Вакуумные печи предназначаются для нагревания и плавления различных материалов с высокими качественными показателями в вакууме. Конструктивно вакуумная печь — это нагревательный агрегат с рабочей полостью, где в зависимости от технологического процесса создается определенное значение разряжения. Впервые печь с разряжением была изобретена английским ученым Р.Хар в 1839 году. Впервые такая печь была применена для испарения и последующего разложения элементов с помощью электроэнергии.
Содержание:
- Принцип действия вакуумной печи
- Вакуумно-компрессионная печь
- Вакуумная печь сопротивления
- Вакуумная печь для спекания
- Промышленные вакуумные печи
Принцип действия вакуумной печи
Принцип действия вакуумной печи заключается во взаимодействии под вакуумом дугового разряда с газовой смесью. Такой принцип действия вакуумной печи позволяет даже в самой небольшой печи достичь высокой температуры и расплавить металлическую заготовку за короткий промежуток времени.
Принцип действия вакуумной печи
По типу работы печи вакуумные разделяют на печи прямого и косвенного принципа работы. Наибольшие показатели эффективности достигаются в вакуумных печах прямого типа действия, когда электрический разряд непосредственно контактирует с материалом, а не на расстоянии. В печах косвенного принципа заготовка в результате нагрева подвергается меньшему влиянию негативных факторов.
Вакуумно-компрессионная печь
Назначение вакуумно-компрессионной печи – обработка под высоким давлением силикатных материалов для придания им однородности. Внешне печь представляет собой цилиндр и крышку, соединенные посредством фланцев и состоящие из двух оболочек. Одна оболочка ограничивает рабочую зону печи, а другая – водяную рубашку. Внутри рабочей зоны печи находится тепловой элемент – несколько вольфрамовых нагревателей, соединенных между собой тоководами. В результате конструкция имеет тип «беличьего колеса». Внешне тепловой элемент защищен экраном из молибдена. Конструкция печи позволяет при давлении 3 МПа достигать температуры до 2000 градусов при небольших размерах самого агрегата.
Вакуумно-компрессионная печь
Вакуумно-компрессионные печи работают по следующему принципу:
- Обрабатываемый слиток устанавливается в центре теплового узла на молибденовом тигеле. Крышка защитного экрана закрывается и стягивается болтами, расположенными на корпусе фланцев. Вентиль аргонового баллона закрывается и открывается запуск газового трубопровода;
- Запорный вентиль на корпусе печи переводится в положение «Открыто». С помощью насоса из рабочей камеры откачивается воздух до давления (1-5) 10-2 Па;
- Запускается водяное охлаждение печи и работа теплового нагревателя. Рабочая зона печи предварительно прогревается до температуры 1300 градусов;
- Отключается откачка воздуха, в рабочую камеру до давления 2 МПа подается аргон. Температура рабочей зоны вырастает до 1800 градусов, начинается плавление слитка;
- Давление в рабочей зоне поднимается до 3 МПа и выдерживается около часа. За это время происходит плавление слитка;
- После завершения плавления выключается нагреватель, материал остывает и затвердевает;
- Открывается клапан откачки аргона из рабочей зоны. Открывается запорный вентиль и слиток вынимается из печи.
Преимущества вакуумно-компрессионных печей:
- Достижение однородной структуры обрабатываемого материала;
- Конструкция агрегата позволяет достичь компактных габаритных размеров без ущерба для производительности;
- Широкий диапазон рабочих значений давления и температуры;
- Простота конструкции.
Вакуумная печь сопротивления
Вакуумная печь сопротивления конструктивно схожа с обычной печью сопротивления, но имеют более высокие показатели технологических характеристик. Главной особенностью вакуумных печей сопротивления является возможность создания глубокого вакуума в системе. Справиться с такой задачей не сможет обычная печь.
Вакуумная печь сопротивления
Назначение вакуумной печи сопротивления – проведение различных операций с металлами (отжиг, плавка, пайка, спекание, дегазация и д.р.). Операция проводится под вакуумом при температуре рабочей среды до 2100 градусов. В отдельных моделях вакуумных печей процесс проходит при увеличенном давлении под действием нейтральных газов. Такие вакуумные печи сопротивления получили применение в электрической, атомной и авиационных сферах промышленности.
В качестве материалов, которые используются в рабочей зоне печи, чаще всего применяются вольфрам и молибден. Внешне печь защищена корпусом из нержавеющей стали, который охлаждается жидкостью – чаще всего водой. Конструкционные элементы вакуумных печей сопротивления изготовлены из материалов с невысокой степенью газоотделения и небольшой термической инерцией. Управление работой печи проводится как в ручном режиме, так и дистанционно посредством компьютера благодаря установленным микропроцессорам. Во втором случае печь оснащается датчиками, которые выводят все параметры работы агрегата на монитор.
В вакуумных печах сопротивления не рекомендуется обрабатывать заготовки в окислительных и углеродсодержащих средах, подвергать нагреву углеграфитовые материалы и изделия, которые могут войти во взаимодействие с материалом нагревательной системы.
Вакуумная печь для спекания
В качестве источника нагревания в вакуумной печи для спекания выступает электрический ток высокой частоты. Широкое применение такие печи получили для обработки изделий из металла под вакуумом с использованием инертного газа. Чаще всего используется для термической обработки деталей из карбида, вольфрама, молибдена, композитных углеродистых материалов, магнитных сплавов, сплавов нержавейки, керамических материалов.
Вакуумная печь для спекания
Технологический процесс вакуумной печи для спекания включает в себя систему операций по обезжириванию материала, спеканию и охлаждению в быстром режиме. Такие операции позволяют избежать повторных нагревов и охлаждения, снизить стоимость конечной продукции, сократить время обработки материала.
Преимущества вакуумной печи для спекания:
- Конструкция агрегата позволяет добиться равномерного нагрева материала;
- Включает в себя систему обезжиривания и очистки материала;
- В рабочей зоне вакуумной печи для спекания поддерживается отрицательное значение давления, что повышает плотность материала;
- Благодаря наличию датчиков и микропроцессора производственный процесс осуществляется дистанционно в автоматическом режиме. На монитор пульта управления выводятся параметры работы печи с возможностью их корректировки;
- Наличие системы аварийной остановки технологического процесса в случае превышения установленных рабочих параметров работы;
- Благодаря наличию внутренней системы циркуляции обеспечивается эффективный теплообмен, быстрое и равномерное охлаждение.
Промышленные вакуумные печи
Потребность промышленности в высококачественных материалах предъявляет к промышленным вакуумным печам особые требования. Сегодня промышленные вакуумные печи применяются в машиностроении, приборостроении, строительстве, авиастроении, нефтяной и атомной промышленности.
Промышленные вакуумные печи
Основная техническая характеристика промышленно печи – производительность. На эту характеристику оказывает влияние такой показатель, как рабочий потенциал. Он варьируется в пределах от 3 до 20 кВт. По мере необходимости увеличить объем производства увеличивается мощность работы установки. Стандартная модель промышленной вакуумной печи рассчитана на одновременную загрузку 15-50 кг материала. В зависимости от требований производства встречаются модели с загрузкой до 100 кг. Промышленная вакуумная печь средних объемов за рабочую смену обработать до 9000 кг материала. Температура в рабочей зоне печи составляет 1800-2000 градусов.
По сравнению с другими типами промышленных печей вакуумные позволяют добиться высокой эффективности термического воздействия на заготовку. Сам технологический процесс работы промышленной вакуумной печи не предусматривает загрязнение обрабатываемого изделия продуктами термической обработки. Это позволяет добиться максимальной чистоты металла после обработки.