1 前言

在鋁型材擠壓車間生產(chǎn)過程中，因時效爐保溫溫度控制不良，造成型材返時效或者過時效報廢的情況時有發(fā)生。型材返時效處理不僅造成能源浪費，而且降低了時效爐的生產(chǎn)效率，而過時效報廢造成的損失更加巨大。經(jīng)統(tǒng)計，擠壓車間某時效爐因時效問題造成型材返時效處理的情況占生產(chǎn)總數(shù)的3％，6063-T6型材返時效處理的情況尤為嚴重，占6063-T6型材生產(chǎn)總數(shù)的10％。部分型材在返時效處理后，硬度仍然達不到要求，從而造成廢品。為了節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗，車間決定對該時效爐溫控系統(tǒng)進行改造，以解決型材一次時效后硬度不達標的情況。在此，簡要介紹該時效爐溫控系統(tǒng)的改進及相關情況，供同行相關生產(chǎn)人員參考。

2 改造方案及實施情況

2.1 人工時效的意義

6系合金的人工時效是把淬火后的型材放入時效爐，在密封狀態(tài)下，加熱至固定溫度再通過一段時間的保溫，使新相（強化相）從過飽和固溶體中析出，目的在于提高型材的機械性能及尺寸的穩(wěn)定性。

2.2 時效不合格原因分析

該時效爐的溫度控制方式為：四組簡易式鎧裝熱電偶（如圖1所示）感應爐內(nèi)溫度變化，再通過溫控表設置和PLC程序控制對爐內(nèi)溫度進行有效控制。此種控溫系統(tǒng)在理想狀態(tài)下，溫度控制精度在±5℃，基本滿足日常鋁型材時效要求。但實際生產(chǎn)中，簡易式鎧裝熱電偶受時效爐爐體寬度限制，在時效進出爐過程中，經(jīng)常出現(xiàn)料框撞彎甚至撞斷熱電偶保護鎧的情況（如圖2所示），導致時效爐內(nèi)的實際溫度跟系統(tǒng)監(jiān)測溫度存在偏差，工藝未能得到保證，鋁型材出現(xiàn)時效時間不夠或者過時效情況也隨之發(fā)生。

2.3 制定改造方案

針對現(xiàn)有溫控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，我們決定從電熱偶容易損壞開始著手思考。如果更換一種可以平行于爐壁放置的熱電偶，這樣就可以有效地避免在進出爐過程中，物料框的移動對熱電偶造成撞擊的影響。結(jié)合熱電偶的溫度檢測精度等級和成本等因素，我們選取了工業(yè)用安裝式熱電偶（如圖3所示）。這種熱電偶控溫精度在±3℃，可以實現(xiàn)系統(tǒng)對爐內(nèi)實際溫度的監(jiān)控，以達到時效工藝條件要求。

2.4 實施情況

我們對該臺出現(xiàn)返時效問題較多的時效爐進行系統(tǒng)改造試驗，此爐的內(nèi)體尺寸規(guī)格為長9.2m×寬2.8m×高2.5m，最多可以同時時效12框型材。更換了熱電偶和改變了熱電偶安裝方式后（如圖4所示），雖然解決了進出爐過程中，料框?qū)ζ渑鲎灿绊戇@一問題，但隨之也暴露出一個新的問題。以時效6063-T6型材為例，車間制定的工藝制度是保溫溫度190℃±10℃、保溫時間160min~180 min，在時效過程中，爐內(nèi)溫度跟時間的變化如圖5所示。

由圖5可看出，在保溫階段的前20分鐘，爐內(nèi)溫度變化波動很大。這是由于工業(yè)用安裝式熱電偶體積較小，吸熱和放熱都比較快，對溫度的變化反應較敏感，不像簡易式鎧裝熱電偶對溫度變化在反應上具有一定滯后性，這樣使得熱電偶檢測的溫度比較接近爐內(nèi)的空氣溫度。當監(jiān)測的溫度達到溫控表設定的溫度時，火槍隨即停火，系統(tǒng)默認時效進入保溫過程。此時型材的溫度比空氣溫度要低10~15℃，還處于不斷吸收空氣熱量的狀態(tài)，一旦火槍熄火，爐內(nèi)空氣溫度將很快從保溫溫度190℃降下來，火槍重新啟動點火加溫。因此，保溫階段的前20分鐘里，火槍頻繁的執(zhí)行著開停指令，直到型材溫度跟空氣溫度接近一至。這種工作狀態(tài)對火槍使用壽命相當不利，且系統(tǒng)監(jiān)控的型材保溫時間比工藝要求時間要短，保溫時間不足易造成型材硬度偏低。于是，為了使熱電偶監(jiān)測到的溫度盡量接近爐內(nèi)型材的實際溫度，經(jīng)多方面的研究，我們決定在更換熱電偶和改變熱電偶安裝方式的基礎上，通過PLC控制系統(tǒng)，在火槍加溫至保溫溫度后，延遲火槍熄火時間，使型材溫度更接近工藝保溫溫度，以達到保護火槍及按工藝制度執(zhí)行時效的目的。通過多次試驗，我們得出保溫前20分鐘火槍延遲熄火90S，20分鐘后延遲熄火15S為12框爐的最佳溫度控制狀態(tài)。在此種設定條件下，再次對6063—T6型材進行時效，爐內(nèi)溫度跟時間的變化如圖6所示。

從圖6可以看出，通過設置火槍延遲熄火后，爐內(nèi)型材在系統(tǒng)默認保溫后的7min，就完全達到了工藝保溫溫度，且火槍點火次數(shù)明顯減少，且時效過程中，系統(tǒng)對時效爐爐內(nèi)溫度監(jiān)測精準，完全達到工藝要求。

2.5 效果分析

該時效爐溫度控制系統(tǒng)全部改造完成并投入應用后，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，返時效處理的型材只占生產(chǎn)總數(shù)的2‰，過時效報廢率幾乎為0。與改造前的情況相比明顯提高了時效爐的生產(chǎn)效率，同時降低了生產(chǎn)成本。由此證明此次技術改造是切實可行的。

3 結(jié)語

本文針對時效過程保溫溫度控制不良的現(xiàn)象，通過對時效爐溫控系統(tǒng)的合理改造，從而顯著解決型材一次時效后硬度不達標的情況，降低了時效不合格品的同時，還提高了生產(chǎn)效率，降低了能源消耗。綜上所述，在生產(chǎn)中，出現(xiàn)質(zhì)量問題其實并不可怕。解決問題的最佳途徑是認真地分析問題，探討問題產(chǎn)生的原因，找出問題的根源，并毫不猶豫去落實！時效工序作為鋁型材加工流程中的重要環(huán)節(jié)，我們在制定出最適宜的工藝參數(shù)及工藝條件的同時，還需要保證時效設備能滿足工藝條件的要求，并嚴格執(zhí)行工藝紀律，以杜絕硬度不夠型材的出現(xiàn)。