ВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК C21D1/773 F27B5/05 

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов, в частности, к вакуумным установкам, обеспечивающим термообработку, обезгаживание, удаление летучих веществ из объема и поверхностных слоев изделий (например после сварки), изготовленных из титановых сплавов и других химически активных материалов.

Для термической обработки изделий известны установки, содержащие негерметичную печь, с атмосферным давлением внутри, размещенный в ней контейнер с изделиями, продуваемый инертным газом от системы подачи инертного газа (см. например С. С. Солнцев. Защитные покрытия и тугоплавкие эмали. М. Машиностроение. 1984, с. 6).

Однако известные установки не позволяют получить низкие парциальные давления активных газов в контейнере вследствие значительных парциальных давлений активных газов в инертном газе (например в аргоне) при атмосферном давлении и натекание через уплотнения контейнера и системы подачи инертного газа. Поэтому велико газонасыщение изделий.

Наиболее близким техническим решением является вакуумная установка (печь электросопротивления японского производства фирмы ULVAC CORPARATION модели FHV 90GHS производства 1985 г. (см. техническое описание).

Установка содержит две камеры, изолированные между собой и с атмосферой герметичными вакуумными затворами. Одна из камер предназначена для нагрева изделий, другая для охлаждения и предварительного вакуумирования. Установка снабжена системой вакуумных насосов, обеспечивающих глубокий вакуум (до 10^-5 Торр) и системой управления нагревом изделий.

Камера нагрева находится под постоянным вакуумом и разгерметизируется при ремонтах и профилактике.

Система постоянной продувки инертным газом (аргоном), снабженная блоком химической очистки, обеспечивает снижение давления активных газов в камере нагрева до 10^-7 10^-8 Торр (при чистоте аргона на выходе из блока химической очистки 99,9995).

Давление аргона в камере нагрева в процессе ее продувки составляет 10^-3 10^-1 Торр.

Недостатками данной установки являются: значительные парциальные давления активных газов, а значит значительное газонасыщение изделий, большие габариты из-за наличия двух камер, а также необходимость длительных обезгаживающих выдержек после ремонта камеры нагрева.

Решаемой технической задачей предложенного технического решения является значительное снижение парциальных давлений активных газов и, как следствие, уменьшение газонасыщения изделий, а также уменьшение габаритов изделий.

Решаемая техническая задача достигается тем, что в вакуумной установке для термической обработки изделий, содержащей камеру нагрева, систему вакуумных насосов, систему подачи инертного газа, систему управления нагревом изделия, в камере нагрева установлен герметичный контейнер для размещения изделия, соединенный с системой подачи инертного газа. Герметичный контейнер соединен патрубком откачки газов с камерой нагрева, а в канале патрубка откачки газов установлена сорбционная ловушка, при этом блок дозированной циклической подачи инертного газа содержит дозировочный баллон, два электропневмоклапана, соединенных с пультом управления подачи инертного газа, содержащего реле времени или часовой механизм, например, таймер.

Установка герметичного контейнера внутри камеры нагрева предохраняет изделия от газонасыщения газами, выделяемыми элементами камеры нагрева и вследствие натекания через вакуумные уплотнения и затворы.

Блок дозированной циклической подачи инертного газа обеспечивает удаление активных газов из объема контейнера и камеры нагрева.

Установка патрубка откачки газов в герметичном контейнере уменьшает попадание активных газов из камеры нагрева в герметичный контейнер.

Установка сорбционной ловушки в канале патрубка откачки газов снижает до минимума попадание активных газов в герметичный контейнер из объема камеры нагрева.

Предложенное техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", т. к. отличительные признаки позволяют получить "новое свойство", резко уменьшить газонасыщение обрабатываемых изделий, а также уменьшить размеры установки.

Из известных источников информации авторами не обнаружены признаки, подобные введенным отличительным.

На фиг. 1 изображен общий вид установки для термической обработки изделий; на фиг. 2 система подачи инертного газа с блоком дозированной циклической подачи инертного газа.

Вакуумная установка для термической обработки изделий содержит камеру нагрева 1, систему вакуумных насосов 2, систему подачи инертного газа 3, систему управления нагревом 4 изделий 5. В камере нагрева 1 установлен герметичный контейнер 6, изготовленный из нержавеющей стали или молибдена с полированными поверхностями. Герметичный контейнер 6 соединен трубопроводом с системой подачи инертного газа 3. Система подачи инертного газа 3 снабжена блоком дозированной циклической подачи инертного газа (см. фиг. 2). Герметичный контейнер 6 соединен патрубком откачки газов 7 с камерой нагрева 1. В канале патрубка откачки газов 7 установлена сорбционная ловушка 8, например электродуговая. В камере нагрева 1 установлены нагревательные элементы 9 системы управления нагревом 4 изделий 5, изготовленные, например, из нихрома или другого несорбирующего газы и влагу материала.

Кроме того, камера нагрева 1 снабжена выдвижным столом (подом) 10, на котором закреплен герметичный контейнер 6 (стол 10 может играть функции нижней стенки герметичного контейнера 6). Между герметичным контейнером 6 и столом 10 расположено уплотнение из пластичного металла, например из медных пластин, или из расплавляемого металла, например из алюминиевых пластин, закладываемых в канавку, выполненную в столе 10 (при нагреве изделий пластины расплавляются и заполняют зазор между выступом, выполненном по контуру контейнера 6 и канавкой в столе 10, образуя надежное вакуумное уплотнение; конструкция уплотнения на фигурах не показана).

Камера нагрева 1 снабжена также вакуумным зазором 11 для обеспечения закладки и выемки изделий 5 с герметичным контейнером 6 в камеру нагрева 1.

Для защиты от перегрева камера нагрева 1 имеет защитные экраны 12 и систему охлаждения камеры нагрева 1 (на фиг. 1 не показано).

Система подачи инертного газа 3 содержит (фиг. 2) питающий баллон 13, заправленный газообразным аргоном (по ГОСТ 10157-79) до давления 150 атм высшего или первого сорта с редуктором 14, манометрами 15, 16, позволяющими измерять давление в питающем баллоне 13 и после редуктора 14, натекатель 17 и блок химической очистки 18. Система подачи инертного газа снабжена блоком дозированной циклической подачи, который содержит дозировочный баллон 19 проточного типа емкостью 0,1 1 л, два электропневмоклапана 20, 21, соединенных с пультом управления подачи инертного газа 22, содержащего одно или несколько реле времени 23 или часовой механизм (например, таймер). В случае отказа реле времени для управления электропневмоклапанами 20, 21 установлены выключатели 24.

Для предупреждения напуска инертного газа сверх установленной нормы, общего контроля и регулирования системы подачи инертного газа 3 на пульте управления подачи инертного газа 22 установлен вакуумметр 25 с блокировкой по давлению в герметичном контейнере 6.

Термическая обработка изделий вакуумной установкой для термической обработки обеспечивается следующим образом. Непосредственно перед термообработкой изделия 5 обезжиривают бензином или ацетоном, обезжиривают спиртом (периодически эти операции производят с контейнером 6 и с внутренними поверхностями камеры нагрева 1). После этого изделия 5 раскладываются на выдвижном столе 10 и накрываются герметичным контейнером 6. Затем герметичный контейнер 6 с помощью выдвижного стола 10 помещают внутрь камеры нагрева 1 и закрывают вакуумный затвор 11. После этого с помощью системы управления нагревом 4 производят нагрев изделий 5, герметичного контейнера 6, и внутренних стенок камеры нагрева 1 до температура 80 120^oС с выдержкой 20 30 минут с целью удаления остатков влаги с их поверхностей. Затем с помощью системных вакуумных насосов 2 откачивают воздух из камеры нагрева 1 и контейнер 6 через патрубок откачки 7 до глубины вакуума 10^-3 10^-6 Торр. После чего производят плавный нагрев изделий 5 по заданной программе с помощью системы управления нагревом 4 до температуры несколько (на 30 - 50^oC) ниже температуры химической активности 5. Затем включают систему подачи инертного газа. Инертный газ (аргон) поступает от питающего баллона 13 в редуктор 14, где его давление снижается до необходимого уровня (1,5 5 атм) и по трубопроводу поступает в электропневмоклапан 20, который от контактов реле времени 23 периодически (через 2 5 минут) запитывается электрическим током и открывается. Аргон заполняет дозировочный баллон 19 и электропневмоклапан 20 закрывается через 2 3 с после открытия по сигналу опять же от реле времени 23. Затем открывается электропневмоклапан 21 также по сигналу от контактов реле времени 23 на время 2 3 с и закрывается, и аргон поступает в блок химической очистки, где снижается содержание примесей активных газов, поступает к натекателю 17 и по трубопроводу в герметичный контейнер 6, создавая давление аргона в нем в пределах 10^-1 10^-3 Торр. Аргон смешивается в герметичном контейнере 6 с активными газами и смесь перекачивается системой вакуумных насосов 2 в камеру нагрева 1, где производится вторичное смешение аргона с активными газами и откачивание газов за пределы камеры нагрева 1. Последующие дозированные циклы подачи аргона, повторяемые каждые две-пять минут еще более снижают давление активных газов, остающихся после первого цикла подачи аргона, а также удаляют активные газы, подающиеся в контейнер через уплотнения и патрубок откачки 7. Установка патрубка откачки газов 7 определенной длины и диаметра обеспечивает создание определенного напора в канале патрубка откачки газов в герметичный контейнер 6 из камеры нагрева 1. Сорбционная электродуговая ловушка включается одновременно с системой подачи инертного газа и еще более снижает попадание активных газов в герметичный контейнер 6.

Таким образом, давление активных газов в контейнере снижается до 10^-8 10^-10 Торр, что соответствует сверхглубокому вакууму.

При дальнейшем нагреве изделий 5 система подачи инертного газа 3 с помощью блока дозированной циклической подачи продолжает циклы подачи с периодом 2 5 минут до температуры термообработки (750 950^oС для титановых сплавов) выдержка при этой температуре и последующем охлаждении до температуры чуть ниже (30 50^oС) температуры химической активности изделий 5. При последующем охлаждении изделий система подачи инертного газа 3 отключается, вместе с сорбционной электродуговой ловушкой 8 и далее изделия охлаждаются в вакууме до температуры 100 200^oС, после чего в камеру нагрева 1 и герметичный контейнер 6 напускают воздух.

В случае напуска аргона сверх нормы замыкаются контакты вакуумметра 25 и электрический сигнал поступает на закрытие электропневмоклапана 21, подача аргона отсекается. После откачки газов из герметичного контейнера 6 контакты вакуумметра 25 размыкаются и управляющий сигнал вакуумметра прекращается.

В случае отказа реле времени 23 управление электропневмоклапанами осуществляет оператор установки выключателями 24.

При закалке изделий 5 резкое охлаждение изделий производится непрерывной продувкой герметичного контейнера 6 аргоном с давлением 0,3 1 атм.

Предлагаемая вакуумная установка для термической обработки изделий позволяет резко снизить давление активных газов (до давления 10^-8 - 10^-11 Торр) и, как следствие, уменьшить содержание газов и летучих веществ в изделии, примерно вдвое уменьшить габариты установки.

Изобретение относится к термической обработке изделий в вакууме и позволяет снизить давление активных газов и как следствие газонасыщения изделий. Вакуумная установка содержит камеру нагрева (КН), систему (С) вакуумных насосов, С подачи (П) инертного газа (ИГ), С управления нагревом. В КН дополнительно установлен герметичный контейнер для обрабатываемых изделий, соединенный с СП ИГ. Герметичный контейнер соединен с КН через патрубок откачки газов, в котором установлена сорбционная электромагнитная ловушка. СП ИГ имеет блок дозированной циклической П ИГ, питающий баллон, редуктор, манометры, натекатель, блок химической очистки. Блок дозированной циклической П ИГ содержит дозировочный баллон, электропневмоклапаны, пульт управления напуском ИГ, реле времени или часовой механизм, например таймер, вакуумметр. Использование изобретения позволяет обеспечить снижение парциальных давлений активных газов, уменьшить газонасыщение изделий и уменьшить габариты установки. 2 ил.

Вакуумная установка для термической обработки изделий, содержащая камеру нагрева, систему вакуумных насосов, систему подачи инертного газа, систему управления нагревом изделий, отличающаяся тем, что в камере нагрева установлен герметичный контейнер для размещения изделий, соединенный с камерой нагрева через патрубок откачки инертного газа с установленной в его канале сорбционной ловушкой и системой подачи инертного газа, имеющей блок дозированной циклической подачи инертного газа, который выполнен в виде дозировочного баллона, двух электропневмоклапанов, соединенных с пультом управления подачи инертного газа, имеющего реле времени или часовой механизм, например таймер.