台車式炉は大型の熱供給システムです。温度勾配は避けられませんが、管理することは可能です。温度均一性調査（TUS）は、その管理が適切に行われていることを証明する試験です。
MONTE INTELLIGENCE社は、炉の試運転の一環としてTUS試験を実施し、炉の寿命期間を通して定期的な再試験を推奨しています。この記事では、航空宇宙、自動車、および一般熱処理における熱処理装置に関する最も広く参照されている規格であるAMS 2750Fに基づくTUS要件について説明します。
AMS 2750Fは、炉の温度均一性許容値によって分類します。クラス1は±3℃の均一性を要求します。これは最も厳しい許容値で、タービンディスクや構造鍛造品などの重要な航空宇宙部品に使用されます。クラス2は±6℃を要求します。これはほとんどの航空宇宙熱処理の標準です。クラス3は±8℃を要求します。クラス4は±10℃を要求します。クラス5は±14℃を要求します。クラス6は±28℃を要求します。これは最も緩い許容値で、応力除去や重要度の低い用途に使用されます。
台車式炉床炉の場合、クラス2（±6℃）の達成は困難ではあるものの、達成可能な目標です。一方、クラス1（±3℃）は、炉の規模が大きいため、このタイプの炉では非常に困難です。10メートルもの長さの炉室には、バーナーの配置、排気ガスの流れ、扉からの熱損失などによって、必然的に温度勾配が生じます。台車式炉床炉でクラス1のTUSを実現するには、通常、ガスバーナーではなく、非常に細かいゾーン制御が可能な電気ヒーターが必要となります。
AMS 2750F に基づく TUS 手順では、炉の作業ゾーン全体に熱電対アレイを配置する必要があります。作業ゾーンとは、指定された熱処理を受けるために作業対象物を配置しなければならない領域であり、温度が均一でない可能性のある壁、ドア、および背面壁付近の領域は除外されます。ボギー式炉床炉の場合、作業ゾーンは通常、壁、天井、およびドアから少なくとも 300 mm、炉床表面から少なくとも 150 mm 離れた領域として定義されます。
必要なTUS熱電対の数は、作業領域の容積によって異なります。容積が0.085立方メートル（3立方フィート）までの場合、9個の熱電対が必要です。これは、長方形グリッドの各角に1つずつ、中央に1つ配置します。容積が0.085～6.4立方メートルの場合、熱電対の数は4x4x4グリッド、または縦横比に応じて15～40個に増加します。作業領域が30～50立方メートルの大型台車炉の場合、規格では、隣接する2つの測定点の間隔が0.6メートルを超えないように、十分な数の熱電対を備えたグリッドが必要です。
熱電対アレイは試験フレームに取り付けられます。試験フレームは軽量な構造体で、通常はステンレス鋼管でできており、炉内の空気の流れや熱伝達に大きな影響を与えることなく、熱電対を所定の位置に配置します。試験フレームは台車に載せられ、台車は調査のために炉内に移動されます。
調査は、炉の最低および最高運転温度で実施され、通常は1つ以上の中間温度でも実施されます。定格温度が500～1100℃の炉の場合、調査は500℃、800℃、1100℃の3つの温度で実施されます。各温度において、炉が安定した後（すべての調査用熱電対が設定温度から±3℃以内に30分間留まった後）、最低30分間データが収集されます。
合格基準は、すべての調査用熱電対がデータ収集期間全体を通して規定の均一性許容範囲内に留まることです。いずれかの熱電対が許容範囲外にずれた場合、その温度での調査は不合格となります。不合格となった調査では、炉の制御（通常は制御装置のゾーン温度オフセット）を調整し、再試験を行う必要があります。
ゾーン温度オフセット調整は、均一性を向上させるための主要な手段です。TUS（温度測定システム）で、炉の前面（ドア付近）が設定温度より8℃低く、背面が設定温度で動作していることが示された場合、前面ゾーンコントローラーに+8℃のオフセットを設定できます。調整後、TUSを再度実行して改善を確認します。初期調査で±10℃以上の差が見られた場合でも、適切なゾーンオフセット調整を行うことで、ほとんどの炉はクラス2の均一性を達成できます。
検査間隔は、炉のクラスと作業の重要度によって異なります。航空宇宙部品を処理するクラス2の炉の場合、AMS 2750Fに基づき、TUSは6か月ごとに実施する必要があります。商業用熱処理を処理するクラス4の炉の場合、通常は年次検査が実施されます。バーナーの交換、制御システムのアップグレード、耐火材の再ライニングなど、炉に重大な変更が加えられた場合は、再認定検査が必要となります。
TUS（温度測定システム）とSAT（システム精度試験）の関係はしばしば混同されます。TUSは作業領域全体の温度分布を測定します。SATは、校正済みの基準値に対する炉の制御用および記録用熱電対の精度を測定します。どちらの試験もAMS 2750への準拠に必要ですが、目的は異なります。炉はSAT（制御用熱電対の読み取り値が正確）には合格しても、TUS（作業領域の一部が制御点に対して高温または低温すぎる）には不合格となる場合があります。
TUS（試験評価システム）の成果物は、文書化です。調査報告書には、炉の識別情報、試験日、試験温度、熱電対の位置を示す図、データ収集期間全体におけるすべての熱電対の生温度データ、計算された温度均一性、および合否判定を含める必要があります。この報告書は炉の品質記録の一部となり、顧客監査およびNADCAP認証の際に審査されます。
MONTE INTELLIGENCEは、炉の試運転の一環として初期TUS（熱電対表面状態調査）を実施し、定期的な再調査サービスも提供しています。また、熱電対取り付け金具、データ収集システム、レポート作成ソフトウェアも提供しています。
TUSサービスまたは炉の試運転サポートについては、helenxu@cnlymonte.comまでお問い合わせください。
