Вакуумные печи

Принцип работы вакуумной печи

У каждой разновидности вакуумных печей имеются свои особенности в ходе выполнения ими своих задач. Однако, общий принцип работы одинаков для каждой из конструкций. Изначально в рабочую камеру помещается обрабатываемое изделие, загрузка может выполняться различными способами, которые определяется конструкцией. 

Также загрузка или разгрузка заготовок может осуществляться непосредственно людьми или с помощью специальных погрузочных автоматических систем. Далее дверь камеры закрывается, при этом камера должна быть герметичной. После чего в работу вступает вакуумный насос (также в печах могут быть предусмотрены сразу несколько насосов), который обеспечивает создание в камере вакуума определенного уровня. Вместе с этим начинает увеличиваться температура, она повышается до тех пор, пока изделие не будет нагрето до необходимого уровня или расплавлено. 

Далее проводится определенная выдержка, после чего может проводиться процесс охлаждения заготовок. Далее давление в камере выравнивается, после чего проводится разгрузка камеры. После этого устройство готово к новому рабочему циклу.

Разновидности вакуумных печей

• Дуговые вакуумные печи. В ходе обработки проходит дуговая плавка расходуемого электрода. Такие печи получили широкое распространение на масштабных предприятиях, так как они позволяют выпуска слитки из тугоплавких материалов очень больших размеров. Например, с помощью дуговой вакуумной печи можно производить титановые слитки крупных габаритов, до пяти метров длиной и массой до тридцати тонн. Данный вид обработки обеспечивает наилучшее качество полученных изделий и не создает примесей в составе. Как правило, подобные печи оборудуются специальными механизмами, которые способны осуществлять погрузо-разгрузочные операции, а также транспортировать полученные изделия к месту их дальнейшего хранения.
• Индукционные вакуумные печи. Производительные электрические индукторы образуют индукционные токи, способствующие созданию высокой температуры, уровня которой достаточно для плавки даже тугоплавких металлов. Диффузионная смешивание молекул позволяет достичь максимальной равномерности слоев. Также для эффективного перемешивания молекул различных материалов, на все элементы, которые участвуют в операции, оказывается вихревое воздействие током. Печи показывают высокую производительность, по итогу процесса они способны выдать около 200 килограмм цветных и 100 килограмм черных металлов, при этом устройства остаются мобильными и могут легко перемещаться между помещениями и выполнять обработку в различных местах.
• Термические вакуумные печи. Этой категории оборудования свойственны камеры большой вместительности, которые отделаны нержавеющей сталью. Данное оборудование сводил для выполнения отпуска, закалки, пайки, а также для соединения неоднородных материалов в крупных масштабах. Нагревательные элементы равномерно распределяются по камере, как правило, они располагаются в трех зонах, это позволяет осуществлять равномерный нагрев заготовок, которые проходят обработку в устройстве. Дверь камеры полностью герметична, а для удобства ее оборудуют системой автоматического закрытия и открытия. В таких печах преимущественно устанавливаются вакуумные высокопроизводительные насосы, чтобы можно было откачивать воздух до требуемого показателя в самые сжатые сроки и также оперативно выравнивать давление в камере, когда технологическая операция будет завершена. Термические печи представлены модульными конструкциями, что положительно сказывается на простоте обслуживания или ремонта, как правило, вся конструкция составляется из модулей уже на месте установки.
• Водородные вакуумные печи. Эти печи служат для проведения термической обработки изделий в условиях вакуума при воздействии на них водорода. Водородные печи способны работать с малыми токами, что значительно снижает расходы электроэнергии. Чаще всего в таких печах выполняется отжиг и спекание различных изделий. Печи отличаются высокими показателями надежности, а также они представлены в большом количестве разновидностей. 
• Трубчатые вакуумные печи. Печи могут иметь вертикальное или горизонтальное исполнение, последние пользуются большей популярностью. Заготовки располагаются в устройстве с помощью кварцевых трубок. Устройства способны достигать рабочей температуры в 1100 градусов. Внешне такие печи напоминают трубу, длина которой может составлять как несколько метров, так и несколько десятков метров.

Сферы и области применения вакуумных печей

Вакуумные печи получили широкое распространение во множестве отраслей промышленности. Они активно используются для производства множества деталей, для которых требуется обеспечение высокой твердости и прочностных характеристик. Ниже перечислены операции, для которых чаще всего используются вакуумные печи.

Вакуумные печи для отжига

Процесс, который выполняют данные устройства заключается в нагреве материалов или готовых изделий до очень высоких температурных показателей, после чего выполняется их охлаждение. Это необходимо для снятия напряжения с материала, снижению его твердости, что способствует улучшенной обрабатываемости в последствии. 

Отжиг в вакуумных печах проводится путем нагрева, который не вызывает окисления. Такой вид термической обработки способен значительно повысить пластичность материалов. Например, с помощью вакуумного отжига можно более чем в двое увеличить ударную вязкость титана.

Вакуумные печи для пайки алюминия

Обработка в таких печах проходит в условиях вакуума высокого уровня. Для достижения высоких результатов припой из металлического наполнения может наноситься на основную поверхность без флюса. Чаще всего в процессе спайки поверхность самого металла остается в твердом состоянии, а припой приобретает жидкое состояние. 

Чаще всего в процессе пайки алюминия используются печи с автоматической системой управления, что позволяет исключить возможные ошибки, основанные на человеческом факторе, в ходе процесса спайки. Чаще всего такой вид спайки используется в процессе изготовления автомобильных кондиционеров, турбоохладителей, радиаторов, конденсаторов, теплообменников и так далее.

Вакуумные печи для цементации и нитроцементации

В печах происходит нагрев материала, содержащего углерод, после этого образуется диффузия (направленная) атомов углерода в сторону обрабатываемого изделия. Такая обработка чаще всего актуальна для низкоуглеродистых сталей. Чем дольше длится обработка, и чем выше температура будет установлена, тем на большую глубину материала будет распространяться углеродное обогащение.

Данные процессы наиболее успешно осуществляются именно в условиях вакуума. Это позволяет существенно сократить время на выполнение такого рода термической обработки, например, можно создать цементированный слой толщиной около 4.5 миллиметра чуть больше, чем за сутки (примерно 30 часов). Это обусловлено способностью печей работать в режимах повышенных температур (около 1100 градусов). Печи не оставляют сажу и копоть, показывают постоянно стабильное высокое качество обработки, а также они позволяют наиболее точно настраивать параметры образуемого цементированного слоя.

Вакуумные печи для проведения закалки в атмосфере нейтрального газа

В процессе закалки очень важно минимизировать влияние на протекающий процесс термической обработки факторов окружающей среды. Именно вакуумная обработка позволяет в полной мере оградить процесс от сторонних внешних воздействий. В процессе закалки происходит напуск внутрь рабочей камеры нейтрального газа, напуск осуществляется под высоким давлением. После чего газ начинает циркулировать через теплообменник. 

Таким образом, на выходе получаются наиболее качественные изделия. Также материалам, прошедшим подобную обработку, характерна высокая прочность и твердость. Также данная термическая обработка исключает дальнейшие операции по очистке поверхностей, так как они сразу получаются чистыми и качественными.

Вакуумные печи для отпуска (ретортные)

Как правило, для повышения эффективности производства, на предприятиях стараются установить несколько вакуумных печей. Одна выполняет множество видов термический обработки (например, закалка, азотирование, цементация и так далее), а во второй печи выполняется исключительно отпуск.

Для этой операции не требуется создание глубокого вакуума, а также работа в условиях высоких температур. Как правило, рабочая температура не превышает 750 градусов. Кроме того, эти печи отличатся сравнительно низкой стоимостью.