对含量，将测量结果实时传送给控制装置(3)，控制装置(3)根据测量结果和计量装置(7)的数据计算工件表面的实时富化率，并控制计量装置(7)以调节炉内气氛，直到工件表面富化率达到设定要求。2.根据权利要求1所述的一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉，其特征在于，所述的气氛测量装置(2)包括多个设置在反应室(4)与真空泵组(1)之间的气氛测量探头。3.根据权利要求1所述的一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉，其特征在于，所述的反应室(4)设有加热装置(5)。4.根据权利要求3所述的一种自动控制炉内气氛的真空渗碳炉，其特征在于，所述的控制装置(3)分别与加热装置(5)和真空泵组(1)连接。5.根据权利要求3所述的一种自动控制炉内气氛的真空渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景峰，沈鹏，
申请(专利权)人：上海颐柏热处理设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31