真空自耗电弧炉真空系统的检漏.pdf

第4 5卷第3期 2 0 0 8年5月 真空V A C U U M V o l 4 5 N o 3 Ma y 2 0 0 8 收稿日期 2 0 0 8 0 3 0 1 作者简介 李军仁 1 9 6 9 男 陕西省宝鸡市人 本科 工程师 真空自耗电弧炉真空系统的检漏 李军仁 付宝全 李强 周涛 葛正福 西部超导材料科技有限公司 陕西西安7 1 0 0 2 1 摘要 主要论述了用于生产钛及钛合金 铸 锭 的 真 空 自 耗 电 弧 炉 真 空 系 统 的 组 成 与 特 点 针 对 钛 钛 合 金的冶金特点及生产实际 阐述真空系统漏率对于生产钛 钛合金的意义 应用最新技术的莱宝3 0 0型检 漏仪 对真空系统进行了测漏 总结了检漏方法 此法对真空自耗电弧炉真空系统或类似的真空设备测点 的设计 检漏具有指导意义 关键词 钛合金 真空 漏率 逆流特性 氦质谱检漏仪 中图分类号 T F 1 3 2 T B 7 5 3 T B 7 7 3文献标识码 B文章编号 1 0 0 2 0 3 2 2 2 0 0 8 0 3 0 0 3 7 0 3 L e a kd e t e c t i o nf o rv a c u u m c o n s u ma b l ea r cf u r n a c e L IJ u n r e n F UB a o q u a n L IQ i a n g Z H O UT a o G EZ h e n g f u We s t e r nS u p e r c o n d u c t i n gM a t e r i a l s T e c h n o l o g i e sC o L t d X i a n7 1 0 0 2 1 C h i n a A b s t r a c t D i s c u s s e st h ec o n s t r u c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so ft h ev a c u u m s y s t e m o fv a c u u m c o n s u m a b l ea r cf u r n a c ea n dt h e i m p o r t a n c eo fv a c u u m l e a k a g er a t et ot h ep r o d u c t i o no ft i t a n i u m a n dT i a l l o y si na c c o r d a n c et ot h e i rm e t a l l u r g i c a lp r o p e r t i e s S u m m a r i z e st h em e t h o dt od e t e c tt h el e a k a g eo ft h ev a c u u m s y s t e m o ft h ef u r n a c eb yu s eo ft h el a t e s tL e y b o l d 3 0 0l e a k d e t e c t o r T h em e t h o d i so fg u i d i n gs i g n i f i c a n c et ot h ev a c u u m s y s t e m so fc o n s u m a b l ea r cf u r n a c e sa n d s i m i l a rs y s t e m s i n c l u d i n gt h el a y o u t o f m e a s u r i n gp o i n t si nd e s i g n K e ymo r d s T i a l l o y v a c u u m l e a k a g er a t e c o u n t e r f l o w h e l i u mm a s ss p e c t r o m e t e rl e a kd e t e c t o r 钛元素具有高的化学活性 钛在高温下能 与氧 氮 氢 及 其 它 气 态 化 合 物 发 生 反 应 大 量 气态化合物被钛吸收生成钛的化合物 引起钛 的严重缺陷 在钛的熔融状态下 这些反应更为 剧烈 而在一定条件下进行的真空熔炼 对于有 气 态 物 质 生 成 的 冶 金 反 应 都 起 良 好 的 促 进 作 用 在真空下熔炼钛及钛合金对于钛及钛合金的 脱气 分解 挥发 和脱氧过程要比在大气压下进 行的更加充分 能够获得更好的精炼效果 因而 钛 钛合金的生产必须 而且只能在一定真空状 态下进行 在当今世界范围内 工业化生产钛 钛合金 的主要设备 仍是真空自耗电弧炉 简称V A R铸 锭炉 真空电弧炉的结构如图1所示 1真空自耗电弧炉真空系统的组成 电弧炉炉室的压力越低 炉室的空气就越稀 薄 炉室中的气体电离的机率就越少 压力太低 电弧无法生成 太高的压力 炉室中的气体对产 品的质量造成危害 失去精炼的意义 科研及多 年的生产实践已证明 熔炼钛及钛合金的炉室压 力最佳范围为0 1 3 1 0P a 生产工艺决定了真空 系统的配置 1 驱动电机2 电极杆3 动密封4 观察孔玻璃5 炉室6 行走立 柱7 熔 化 站 出 水 口8 熔 化 站9 铸 锭1 0 旋 转 立 柱1 1 闭 锁 阀 1 2 大蝶阀1 3 油增压泵1 4 大罗茨泵1 5 小罗茨泵1 6机械泵 图1真空自耗电弧炉结构简图 F i g 1 C o n s t r u c t i o no f av a c u u mc o n s u m a b l ea r cf u r n a c e 真空V A C U U M第4 5卷 电弧炉的真空系统一般由机械泵 罗茨泵 油增压泵 挡板阀 蝶阀等组成 最典型的真空 系 统 是 以 罗 茨 泵 和 油 增 压 泵 相 并 联 二 者 在 不 同的压力范围内交替工作的真空 系 统 如 图2 所 示 这 样 的 优 点 是 充 分 考 虑 了 熔 化 钛 合 金 时 海 绵 钛 具 有 放 气 量 大 的 特 点 在 炉 室 压 力 突 然 增 高 的 情 况 下 发 挥 罗 茨 泵 在1 0 0 0 1P a 范 围 内 抽 速 大 的 特 点 迅 速 排 出 炉 室 内 的 气 体 在炉室压力小于1 0P a的情况下 通过压力 控 制 开 关 打 开 油 增 压 泵 进 气 口 关 闭 罗 茨 泵 进 气 口 充 分 发 挥 油 增 压 泵 在1 0 0 1P a范 围 内 抽 速 大 的 特 点 保 证 了 生 产 工 艺 所 需 的 炉 室 真空度 1 机械泵2 波纹管3 小罗茨泵4 大罗茨泵5 真空挡板阀 6 油增压泵7 维持泵8 气动蝶阀9 检漏仪 图2电弧炉真空示意图 F i g 2 S c h e m a t i co f v a c u u ms y s t e mf o r v a c u u ma r cf u r n a c e 2电弧炉的检漏 一 个 配 置 科 学 合 理 的 真 空 系 统 不 仅 要 求 抽 空 时 间 从 泵 启 动 到 达 工 艺 所 要 求 的 真 空 度 短 而 且 要 求 真 空 系 统 有 较 好 的 气 密 性 有 生 产 工 艺 所 允 许 的 最 大 漏 率 实 际 生 产 中 炉 室 的 体 积 是 固 定 的 因 而 漏 率 是 按 每 分 钟 炉 内 压 力 变 化 量 变 化 来 计 算 的 如 图2 所 示 当 阀V 0 1 V 0 2阀 关 闭 后 真 空 炉 室 压 力 在 一 分 钟 内 的 变 化 量 就 是 炉 室 的 漏 率 不 同 的 金 属 熔 炼 工 艺 有 着 不 同 的 漏 率 对 于 钛 及 钛 合 金 漏 率0 1 3P a m i n以 下 是 能 够 满 足 工 艺 需 要 的 检 漏 的 目 的 在 于 发 现 真 空 炉 室 和 真 空 系 统的 漏 气 点 及 时 处 理 漏 点 处 理 的 结 果 一 方 面 使 炉 室 的 漏 率 控 制 在 工 艺 所 允 许 的 范 围 内 另 一 方 面 使 真 空 管 道 真 空 阀 门 及 真 空 泵 的 漏 气 点 得 以 消 除 提 高 了 真 空 系 统 的 抽 气 速 率 缩短了真空炉室的抽空时间 任何一个真空系统 漏气是绝对的 不漏是 相对的 这是因为 1 真空管道 阀门之间存在着可拆卸的连 接 连接之间用丁晴橡胶作为密封件的 炉室存 在运动部件 运动部件与炉室之间存在动密封 随着使用时间的延长 密封橡胶必然要老化 其 密封可靠性要降低 2 金 属 管 道 之 间 存 在 着 焊 缝 钛 在 熔 化 过 程 中 有 氯 气 放 出 不 能 排 除 氯 气 对 焊 缝 的 腐 蚀 从 而 引 起 有 腐 蚀 的 气 体 环 境 焊 缝 的 失 效 目 前 用 于 检 漏 最 为 普 及 的 仪 器 是 氦 质 谱 检 漏 仪 它 具 有 性 能 稳 定 灵 敏 度 高 的 特 点 氦 在 大 气 中 含 量 少 仅 二 十 万 分 之 一 离 子 质 量 与 其 它 气 体 离 子 质 量 相 差 很 大 不 易 受 干 扰 不 会 错 判 适 用 于 大 漏 率 真 空 卫 生 较 差 的 真 空 系 统 的 检 漏 其 灵 敏 度 可 达 1 1 0 1 0 1 1 0 1 2P a M3 s 3典型的真空系统的抽空炉室压力曲线 在真空系统工作过程中 首先启动的是油 封式机械泵 在炉室压力达到3 1 0 3P a时 再 启动小罗茨泵 当炉室压力达到1 1 0 2P a时 启动大罗茨泵 在炉室压力达到1 0P a时 启动 油增压泵 油增压泵需提前抽空和预热 直至 压力达到0 1P a左右 在测定炉室漏率小于工 艺所允许的数值后 即可起弧生产了 炉室压力 的变化如图3所示 在正常情况下 电弧炉抽空 时间是一定的 炉室的漏率是一定的 当真空系 统存在漏点时 它的抽空时间变长 若炉室漏率 增大 则 炉 室 存 在 着 漏 点 若 炉 室 漏 率 无 变 化 则 真 空 管 道 或 真 空 泵 存 在 漏 点 或 真 空 泵 有 故 障 需用检漏仪检漏 找到漏点 处理漏点 若无 漏点 则 是 真 空 泵 抽 气 效 率 降 低 需 检 修 更 换 真空泵 图3电弧炉抽空压力曲线 F i g 3 P u m p i n gp r e s s u r ec u r v ef o r v a c u u ma r cf u r n a c e 4氦质谱检漏仪的连接 莱 宝3 0 0型 检 漏 仪 内 部 也 有 一 个 真 空 系 3 8 第3期 李军仁 等 真空自耗电弧炉真空系统的检漏 统 如 图4所 示 因 为 质 谱 室 需 要1 0 2 1 0 3 P a 的 真 空 才 能 正 常 工 作 出 于 保 护 要 求 使 用 的 入 口 压 力P 1不 能 大 于1 5 0 0P a 否 则 进 气 口 电 磁 阀V 1会 自 行 关 闭 氦 质 谱 检 漏 仪 有 一 个最大的优点 即逆流特性 氦气可逆着真空管 道 中 空 气 的 流 向 经 过V 1 V 2阀 流 入 涡 轮 分 子泵中 再进入到 质 谱 室 中 这 是 其 它 的 检 漏 仪 没 有 的 功 能 在 使 用 过 程 中 检 漏 仪 有 两 种 接 法 一 种 是 接 在 机 械 泵 进 气 口 如 图5所 示 此 法 在 机 械 泵 和 炉 室 漏 率 小 的 情 况 下 此 处 的 压 力 小 于1 5 0 0P a 检 漏 仪 能 够 打 开 可 进 图4检漏仪真空示意图 F i g 4 S c h e m a t i co f l e a kd e t e v t o r 图5检漏仪接在机械泵进气口 F i g 5 L e a kd e t e c t o r c o n n e c t e dt ot h ei n t a k eo f m e c h a n i c a l p u m p 图6检漏仪接在罗茨泵进气口 F i g 6 L e a kd e t e c t o r c o n n e c t e dt ot h ei n t a k eo f R o o t sp u m p 行 检 漏 在 炉 室 漏 率 较 大 或 机 械 泵 抽 速 下 降 的 情 况 下 此 处 压 力 常 大 于1 5 0 0P a 检 漏 仪 中 的V 1阀会自 行 关 闭 检 漏 仪 就 无 法 工 作 了 另 一种接法是 接在小罗茨泵进气 口 处 如 图6 所 示 此 法 较 科 学 这 是 因 为 小 罗茨泵能够启 动 它的入口压力一般是在1 0 3P a左右的 检测 小罗茨泵 机械泵漏点时 氦气是沿漏点逆着真 空管道中的空气流向 由机械泵漏点沿真空管 道经小罗茨泵 测点流入检漏仪的 在检测炉室 时 氦气是沿空气流向 流入检漏仪中的 逆流 检漏仪大大提高了检漏的工作效率 电弧炉的 检漏 一般十分钟左右可找到漏点 5检漏仪的使用 喷吹法是最常用 最简便的检漏方法 也称 真空法 待检漏仪的入口压力小于1 5 0 0P a时 启动检漏仪 在怀疑的地方用喷枪喷吹氦气 喷 气的原则是 先高后低 先近后远 喷气的量原则 是 先用大气流检出漏孔所在的区域