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真空炉真空系统故障分析
2024-08-29
随着科技的发展，真空热处理技术的应用已遍及各行各业，越是先进的领域对真空热处理技术的要求就越强烈，如今该技术已成为航空、航天、核能、电子等工业发展中不可缺少的热处理方法之一。它的主要优点是能在无氧化、无脱碳、变形小的条件下完成工件的热处理过程;经此处理后的工件表面光滑、力学性能高、使用寿命长;同时脱气效果好、不污染环境、易于实现自动化。
1.真空热处理
真空热处理技术在工业发达国家采用较早，技术比较成熟。为了提高产品质量，增强市场竞争力，改变热处理设备陈旧落后的状况，本文对此进行分析研究，使问题得到妥善解决。真空热处理常见的故障有三种，即真空系统抽气效果差、真空系统漏气、真空系统放气，现分别叙述如下。
2.真空系统抽气效果差
真空系统抽气效果差是抽气系统本身的问题，主要有两个原因：一是前级泵达不到极限真空度，二是扩散泵有故障。
2.1前级泵抽不出极限真空
当发现前级泵真空度不高时，应按下述步骤逐一检查并排除。
2.1.1泵温过高
(1)检查控制泵温度的温控器的设定值是否符合规定。如不符合，应重新设定。
(2)泵内因固体水垢或其它污物堵塞，使冷却水流量变小，造成泵油升高。因为泵油要有一定的粘度才能保证泵的密封性，如果粘度过小，就会使密封性变差。泵油的粘度随温度升高而下降，结果造成泵的密封性变差，油的饱和蒸汽压升高，真空度下降。解决办法是疏通水道，加大冷却水流量，使泵油的温度不超过规定值100℃，一般在0℃左右。
(3)零部件装配不当会造成磨损，应重新装配。
2.1.2 油泵问题
(1)油位太低。应补充油至说明书规定的位置。
(2)泵油老化或污染。泵油的使用寿命一般为2000h，当使用时间过长或因使用不当而受到污染时，泵油会由淡黄色、清澈透明的状态变为较暗的乳白色。泵油粘度的增加会降低泵的性能。一般规定泵油的粘度不得超过0.3Pa·s(温度为25℃时)，否则应更换。
(3)泵油中含有水分。将气镇阀打开15～30mm，可提高真空度。其原因是：当被抽气体中含有蒸汽等可凝性气体时，它们进入泵工作腔后会被压缩，从而凝结成水等液体，这些凝结物不但使真空度降低，而且会使泵油变质，使泵的性能大大降低。为了避免凝结物对泵性能的影响，在泵的压缩排气处装有气镇，泵在压缩气体时，通入少许空气，使工作腔内的压力升高，混合气体中的可凝性气体在未达到饱和蒸汽压时被排出泵外，达到除去水分等可凝性气体、不污染泵油、提高真空度的目的。
(4)所选泵油规格错误
2.1.3 过滤器端口堵塞
应拆卸、清洁并重新安装进气口处的过滤器和气镇阀。
2.1.4 泵本身漏气
(1)检查密封橡胶圈是否老化、失效、永久变形，如发现问题应更换。
(2)气镇阀垫圈损坏或未拧紧，应及时更换或拧紧。
(3)排气片损坏，密封性不好，应更换排气片。
2.1.5泵在运转过程中出现不正常声响、噪音、或转动困难等现象时，应按下列方法处理：
(1)泵温过高。
(2)过滤器损坏，使金属屑、陶瓷屑、纤维屑等落入泵内，妨碍泵工作。应拆开泵检查，清除杂物，更换筛网及磨损件，再组装。
(3)若泵油变质，粘度增大，应更换泵油。
(4)碱冲击装置装配不当，产生噪声。应重新装配。
(5)电机故障产生噪声。应检修电机或对电机轴承加润滑油：
2.1.6泵启动困难。泵启动困难的原因主要有以下三个方面，即：
(1)室内温度过低，造成睫毛膏粘度增大，使泵启动困难。泵房室内温度应保持在12℃以上。
(2)泵油变质，使泵油粘度增大，使泵启动困难，应及时更换泵油。
(3)电机电源故障。应检查电源。
2.2扩散泵故障
当前级泵已抽到极限真空，且无漏气现象时，若仍抽不上真空，则应检查扩散泵，检查可按下列步骤逐项进行。
2.2.1系统真空度达不到极限值
(1)泵油太少或泵油被污染。正常情况下，泵油为白色、洁净、透明的液体。如果变色或变浑浊，则说明泵油已被污染，必须拆开泵进行彻底清洗。并更换新油。泵油在正常使用中应每两年更换一次。如果泵油没有被污染，但量很少，那么只需将相同规格的泵油添加到油标位置即可。
(2)泵油加热不足。应检查电源、保险丝是否有泵加热器动作故障。如有故障应及时排除。
(3)泵的冷却不足，使泵内的油蒸气不能完全、迅速地冷凝，冷凝后的油在返回冷阱之前又重新蒸发，有可能回流到真空系统，污染加热室。消除方法应增加冷却水流量。
(4)冷却水流量太大，使泵壁表面温度降低，油蒸气回流增加，影响极限真空。扩散泵工作时，冷却水出口温度应在26℃左右(不宜超过30℃)。
(5)扩散泵油汽导流板装配不当。应检查各级喷嘴的几何尺寸、位置、间隙是否正常，有无倾斜，如有问题，应重新装配。
2.2.2 扩散泵不工作
(1)真空系统泄漏严重。检查炉门、电极、热电偶等易发生泄漏的密封部位，找出泄漏部位并消除。
(2)扩散泵加热不足。扩散泵应提前30分钟预热，使泵油加热到工作温度后，方可开始工作。
(3)前级泵故障或前级管路有泄漏，造成扩散泵前级管路内压力过高，使扩散泵启动困难。故障排除可参考本文2.1节。若前级泵无故障但前级管路压力过高，则说明前级管路有泄漏，应查找泄漏部位并排除。
3 真空系统泄漏
真空系统漏气是造成真空系统真空度上不去的主要因素之一。为保证真空系统保持良好的密封性能，应定期检测压升速率，一旦压升速率大于0.27Pa/h(2×10 mmH8/h)，就应检查真空系统是否有泄漏。真空设备漏气的部位通常容易发生在经常活动的地方，如炉门、热电偶、电极、真空计的密封处等。柱漏采用的方法有注入法、氦面罩法或二者结合使用。实践证明，先用氦面罩法进行粗略检查，确定泄漏的大致位置，再用吹气法仔细寻找泄漏的准确位置，这样更快捷、准确。找到泄漏的准确位置后，按下面的步骤查找泄漏的原因，并予以排除。
(1)检查腔环与密封槽是否匹配，若二者不匹配，易产生泄漏，应更换合适规格的腔环。
(2)检查腔环是否因长期使用或过热而产生永久变形或微裂纹，若已出现这些现象应及时更换。
(3)检查密封法兰及菇片有无锈蚀、划伤、变形等现象，如有，应将锈蚀、划伤等磨掉，或矫正变形，直至换上新的密封法兰及菇片。
(4)检查密封元件装配是否正确。装配时密封法兰螺栓应均匀对称地紧固，防止一侧松，另一侧紧，使密封效果不佳。装配压紧力不宜过大，以免造成胶圈永久变形。
(5)检查密封件是否清洁。其表面不得有油污和任何物质的纤维或细屑污染。如果密封件被污染，应彻底清洁。
4 真空系统排气
因为真空系统中各部件的表面，特别是那些分子密度较小的部件，如石墨、陶瓷、纤维毡等，都吸附有大量的气体和水分，这些吸附的气体和水分在外界条件(如温度、压力)变化时，就会从这些部件表面逸出，造成真空系统的真空度下降。在不采取任何其他措施的情况下，要把真空系统中各部件表面吸附的气体，特别是水蒸气全部脱附出来是非常困难的。
为了防止真空炉吸收大量的气体和水分，真空炉在不工作时也应处于真空状态。对于要加工的夹具和零件，在进炉前必须经过彻底的清洗和干燥，保持其表面的清洁和干燥。另外，真空油淬炉的淬火夹具不允许用普通的砂型铸造工艺制造。因为用这种方法制造的夹具，特别是大型、形状复杂的夹具，不仅组织疏松，而且存在大量的砂眼、气孔、微裂纹等缺陷，当它们与工件一起淬入油中时，淬火油就会残留在里面，要除去油就变得十分困难。经过真空加热后，渗入其中的油就会挥发而污染真空炉内部和零件。
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