Оценка течей вакуумных печей

Материал предназначен в качестве учебного материала для операторов вакуумного оборудования и инженеров-технологов, а также как руководство для проведения диагностики на производстве.

Основные причины нарушения вакуума

Основными причинами, затрудняющими получение паспортного вакуума являются:

• натекание в электропечь из атмосферы;
• значительное газовыделение с внутренних поверхностей электропечи;
• неисправность насосов вакуумной системы.

(Данные вопросы не будут раскрыты здесь и разбираются в отдельных статьях. Ссылки — ниже, в блоке «дополнительные материалы» и «другие вопросы раздела».)

Методика построения кривой натекания

Для определения причины натекания, необходимо изолировать камеру и через равные промежутки времени измерять давление в объеме вакуумной печи. Обратите внимание, печь должна быть подготовлена и в ходе подготовки необходимо максимально исключить прочие факторы — неисправность насосов, датчиков, отсутствие газовыделения и т. д.

По полученным данным построить график измерения давления в объеме по времени.

Интерпретация кривой натекания

Что мы видим на графике:

• Кривая (1) — линейный рост — это именно натекание извне. Поток газа через течь постоянен, поэтому давление растет линейно.
• Кривая (2) — асимптота — это внутреннее газовыделение. Скорость выделения газа падает по мере уменьшения его количества на поверхностях или снижения скорости десорбции, что приводит к выходу кривой на насыщение.
• Кривая (3) — стабилизация — это нормальное паспортное натекание.

Разберём подробно.

Кривая (1)

Если давление в вакуумной печи, откачанной до Р1 непрерывно возрастает (1), причина повышения давления – натекание в объем электропечи из атмосферы. Для устранения натекания необходимо обнаружить течь и устранить её.

Кривая (2)

Изменение давления в соответствии с кривой (2) свидетельствует о наличии в объеме электропечи источника газовыделения. Для устранения источника газовыделения необходимо найти и произвести очистку внутренних поверхностей кожуха и деталей электропечи.

Кривая (3)

Изменение давления, соответствующее паспортному натеканию характеризуется прямой (3).

Расчет скорости натекания

Для точной количественной оценки скорости натекания используйте формулу Q = V · (ΔP / Δt).

где:

• Q – скорость натекания, [мбар·л/с] – ключевая величина, характеризующая течь.
• V – объем вакуумной системы, [литры].
• ΔP / Δt – скорость роста давления, [мбар/с]. Определяется как тангенс угла наклона кривой роста давления на линейном участке (для кривой №1, характеризующей натекание).

На практике для оперативной диагностики мы рекомендуем ориентироваться именно на графический метод, приведенный выше. Хотя формула дает точное численное значение, построение графика является наиболее оптимальным и наименее трудозатратным способом, который позволяет сразу визуально определить тип проблемы (течь или газовыделение), не производя дополнительных расчетов.

Почему важно бороться даже с минимальным натеканием?

Может возникнуть вопрос: зачем искать течь, если вакуумные насосы способны компенсировать натекание и поддерживать рабочее давление?

Ответ заключается не в работе насосов, а в качестве технологического процесса. Наличие натекания — это постоянный приток атмосферного воздуха (кислорода, азота, паров воды) в рабочую камеру.

• Кислород приводит к окислению поверхности обрабатываемых деталей, образуя окалину и обезуглероживание. Это напрямую сводит на нет главные преимущества вакуумной термообработки — получение чистой, светлой поверхности и высоких механических свойств.
• Водяной пар может вызывать нежелательные химические реакции и ухудшать качество садки.

Последствия — это частичные дефекты садки, которые часто сложно обнаружить сразу после обработки и которые проявляются уже на этапе эксплуатации готовых изделий, приводя к выходу их из строя. Таким образом, борьба с натеканием — это не технический каприз, а страхование качества вашей конечной продукции.

Заключение

Наши специалисты проведут диагностику и предложат оптимальное решение.

Иногда, при серьезных повреждениях («водородная болезнь» или необратимая коррозия) или полном моральном устаревании оборудования, экономически выгоднее не ремонтировать, а заменить печь на современную модель, изготовленную с учетом специфики именно ваших технологических процессов.

Дополнительные материалы:

• Ремонт вакуумного оборудования.
• Методика определения времени достижения вакуума и времени натекания в объем вакуумных печей.
• Вакуумная тренировка объема печи.
• Газонепроницаемость и газовыделение материалов в вакууме.
• Водородная болезнь вакуумных камер.
• Вакуумные технологии. Е.П. Шешин.