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      螺桿真空泵在熱處理爐的應用

      訪問: / 發布時間:2021-04-16

      1  空熱處理的特點
      金屬和合金在真空內加熱時,由于表面會發生物理化學反應,獲得了在常規熱處理時不能獲得的各種效果,諸如,脫氣、表面不氧化、不脫碳等,這些效果反映了真空熱處理的優越性。



       
      1.1、真空保護和表面凈化作用
      當金屬在氧、水蒸氣和二氧化碳等氧化性氣體中加熱時,由于金屬對氧具有親和力而產生氧化物。但是,在真空內加熱時,由于氧的分壓力低于氧化物的分解壓,氧化作用被抑制,達到了無氧化的目的。
      1.2、脫和脫氣作用
      (1)、脫脂效果:附著在被處理工件上的油脂屬普通脂肪族,是碳、氫、氧化合物,蒸氣壓較高,在真空中加熱時極容易被揮發或分解成氨、二氧化碳和水蒸氣等氣體,隨即被真空泵抽掉,使工件表面凈化。
      (2)、脫氣效果:在固體金屬中脫氣,是常規熱處理難以做到的。一般雙原子氣體的平均溶解度和周圍氣體中該氣體的分壓平方根成正比,當然溶于固體金屬內的氣體與溫度也有密切的關系,當溫度提高時,氣體的分壓也會降低。但在真空條件下,能使氣體的分壓進一步降低,非常容易達到脫氣的目的。
      金屬內部的脫氣,由下列三個過程組成:①金屬內部向表面擴散;②氣體從金屬表面放出;③氣體從真空爐中排出。
      1.3、真空加熱時元素的蒸發
      真空熱處理時,必須考慮工件材料的蒸氣壓特性,對蒸發問題予以足夠的重視。在真空純化處理過程中,有些金屬元素是希望通過真空蒸發去除掉的,而有些金屬元素是不希望被真空蒸發需要保留下來的。所以應該根據工件材料的飽和蒸氣壓,在加熱時,正確選用真空度,以避免出現有用元素的貧化,影響工件的質量,同時還要防止金屬元素(鋼鐵中的Cr、Mn、Ni、Al和有色金屬中的Zn、Pb、Cu等)真空蒸發時,引起的真空鍍膜現象,免得爐子遭到污染而不能正常工作。
      1.4、真空熱處理爐的升溫和降溫特性
      由于工件在真空爐內是主要靠高溫下的熱輻射來加熱的,輻射熱量的大小與溫度的四次方成正比。在低溫下,輻射熱量小,對流作用很弱,因而加熱慢,爐溫與工件間的溫差大;在高溫下,輻射效果好,加熱速度快,爐溫與工件間的溫差小。
      在實際生產中,為了保證工件的透熱均勻性往往采用預熱法,一般均在熱處理溫度前200℃進行預熱,這樣,在達到熱處理溫度后工件的心部溫度與爐子指示溫度大致相同。另外,達到熱處理溫度后必須有一定的保溫時間,保溫時間的長短取決于工件尺寸的大小,工尺寸越大,保溫時間越長。
      工件在真空爐內的冷卻方法,有隨爐冷卻和氣體冷卻兩種。隨爐冷卻的特點是高溫時冷卻速度快,進入低溫后冷卻速度非常緩慢;而氣體冷卻的特點是冷卻能力比較大,冷卻效果好,為了節省氣體,往往在真空爐內設有風扇或熱交換器,使氣體在爐內反復循環使用。
      2、高真空熱處理爐
      高真空熱處理爐本爐為單室臥式內熱型真空電阻爐。設備主要由水冷式爐體、保溫發熱體、工件支承體(料臺)、真空獲得系統、充排氣系統、水冷卻系統、強制冷卻系統、裝卸機構、加熱系統、操作系統和安全保護系統等部分組成。
            

      真空熱處理爐結構圖
       
      1、爐體爐體由爐蓋、筒體組成,主爐體是一個臥式放置的爐體。其中爐體(爐殼、爐門)采用雙層爐壁結構,夾層中通水冷卻。爐門為左開式,在其上邊設計有一個供操作者觀察的石英玻璃窗。真空管道上設計有防止破壞真空泵組正常工作的過濾器。兩個加熱供電連接線電極分別裝在爐體左右兩側。爐體外上部裝有爐內溫度測量接線機構、接點式真空壓力表和出氣體管道。爐體外下部裝有進氣體管道。爐體內裝有加熱體、保溫層、工件支承體(料臺)等。
      2、保溫發熱體
      保溫發熱體由不銹鋼內膽、高純石墨多層隔熱屏和高純石墨加熱器組成,為工件提供熱源和穩定的熱場。
      3、工件支承體(料臺)
      工件支承體(料臺)設在爐體內部的底部,用于支承工作盤,待要處理的工件可直接放在工作盤上。
      (4)、真空獲得系統
      真空獲得系統由一臺擴散泵、一臺羅茨泵和一臺螺桿真空泵、一臺復合真空儀、一個熱偶管和兩個電離管等組成。

      真空熱處理爐真空系統示意圖
       
      (5)、充排氣系統
      參見圖6,充排氣系統由三部分組成,充氣機構、排氣機構和故障排氣機構。
      充氣機構分三個供給氣路,可分別使用氬氣(或氮氣)、氫氣和空氣等任意三種氣體。排氣機構是一個出氣路。故障排氣機構的作用是在爐內氣壓過高險情發生時,自動進行安全氣體排放。
      (6)、水冷系統
      水冷卻系統采取水冷卻循環方法,由爐壁、水套及管路、手動閥門組成,配備了一套包括上水分配管和下水斗的水冷卻系統。
      (7)、強制冷卻系統
      強制冷卻系統采取腔體、通道、爐壁風內循環冷卻方法,由電機、離心風扇葉輪和導風通道組成。
      (8)、裝卸機構
      裝卸機構配備了一個與爐子平行的叉車載入裝置,料車導軌安裝在設備的前部,料車可自由活動,既能升降,又能在導軌上前后運動。
      (9)、加熱系統
      加熱系統由一臺數字智能形溫度控制器、一個加熱功率單相晶閘管交流調壓電路、一臺功率變壓器和一個測溫熱電偶組成。
      (10)、控制系統
      以PLC為基本控制單元,實現動作控制、工藝曲線的自動控制、監控設備運行狀態、報警保護等功能。
      (11)、安全保護系統
      安全保護系統主要有氣壓超限保護、水溫超限保護、斷水保護和斷電保護等。


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