Een bogie-haardoven is een groot thermisch systeem. Temperatuurverschillen zijn onvermijdelijk, maar ze kunnen worden beheerst. De temperatuuruniformiteitsmeting (TUS) is de test die aantoont dat de beheersing werkt.
MONTE INTELLIGENCE voert TUS-testen uit als onderdeel van de inbedrijfstelling van ovens en adviseert periodieke hertesten gedurende de levensduur van de oven. Dit artikel legt de TUS-vereisten uit volgens AMS 2750F, de meest geciteerde norm voor thermische verwerkingsapparatuur in de lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie en algemene warmtebehandeling.
AMS 2750F classificeert ovens op basis van de tolerantie voor temperatuuruniformiteit. Klasse 1 vereist een uniformiteit van ±3 °C – de strakste tolerantie, gebruikt voor kritische ruimtevaartcomponenten zoals turbinebladen en structurele smeedstukken. Klasse 2 vereist ±6 °C – de standaard voor de meeste warmtebehandelingen in de ruimtevaart. Klasse 3 vereist ±8 °C. Klasse 4 vereist ±10 °C. Klasse 5 vereist ±14 °C. Klasse 6 vereist ±28 °C – de ruimste tolerantie, gebruikt voor spanningsarm maken en niet-kritische toepassingen.
Voor een bogie-haardoven is het behalen van klasse 2 (±6°C) een veeleisende, maar haalbare doelstelling. Klasse 1 (±3°C) is extreem moeilijk te bereiken voor een oven van dit type vanwege de fysieke schaal – een 10 meter lange ovenkamer kent inherente temperatuurgradiënten als gevolg van de plaatsing van de branders, de rookgasstromen en het warmteverlies via de deuren. Klasse 1 TUS op een bogie-haardoven vereist doorgaans elektrische verwarmingselementen met zeer nauwkeurige zoneregeling in plaats van gasbranders.
De TUS-procedure volgens AMS 2750F vereist het plaatsen van een reeks thermokoppels in de gehele werkzone van de oven. De werkzone is het volume waarin de lading moet worden geplaatst om de gespecificeerde thermische behandeling te ondergaan. Gebieden nabij de wanden, de deur en de achterwand, waar de temperatuur waarschijnlijk minder uniform is, worden hier niet meegerekend. Voor een bogie-haardoven wordt de werkzone doorgaans gedefinieerd als het volume dat zich op minimaal 300 mm afstand van de wanden, het plafond en de deur bevindt, en op minimaal 150 mm afstand van het haardoppervlak.
Het aantal benodigde TUS-thermokoppels is afhankelijk van het volume van de werkzone. Voor volumes tot 0,085 kubieke meter (3 kubieke voet) zijn 9 thermokoppels nodig: één op elke hoek van een rechthoekig raster plus één in het midden. Voor volumes tussen 0,085 en 6,4 kubieke meter neemt het aantal toe tot een raster van 4x4x4 of 15-40 thermokoppels, afhankelijk van de aspectverhouding. Voor een grote bogie-oven met een werkzone van 30-50 kubieke meter vereist de norm een raster met voldoende thermokoppels, zodat geen twee aangrenzende meetpunten meer dan 0,6 meter van elkaar verwijderd zijn.
De thermokoppelarray is gemonteerd op een testframe – een lichtgewicht constructie, meestal gemaakt van roestvrijstalen buizen, die de thermokoppels op hun specifieke locaties positioneert zonder de luchtstroom of warmteoverdracht in de oven noemenswaardig te beïnvloeden. Het testframe wordt op de draaistelwagen geplaatst en de wagen wordt de oven in gereden voor de meting.
De meting wordt uitgevoerd bij de minimale en maximale bedrijfstemperatuur van de oven, en doorgaans ook bij een of meer tussenliggende temperaturen. Voor een oven met een nominale temperatuur van 500-1100 °C wordt de meting uitgevoerd bij 500 °C, 800 °C en 1100 °C – drie volledige meetcycli. Bij elke temperatuur, zodra de oven gestabiliseerd is (alle meetthermokoppels binnen ±3 °C van de ingestelde waarde gedurende 30 minuten), worden de gegevens gedurende minimaal 30 minuten verzameld.
Het acceptatiecriterium is dat alle meetthermokoppels gedurende de gehele meetperiode binnen de gespecificeerde uniformiteitstolerantieband moeten blijven. Als een thermokoppel buiten de tolerantie valt, wordt de meting bij die temperatuur afgekeurd. Bij afgekeurde metingen moeten de ovenregelaars worden aangepast – meestal de temperatuurafwijkingen per zone in de controller – en moet de meting opnieuw worden uitgevoerd.
Het aanpassen van de temperatuurafwijking in de zones is het belangrijkste middel om de uniformiteit te verbeteren. Als de temperatuurmeting aangeeft dat de voorkant van de oven (bij de deur) 8 °C kouder is dan de ingestelde temperatuur, terwijl de achterkant de ingestelde temperatuur behoudt, kan de regelaar van de voorste zone worden geprogrammeerd met een afwijking van +8 °C. Na de aanpassing wordt de temperatuurmeting opnieuw uitgevoerd om de verbetering te controleren. De meeste ovens kunnen uniformiteitsklasse 2 bereiken met de juiste afstelling van de temperatuurafwijking in de zones, zelfs als de eerste meting een afwijking van ±10 °C of meer laat zien.
De frequentie van de inspectie hangt af van de ovenklasse en de kritische aard van het werk. Voor klasse 2-ovens die componenten voor de lucht- en ruimtevaart verwerken, moet de TUS (Technical Understanding Survey) elke 6 maanden worden herhaald volgens AMS 2750F. Voor klasse 4-ovens die commerciële warmtebehandelingen uitvoeren, is een jaarlijkse inspectie gebruikelijk. Elke grote aanpassing aan de oven – vervanging van de brander, upgrade van het besturingssysteem, herbekleding van de vuurvaste stof – vereist een herkeuring.
De relatie tussen TUS en SAT (System Accuracy Test) wordt vaak verward. De TUS meet de temperatuurverdeling in de gehele werkzone. De SAT meet de nauwkeurigheid van de regel- en registratiethermokoppels van de oven ten opzichte van een gekalibreerde referentie. Beide tests zijn vereist voor naleving van AMS 2750, maar ze dienen verschillende doelen. Een oven kan slagen voor de SAT (de regelthermokoppel meet nauwkeurig) maar falen voor de TUS (sommige delen van de werkzone zijn te warm of te koud ten opzichte van het regelpunt).
Documentatie is het eindproduct van een TUS-keuring. Het keuringsrapport moet de volgende informatie bevatten: de identificatie van de oven, de testdatum, de testtemperaturen, een diagram met de locaties van de thermokoppels, de ruwe temperatuurgegevens van alle thermokoppels gedurende de gehele meetperiode, de berekende temperatuuruniformiteit en een beoordeling (geslaagd/niet geslaagd). Dit rapport maakt deel uit van het kwaliteitsdossier van de oven en wordt beoordeeld tijdens klantaudits en NADCAP-accreditatie.
MONTE INTELLIGENCE voert als onderdeel van de inbedrijfstelling van de oven een initiële TUS-meting uit en kan periodieke hercontroles verzorgen. We leveren tevens de benodigde bevestigingsmaterialen voor de thermokoppels, data-acquisitiesystemen en rapportagesoftware.
Voor TUS-services of ondersteuning bij de inbedrijfstelling van ovens kunt u contact opnemen met helenxu@cnlymonte.com.
