真空熱處理爐現(xiàn)場(chǎng)檢漏的理論分析法

時(shí)間：2013-04-02 15:27:47 來源：沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司作者：張忠和

本文以我公司首臺(tái)進(jìn)口的油淬氣冷多用真空熱處理爐的現(xiàn)場(chǎng)檢漏分析為例，介紹了在沒有專用檢漏儀器的情況下，以理論分析判斷為主的檢漏方法，以及對(duì)真空熱處理爐現(xiàn)場(chǎng)檢漏的相關(guān)理論和注意事項(xiàng)進(jìn)行了論述。

　　我公司的真空熱處理設(shè)備越來越多，圖1 是其中的一臺(tái)進(jìn)口的油淬氣冷多用真空熱處理爐，也是我公司引進(jìn)的第一臺(tái)真空熱處理爐，該照片圖比較清楚地反映出了設(shè)備的加熱室、淬火室以及設(shè)備的整個(gè)抽真空系統(tǒng)。

我公司的一臺(tái)進(jìn)口的油淬氣冷多用真空熱處理爐

圖1 我公司的一臺(tái)進(jìn)口的油淬氣冷多用真空熱處理爐

　　理想的真空系統(tǒng)應(yīng)該是不存在任何漏氣現(xiàn)象的。但在實(shí)際的真空系統(tǒng)中，泄漏是絕對(duì)的，不漏則是相對(duì)的。只要設(shè)備的真空度維持在極限真空度以上，或者壓升率達(dá)到設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，雖然存在漏氣，也可以認(rèn)為系統(tǒng)是不漏的。真空熱處理設(shè)備的檢漏環(huán)節(jié)主要有以下四個(gè)方面，設(shè)備設(shè)計(jì)階段就要考慮各部件、各部位的檢漏方法和時(shí)機(jī)；設(shè)備制造過程要檢漏；設(shè)備安裝調(diào)試過程要檢漏；設(shè)備使用過程也要檢漏。

　　本文要探討的是設(shè)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(xiàn)中有很詳細(xì)的介紹。本文要探討的是參考文獻(xiàn)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(shè)備上的抽真空系統(tǒng)和真空測(cè)量?jī)x表，以理論分析判斷為主、輔之以簡(jiǎn)易的檢漏方法來解決真空熱處理設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)的極限真空度由下式?jīng)Q定：

真空熱處理爐正常工作時(shí)的極限真空度

　　由公式（1）我們可以看出，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(duì)爐室的有效抽速?zèng)Q定的。泵的極限真空度（P0）是設(shè)計(jì)階段的事，我們不討論。對(duì)爐子真空度的影響因素，除了上述三個(gè)方面的因素外，還有一方面，在查到的參考文獻(xiàn)中都沒有介紹，就是真空測(cè)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(diǎn)偏移等。

2、真空泄漏的檢測(cè)指標(biāo)

　　對(duì)于真空設(shè)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(shè)備質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，冷爐的極限真空度是不能說明漏氣情況好壞的，這個(gè)結(jié)論可由分析公式（1）得到[2]。目前對(duì)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：A級(jí)＜2.0 Pa/h，B 級(jí)＜1.33 Pa/h，C 級(jí)＜0.65 a/h。測(cè)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(shè)備的極限真空度，然后關(guān)閉閥門使真空室同真空泵系統(tǒng)隔離，按GB/T10066.1- 2004 電熱設(shè)備的試驗(yàn)方法的通用部分中的規(guī)定，進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)，并計(jì)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(cè)量最好是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間抽真空，達(dá)到真空室內(nèi)表面放氣量可以忽略不計(jì)的條件，對(duì)于長(zhǎng)期使用的爐子或真空室長(zhǎng)時(shí)間接觸大氣的爐子，要先進(jìn)行脫氣或凈化處理方可測(cè)壓升率，即使這樣，讀取數(shù)據(jù)時(shí)也要在壓力隋時(shí)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(diǎn)。快速泄漏原因的查找較微量泄漏容易的多，應(yīng)用理論分析的方法就可解決問題，最多輔之以簡(jiǎn)易的檢漏方法，就可以找到泄漏點(diǎn)。理論分析的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，沒有真實(shí)、詳細(xì)的數(shù)據(jù)是無法進(jìn)行理論分析的。當(dāng)爐子的真空度出現(xiàn)異常時(shí)，要詳細(xì)觀察真空度下降的過程、真空度下降前后設(shè)備的工作情況、設(shè)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(jìn)行理論分析的重要依據(jù)。有時(shí)候依據(jù)數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行理論分析甚至可以直接找到泄漏點(diǎn)。下面舉兩個(gè)應(yīng)用理論分析找到泄漏點(diǎn)實(shí)際例子。

圖1 所示的設(shè)備，有一次在正常工藝運(yùn)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(dāng)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(shè)備操作者檢查設(shè)備上加熱區(qū)真空泵的工作情況，回報(bào)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(shè)備操作者去檢查回充氣儲(chǔ)罐的壓力表變化情況，回充氣儲(chǔ)罐的壓力在連續(xù)下降，初步確認(rèn)可能是回充氣閥有問題，馬上讓操作者把儲(chǔ)氣罐的供氣閥關(guān)上，這時(shí)加熱區(qū)的真空度開始上升，從而證實(shí)了確實(shí)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(chǔ)氣罐的變化情況，3 min 內(nèi)就把故障排除了。其實(shí)當(dāng)時(shí)腦子里還想了很多，首先排除了測(cè)量系統(tǒng)的故障，真空規(guī)的污染對(duì)真空度的影響應(yīng)該是一個(gè)緩慢變化的過程；也不會(huì)是真空室內(nèi)工件表面放氣引起的，因它不會(huì)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(huì)發(fā)生在靜密封處，多發(fā)生在動(dòng)密封處，馬上想到加熱區(qū)的動(dòng)密封有幾處，目前的工作狀態(tài)與哪部分有關(guān)，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(gè)淬火區(qū)的真空度的問題。從圖1 我們可以看出：由主粗機(jī)械泵和羅茨泵組成的抽氣系統(tǒng)，同時(shí)連著熱區(qū)和冷區(qū)，開爐時(shí)先由它抽熱區(qū)，當(dāng)熱區(qū)達(dá)到一定的真空度時(shí)，由它轉(zhuǎn)抽冷區(qū)，而這時(shí)由前置機(jī)械泵和擴(kuò)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(jī)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(jī)械泵和擴(kuò)散泵組成的抽氣系統(tǒng)抽熱區(qū)。熱區(qū)的真空度達(dá)到了極限真空度，而冷區(qū)的真空度達(dá)不到要求，檢查泵的工作狀態(tài)都正常，機(jī)械泵也定期進(jìn)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(huì)提高，因熱區(qū)的真空度高，前置機(jī)械泵和擴(kuò)散泵組成的抽氣系統(tǒng)會(huì)幫著抽冷區(qū)。從冷區(qū)經(jīng)常活動(dòng)的部位就只有前門了，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(shè)備，屬于正常的維護(hù)，停爐更換密封后問題解決了。

4、真實(shí)泄漏的判斷

　　真空熱處理設(shè)備在使用過程中，如果經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的抽真空還達(dá)不到設(shè)備的極限真空度，造成的原因是多方面的，有可能是實(shí)漏、即設(shè)備的某個(gè)部位確實(shí)存在泄漏。還有很多情況是虛漏、即不存在真實(shí)的泄漏，有可能是設(shè)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(kuò)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(cè)量?jī)x表是否有問題、真空測(cè)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(shí)就需要采用靜態(tài)升壓法，利用設(shè)備上的真空表，每隔一定時(shí)間讀取一次數(shù)據(jù)，繪制靜態(tài)真空的壓力- 時(shí)間曲線，然后根據(jù)曲線的情況判斷達(dá)不到真空度要求的原因。

　　圖2 是采用靜態(tài)升壓法，測(cè)量繪制靜態(tài)真空的壓力- 時(shí)間曲線時(shí)，可能出現(xiàn)的幾種曲線。實(shí)際測(cè)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(shí)際情況查找原因。

靜態(tài)真空的壓力- 時(shí)間曲線

圖2 靜態(tài)真空的壓力- 時(shí)間曲線

　　直線A 的壓力不隨時(shí)間變化，且其值高于設(shè)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(cè)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(shí)的泄漏。曲線D 是B 和C 的疊加，即設(shè)備同時(shí)存在著漏氣和放氣。

　　若設(shè)備存在嚴(yán)重的放氣，有可能掩蓋真實(shí)的泄漏，所以使用靜態(tài)升壓法測(cè)量繪制靜態(tài)真空的壓力- 時(shí)間曲線前，要先進(jìn)行凈化、脫氣處理。

5、確定泄漏的部位

　　使用真空熱處理設(shè)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(rèn)為以理論分析判斷為主、輔之以簡(jiǎn)易的檢漏方法來解決真空熱處理設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢漏問題，是設(shè)備出現(xiàn)真空問題時(shí)的首選。理論分析判斷的前提是設(shè)備的使用、維護(hù)要有記錄，真空出現(xiàn)的異常要有數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)易的檢漏方法是指不使用專用的檢漏儀器、利用設(shè)備上的抽真空系統(tǒng)和真空測(cè)量?jī)x表來檢漏。我們用的簡(jiǎn)易檢漏方法，實(shí)際上就是參考文獻(xiàn)[1]中的真空計(jì)檢漏法，參考文獻(xiàn)[3]中介紹的升壓檢漏法也是這種方法，只需要一點(diǎn)丙酮就可以了，當(dāng)設(shè)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(shí)觀察真空儀表的變化就可以了，為可靠起見，應(yīng)在壓力恢復(fù)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(rèn)該處有泄漏。對(duì)于真空熱處理設(shè)備的檢漏，專業(yè)正規(guī)一點(diǎn)，要有一臺(tái)氦質(zhì)譜檢漏儀，具體的使用方法，參考文獻(xiàn)[1]和[3]都有詳細(xì)的論述。

6、真空熱處理設(shè)備檢漏需要注意的問題

　　在真空熱處理設(shè)備的檢漏過程中應(yīng)該特別注意幾點(diǎn)：①真空檢漏時(shí)，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(gè)來回也沒有找到真實(shí)的漏源，反而造成了新的漏源。一定要認(rèn)真分析，有把握后再拆。②在開始檢漏時(shí)，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?dú)怄?zhèn)，抽真空系統(tǒng)各泵的工作是否正常。就像自行車補(bǔ)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(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)以及每次維修都要有記錄，便于設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，對(duì)問題的分析判斷。④圖1的真空爐是我公司的第一臺(tái)進(jìn)口熱處理設(shè)備，對(duì)其比較重視，有專門的技術(shù)人員負(fù)責(zé)指導(dǎo)該設(shè)備的正確使用和日常的維護(hù)保養(yǎng)，所以設(shè)備哪壞過、哪容易壞他都心里有數(shù)，對(duì)設(shè)備使用、維護(hù)保養(yǎng)過程都了解，出現(xiàn)問題分析起來能夠得心應(yīng)手。⑤將設(shè)備的檢漏納入日常的維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)氣密性下降就及時(shí)解決，不要等到設(shè)備無法正常工作了才維修。

　　我們的這臺(tái)真空熱處理設(shè)備，由于維護(hù)保養(yǎng)的好，十幾年里一直連續(xù)開爐，沒有出現(xiàn)大的故障，為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)
　　[1] 徐成海. 真空工程技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006 年8月第一版.
　　[2] 張繼玉. 真空熱處理爐的檢漏. 真空, 1992, (4):49- 53、58.
　　[3] 張偉,陳華鋒,段成君. 真空設(shè)備的檢漏. GM通用機(jī)械,2006,(10):52- 54.

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