越来越多的热处理企业采用CQI-9标准来管理和指导日常的生产。大家注意到了在标准中3.8针对热处理渗碳有这样的规定：“碳势/露点的备份读数应使用以下一种或多种方法确定：零件表面含碳量的直接测量；箔片；三气分析仪；露点仪；电热线圈电阻等方法”以及“气氛验证备选系统的读数和自动控制气氛碳势/露点的读数应保持在控制计划或内部规程所规定的范围内”。

因此，大家可能会产生一个认识误区：CQI-9所描述的三气分析仪是为了修正碳势的。用三气分析仪测量的CO/CO2含量计算碳势和碳控仪表显示碳势作比较，但在日常操作中经常发现两种方法计算出的碳势存在偏差，则更加无法判定三气分析仪是否有问题，从而纠结碳控仪表显示碳势究竟是否需要进行修正的问题。这就导致三气分析仪的使用非但没有给现场带来便利，反而增加了现场的困惑。

可控气氛碳势的控制就是在一定温度、压力下，通过调节炉内气氛使炉气与零件表面的碳含量达到平衡时，零件表面的碳含量称之为炉子气氛的碳势。当炉气中某一组分的分压发生变化，炉内气氛碳势也会发生变化。

大家也许会问：氧探头控制炉内碳势已经是经过长期的生产实践检验，绝大多数情况下都是可靠且有效的方法，但CQI-9标准又明确提出需要使用其它手段检验和校准碳势，其意义何在？检验和校准碳势的正确方法又是什么呢？

我们知道氧探头的碳势与温度(T)、氧电势（Emv）和一氧化碳(CO)有关，可写成C%=f(T,Emv,CO)的函数关系，在生产条件下我们只要做到温度和CO含量保持不变，那么在这种条件下碳势就与氧电势成正相关，即氧电势越高，炉内碳势也越高，这时碳控仪表显示的碳势能比较真实反映炉内实际碳势。但若温控仪表显示温度有偏差或炉内CO含量不稳定时，虽碳控仪表显示碳势值没有变化，但并不代表炉内实际碳势没有发生变化。

例如：

1、温控仪表显示温度是930℃，实际炉温也是930℃，碳控仪上显示的碳势是1.10%。

2、温控仪表显示温度是930℃，但实际炉温是950℃，碳控仪的碳势依然显示的是1.10%。这两种情况，虽碳控仪表显示碳势均是1.10%，但显然第二种情况炉内实际碳势比1.10%要低。

此时，若用三气分析仪测量炉内气氛依旧可以发现两者有较大的不同。又如常见的氮甲醇气氛，由于载气配比的失衡导致CO浓度的变化而产生的虚假碳势，同样可借助三气分析仪进行辅助判断。

因此，在某一恒定温度、某一恒定载气配比下，炉内实际碳势总是和三组分气体成分相对应。故三气分析仪用作辅助验证碳势时，三组分气体成分和碳势的相关性对生产的指导更具有实际意义。

那如何建立起三组分气体成分和碳势的相关性？下表1可以给出一个大致的参考：

1、首先，在设备无其它异常条件下，某一温度通过定碳确保炉内实际碳势和碳控仪表显示碳势值保持在公差范围内。

2、用三气分析仪测量此时三组分气体的成分（确保各气体成分在合理范围内，可参考表2，否则可认定此时炉内气氛为非平衡状态下气氛），该三组分气体的成分可认为是此温度和碳势下所对应炉内平衡状态的气氛。

3、同时记录氧电势值，载气配比、富化气、稀释气等流量信息。

4、定期记录此温度和碳势下三组分气体的成分。若检测的炉气各组分气体含量稳定，始终在微小范围内波动，就可以认定此时炉内实际碳势也在作微小的波动。若检测炉气成分和之前相比有较大的差异或波动较大时，此时应注意检查设备是否存在异常。故障排除的标志应是炉气成分又恢复至之前平稳状态。

表1：三气分析仪辅助碳势验证

表2：常见的可控气氛分类

故建立三组分气体成分和碳势的这种相关性，不仅可以有效地辅助验证碳势，减少定碳频次，更重要的意义在于出现气氛异常波动时可迅速排查原因，减少质量事故。实际上CQI-9 对此也有明确的描述：“如果气氛验证备选系统的备份读数与原来的控制方法（碳势/露点读数）所确定的极限值不一致或不相关时，应采取适当的方法调整并重新建立/确定实际的气氛碳势/露点的读数与备选系统的备份读数之间的相关性”。

表3为某客户现场氮-甲醇气氛在840℃和0.4%碳势下炉气实际检测数据，并对检测数据做了图形化处理（如表4）。通过数据及变化趋势做出初步判断：

1、氧探头信号输出平稳，对应炉气各组分稳定。

2、炉气CO平均数值25.54%，测量过程中波动变化范围小于0.5%，炉气平稳，控制较好。

3、CO2平均数值1.4%波动范围小于0.05%，炉气平稳。

4、炉气CH4平均数值0.89%，测量过程中波动变化范围小于0.2%，炉气平稳，且含量低于1%，甲醇裂解状态良好。

表3：炉气检测数据

表4：热处理炉多气氛数据趋势图

目前市面上以便携式三气分析仪居多，优点很突出，但缺点也很明显，缺点即不能实现在线测量。故有时现场测量发现气氛不对时，零件可能已经快完成渗碳过程，这时又要花费精力和成本对零件实施补救。而在线的炉气监测系统可对整个渗碳过程进行实时测量和监控，当气氛出现异常时，设备可实时报警提示（如表5），从而可以实现对故障的迅速判断和排除，挽救损失。

表5：炉气监测系统主界面

稳定的气氛是热处理工艺运行和产品质量的保证。三气分析仪早期又被称作“炉况校验仪”，我觉得这个叫法可能更确切一些，明确了三气分析仪是用来判断热处理炉的工况而并非现在我们大多数人认为的碳势测量！

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