技術分享｜真空熱處理爐現(xiàn)場檢漏的理論分析法
我公司專業(yè)提供真空熱處理設備，圖1 是其中的一臺油淬氣冷真空熱處理爐，該照片圖比較清楚地反映出了設備的加熱室、淬火室以及設備的整個抽真空系統(tǒng)。
理想的真空系統(tǒng)應該是不存在任何漏氣現(xiàn)象的。但在實際的真空系統(tǒng)中，泄漏是絕對的，不漏則是相對的。只要設備的真空度維持在極限真空度以上，或者壓升率達到設備的設計要求，雖然存在漏氣，也可以認為系統(tǒng)是不漏的。真空熱處理設備的檢漏環(huán)節(jié)主要有以下四個方面，設備設計階段就要考慮各部件、各部位的檢漏方法和時機；設備制造過程要檢漏；設備安裝調(diào)試過程要檢漏；設備使用過程也要檢漏。 本文要探討的是設備使用過程的檢漏問題。真空檢漏的方法很多，大的分類有壓力檢漏法、真空檢漏法和背壓檢漏法三類，而壓力檢漏法和真空檢漏法中又有很多具體的檢漏方法，參考文獻中有很詳細的介紹。本文要探討的是參考文獻中沒有介紹的理論分析法，即不使用專用的檢漏儀器、利用設備上的抽真空系統(tǒng)和真空測量儀表，以理論分析判斷為主、輔之以簡易的檢漏方法來解決真空熱處理設備的現(xiàn)場檢漏問題。 1、影響真空度的主要因素 真空熱處理爐正常工作時的極限真空度由下式?jīng)Q定： 真空爐的真空度是由真空泵的極限真空度、爐室的漏氣率、爐室內(nèi)的表面放氣量和泵對爐室的有效抽速決定的。泵的極限真空度（P0）是設計階段的事，我們不討論。對爐子真空度的影響因素，除了上述三個方面的因素外，還有一方面，在查到的參考文獻中都沒有介紹，就是真空測量系統(tǒng)的故障問題，它直接影響儀表的真空度顯示值，例如真空規(guī)管的污染、真空儀表的零點偏移等。 2、真空泄漏的檢測指標 對于真空設備而言，無論密封系統(tǒng)多么可靠，微量的漏氣總是存在的。漏氣率是反映真空設備質(zhì)量好壞的一個重要指標，冷爐的極限真空度是不能說明漏氣情況好壞的，這個結(jié)論可由分析公式（1）得到[2]。目前對真空爐的漏氣率均采用壓升率來表示，單位為Pa/h，JB/T 8195.4- 1999間接電阻爐ZC 系列真空淬火爐標準中規(guī)定：A級＜2.0 Pa/h，B 級＜1.33 Pa/h，C 級＜0.65 a/h。測量壓升率一般采用靜態(tài)升壓法，也稱為真空放置法，即首先抽真空到設備的極限真空度，然后關閉閥門使真空室同真空泵系統(tǒng)隔離，按GB/T10066.1- 2004 電熱設備的試驗方法的通用部分中的規(guī)定，進行讀取數(shù)據(jù)，并計算壓升率，也可以再乘以真空室的體積得到漏氣率。壓升率的測量**是經(jīng)過長時間抽真空，達到真空室內(nèi)表面放氣量可以忽略不計的條件，對于長期使用的爐子或真空室長時間接觸大氣的爐子，要先進行脫氣或凈化處理方可測壓升率，即使這樣，讀取數(shù)據(jù)時也要在壓力隋時間變化呈線性段上讀取數(shù)據(jù)。 3、快速泄漏的理論分析 真空度快速下降，一般不用多考慮，肯定存在泄漏點。快速泄漏原因的查找較微量泄漏容易的多，應用理論分析的方法就可解決問題，最多輔之以簡易的檢漏方法，就可以找到泄漏點。理論分析的基礎是數(shù)據(jù)，沒有真實、詳細的數(shù)據(jù)是無法進行理論分析的。當爐子的真空度出現(xiàn)異常時，要詳細觀察真空度下降的過程、真空度下降前后設備的工作情況、設備上各指示儀表的數(shù)據(jù)變化情況，包括回充氣壓力表的變化情況，這些數(shù)據(jù)是進行理論分析的重要依據(jù)。有時候依據(jù)數(shù)據(jù)變化情況進行理論分析甚至可以直接找到泄漏點。下面舉兩個應用理論分析找到泄漏點實際例子。 圖1 所示的設備，有一次在正常工藝運行的過程中，真空爐加熱區(qū)的真空度突然快速下降，觀察淬火區(qū)的真空度基本正常沒有變化，當加熱區(qū)的真空度低于淬火區(qū)的真空度后，加熱區(qū)的真空度仍然下降，淬火區(qū)的真空度還是正常沒有大的變化，派設備操作者檢查設備上加熱區(qū)真空泵的工作情況，回報都工作正常。工藝過程是在回充氣的過程中發(fā)生的，立即讓設備操作者去檢查回充氣儲罐的壓力表變化情況，回充氣儲罐的壓力在連續(xù)下降，初步確認可能是回充氣閥有問題，馬上讓操作者把儲氣罐的供氣閥關上，這時加熱區(qū)的真空度開始上升，從而證實了確實是回充氣閥泄漏造成的加熱區(qū)的真空度下降。站在控制室里觀察儀表的變化情況，派操作者分頭去檢查泵和儲氣罐的變化情況，3 min 內(nèi)就把故障排除了。其實當時腦子里還想了很多，首先排除了測量系統(tǒng)的故障，真空規(guī)的污染對真空度的影響應該是一個緩慢變化的過程；也不會是真空室內(nèi)工件表面放氣引起的，因它不會產(chǎn)生如此大的脫氣量；一定是突發(fā)的大漏孔引起的。這種漏孔的泄漏一般不會發(fā)生在靜密封處，多發(fā)生在動密封處，馬上想到加熱區(qū)的動密封有幾處，目前的工作狀態(tài)與哪部分有關，既然是在熱區(qū)回充氣的過程中發(fā)生的，那么就是它的問題了。停爐后檢修閥門，從根本上解決了問題。再舉一個淬火區(qū)的真空度的問題。從圖1 我們可以看出：由主粗機械泵和羅茨泵組成的抽氣系統(tǒng)，同時連著熱區(qū)和冷區(qū)，開爐時先由它抽熱區(qū)，當熱區(qū)達到一定的真空度時，由它轉(zhuǎn)抽冷區(qū)，而這時由前置機械泵和擴散泵組成的抽氣系統(tǒng)抽熱區(qū)。有一次開爐后，先由主粗機械泵和羅茨泵組成的抽氣系統(tǒng)抽熱區(qū)，然后轉(zhuǎn)抽冷區(qū)，由前置機械泵和擴散泵組成的抽氣系統(tǒng)抽熱區(qū)。熱區(qū)的真空度達到了極限真空度，而冷區(qū)的真空度達不到要求，檢查泵的工作狀態(tài)都正常，機械泵也定期進行氣鎮(zhèn)了，初步判斷冷區(qū)有泄漏，熱區(qū)的真空度正常，說明不是中間門的問題，如果中間門有泄漏，冷區(qū)的真空度反而會提高，因熱區(qū)的真空度高，前置機械泵和擴散泵組成的抽氣系統(tǒng)會幫著抽冷區(qū)。從冷區(qū)經(jīng)?；顒拥牟课痪椭挥星伴T了，初步懷疑前門密封有問題，再者檢查前門密封是最容易的，也不需要拆設備，屬于正常的維護，停爐更換密封后問題解決了。 4、真實泄漏的判斷 真空熱處理設備在使用過程中，如果經(jīng)過長時間的抽真空還達不到設備的極限真空度，造成的原因是多方面的，有可能是實漏、即設備的某個部位確實存在泄漏。還有很多情況是虛漏、即不存在真實的泄漏，有可能是設備的抽氣系統(tǒng)存在問題，如真空泵的工作狀態(tài)是否良好，擴散泵油是否污染、氧化了，真空泵的油位是否不足，泵油是否乳化等；真空測量儀表是否有問題、真空測量規(guī)是否污染了；再有就是材料的放氣、解吸、凝解氣體的再蒸發(fā)等。這時就需要采用靜態(tài)升壓法，利用設備上的真空表，每隔一定時間讀取一次數(shù)據(jù)，繪制靜態(tài)真空的壓力- 時間曲線，然后根據(jù)曲線的情況判斷達不到真空度要求的原因。 采用靜態(tài)升壓法，測量繪制靜態(tài)真空的壓力- 時間曲線時，可能出現(xiàn)的幾種曲線。實際測出的曲線同圖2 中的A、B、C、D 四條曲線中的哪條曲線接近，那么真空度上不去原因就屬于哪類了，根據(jù)實際情況查找原因。 直線A的壓力不隨時間變化，且其值高于設備的極限真空度，那么真空度抽不上去的原因，就是抽氣系統(tǒng)或測量系統(tǒng)的原因了。曲線B是存在放氣的原因造成的。直線C表示存在真實的泄漏。曲線D 是B 和C 的疊加，即設備同時存在著漏氣和放氣。 若設備存在嚴重的放氣，有可能掩蓋真實的泄漏，所以使用靜態(tài)升壓法測量繪制靜態(tài)真空的壓力- 時間曲線前，要先進行凈化、脫氣處理。 5、確定泄漏的部位 使用真空熱處理設備的企業(yè)，特別是小企業(yè)一般都沒有配備專用的真空檢漏儀器，本人認為以理論分析判斷為主、輔之以簡易的檢漏方法來解決真空熱處理設備的現(xiàn)場檢漏問題，是設備出現(xiàn)真空問題時的首選。理論分析判斷的前提是設備的使用、維護要有記錄，真空出現(xiàn)的異常要有數(shù)據(jù)。簡易的檢漏方法是指不使用專用的檢漏儀器、利用設備上的抽真空系統(tǒng)和真空測量儀表來檢漏。我們用的簡易檢漏方法，實際上就是參考文獻[1]中的真空計檢漏法，參考文獻[3]中介紹的升壓檢漏法也是這種方法，只需要一點丙酮就可以了，當設備抽真空至極限真空狀態(tài)并穩(wěn)定后，在懷疑的部位涂丙酮，同時觀察真空儀表的變化就可以了，為可靠起見，應在壓力恢復初始值、并趨于穩(wěn)定后再涂液體。如果幾次涂液結(jié)果相同，即可確認該處有泄漏。對于真空熱處理設備的檢漏，專業(yè)正規(guī)一點，要有一臺氦質(zhì)譜檢漏儀，具體的使用方法，參考文獻[1]和[3]都有詳細的論述。 6、真空熱處理設備檢漏需要注意的問題 在真空熱處理設備的檢漏過程中應該特別注意幾點：①真空檢漏時，特別是沒有專用儀器的情況下，千萬不要懷疑哪漏就拆哪，拆了一個來回也沒有找到真實的漏源，反而造成了新的漏源。一定要認真分析，有把握后再拆。②在開始檢漏時，一定要把容易排除的因素排除掉，例如真空泵的油位是否符合要求，因它直接影響泵的抽速，是否需要氣鎮(zhèn)，抽真空系統(tǒng)各泵的工作是否正常。就像自行車補帶一樣，首先要檢查一下氣門芯是否漏氣，然后再扒帶，不要扒完帶后才發(fā)現(xiàn)是氣門芯漏氣。③使用中要注意設備的維護和保養(yǎng)，設備的運行、維護保養(yǎng)以及每次維修都要有記錄，便于設備出現(xiàn)異常時，對問題的分析判斷。④圖1的真空爐是我公司的**臺進口熱處理設備，對其比較重視，有專門的技術人員負責指導該設備的正確使用和日常的維護保養(yǎng)，所以設備哪壞過、哪容易壞他都心里有數(shù)，對設備使用、維護保養(yǎng)過程都了解，出現(xiàn)問題分析起來能夠得心應手。⑤將設備的檢漏納入日常的維護保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)氣密性下降就及時解決，不要等到設備無法正常工作了才維修。 湖南久泰冶金科技有限公司生產(chǎn)的雙室真空氣冷油淬爐為臥室雙室結(jié)構；八角形爐膽加熱結(jié)構，爐溫均勻性好；淬火油槽容量大，熱油采用熱油泵外循環(huán)及換熱器冷卻，淬火油降溫更佳；雙重選擇油攪拌及油噴射冷卻方式，使用不同種類的零件，工件變形??；同等規(guī)格的產(chǎn)品，裝爐量打，效率高；
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