ZGS-300高温真空炉方案综述

1、CETCCHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROUP CORPORATION中国电子科技集团公司ZGS-300高温真空炉技术方案中国电子科技集团公司第二研究所CHIXA ELECTKOMCS TECHNOLOGY GROL P C ORPOTION所简介中国电子科技集团公司第二研究所以电子先进制造技术为研究方向， 主要从 事电子工艺和电子工业专用生产设备 研发，已先后取得300多项科研成果，其中 获得国际和国家级奖15项，部省级奖30余项，获国家专利50余项，是国家专 利先进单位。主要产品类别为真空设备、表面处理设备、平板显示器生产设备、元器件生产设备、清洗与洁净产品等

2、，广泛用于航天、航空电子元器件和整机制造等企业， 在国内外具有良好的信誉，产品遍及全国各地，部分产品还远销国际市场。我所具备完善的管理体系，已通过IS09001质量体系认证及GJB9001A-2001 质量管理体系，实行“ 6S管理。我所为国家二级保密单位，为全国热处理协会 会员单位，程建平主任为全国热处理标准化技术委员会 （SAC/TC75委员。二所承担着国家和部省级技术先进、产业化和重大推广项目，如真空磁控溅 射镀膜设备获得“军事电子预研项目”多晶硅铸锭炉项目获得科技部“国家863 计划”以及信息产业部“电子发展基金”项目。我研究所第五研究室是专业从事真空热处理工艺技术与设备研究与开发的专

3、业队伍。主要产品有 真空钎焊、真空退火、真空回火、真空油淬、真空气淬、真空烧结、真空洁净、高低温超高真空试验箱、低气压（真空）试验箱、真空 充氩箱、真空热处理等设备。其中大型高精度真空铝钎焊设备获得原电子部优 秀科研项目一等奖，目前主要用在航空航天铝合金结构钎焊领域，该设备控温 精度高，自动化程度高，得到用户一致好评：ZQL-60A 真空高压气淬炉通过山西省电子产品检验所检验，获得实用新型专利证书及省级科技进步二等奖。中13咁乎科技集团公司第二确宛断企业文化中国电子科技集团公司第二研究所在推进所的改革发展过程中， 努力建设一 种与所的创业氛围相一致的创业者文化， 让管理者成为创业者，以创业者的

4、精神 和文化理念去改变全体员工的思维， 用文化力来塑造良好的企业氛围。 这是全所 职工共同努力的宝贵财富，是二所发展的前提和保障。二所愿景：满意的顾客得意的企业 快乐的员工战略理念：三年打基础，三年上水平，三年上规模，努力成为国内电子专用设备领域的排头兵。营销理念：为客户创造价值管理理念：在加强基础管理的基础上，保持企业创新的活力。竞争理念：一是消化吸收世界先进产品技术的能力， 二是快速研制与生产能力，三是强大的市场销售与服务能力，四是成本竞争能力。人才理念：人力资本的增加优于财务资本的增加。可持续理念：从学习力的基础出发，进而发挥生命力，落实执行力，加强竞争力，提升增长力，最终走上成功的道路

5、。战略是方向，营销是手段，管理是基础，竞争是策略，人才是核心，绩效是 动力，文化是引擎，可持续发展是最终要实现的目的。“八个理念”作为一个有机的整体，来自于二所的科研生产实际，也必将随二所的发展而不断向前发展。中13咁乎科技集团公司第二确宛断高温真空炉技术方案一、设备名称、数量及用途设备名称：ZGS-300高温真空炉数 量：1台设备用途：该设备主要用于各种结构材料、铜合金等零件的真空钎焊、退火 及真空消除应力处理等。特 点：该设备采用国际上同行业中先进设计思想，成熟合理的制造技术，能够满足用户所提供材料的真空钎焊、退火及真空消除应力处理要求。该设备结构设计先进合理，配套产品和功能元器件都具有较

6、先进的水平和较优越的性 能，能够适应长期、安全、稳定、可靠运行，满足用户的使用要求。标 准：设备设计制造符合ISO国际标准；设备所有零、部件和各种仪表 的计量单位全部采用国际单位（SI）标准。二、主要技术指标1. 结构形式：单室、卧式2. 炉膛有效尺寸：1200 X 900X 900 （ mr）i （LX W H3. 总装炉量： 500 Kg/炉（含工装）4. 最高温度： 1150 C5. 工作温度：500 C950C6. 温度均匀性：土 5C（ 500750C）/ 5C（ 750 E 以上）7. 升温速率：RT1100C，1.5h，保温0.5h8. 极限真空度：6.0X 10-4 Pa （6

7、X 10-6mbar）（空炉、冷态，干燥除气后）CHIXA ELECTROMCS TECHNOLOGYGROL P CORPOIL4TION中B*T科技集团骚司第二研宛所9. 工作真空度：1.0 x 10-2 Pa (1X 10-4mbar)10. 抽真空速率： 20min (空炉、冷态，高阀打开抽至 1 x 10-2Pa)11. 泄漏率： 1X 10-1 pa L/s (1X 10-3mbar L/S)12. 气氛：氮气和氩气113. 氮气和氩气压力控制范围：101000pa (10-10mbar)14. 气冷压力： 2bar，压力在控制面板上可以连续可调15. 冷却速率： 540 C 以上

8、，55C /h ; 540E RT, 150C /h三、主要结构及配置高温真空炉为卧式单室结构，其主体为双层水冷结构，由炉体、加热系统、强冷系统、真空系统、水冷系统及电气控制部分组成。现将各部分结构概述如下:高温真空炉三维图3.1炉体部分炉体部分是高温真空炉的主体部分，由炉体和炉门两部分组成。炉体由双层 钢板卷筒后焊成(其中，内层为优质不锈钢板并进行抛光处理，外层为优质碳钢 板)，两层之间有夹缝，内通冷却水，两端与法兰焊接而成，炉体侧壁设有真空、冷却系统接口、水冷电极接口、热电偶接口、均温性校验热电偶接口（九点）管道接口、充气系统接口、安全阀接口等装置。炉门由双层椭圆封头（其中，内封头为优质不

9、锈钢板并进行抛光处理，外封头为优质碳钢板）与圆形法兰焊成，中部设有观察孔。炉门与炉体之间用铰链连接，炉体法兰与炉门法兰之间采用0型橡胶圈密封，炉门压紧机构采用齿圈双向压紧方式（气缸驱动）、自动锁紧，同时设置有行程开关、压力检测等检测装置，可以保证炉内在充气状态下炉门无 法打开。采用该压紧方式可以满足炉内抽真空和充气气冷时的密封需要。高温真空炉炉门示意图炉门压紧机构示意图如图:设备有多重过压保护，炉体上装有安全阀，电接点压力表，压力传感器。在使用过程中，当达到工作压力时，充气系统会自动关闭，当压力小时，系统 会自动补气。系统过压保护可以在电接点压力表和压力传感器中同时设定，达到双重保护，即使两个

10、传感器都不起作用，当充气压力达到一定压力时，炉体 上的安全阀就会自动打开，这样就可以保证设备使用安全。CHIXA ELECTRONICS TECHNOLOGY GROL P COEtPOPLiriO中国砸乎科技集团盜司第二确宛断3.2加热室加热室置于真空炉体内，由加热元件、辐射屏、料台及其支承瓷座、工件支 撑机构等组成。根据设备温度指标的要求，加热元件选用耐高温的合金钼带，采用压筋结构， 可以保证加热带在高温状态下有足够的强度，长期使用变形小。辐射屏为全金属结构，由1层钼屏、2层耐热钢屏（根据我们在多台设备实 践的结果，在这两层屏使用耐热钢屏可以大大的减少隔热屏的变形问题）、3层不锈钢屏及1层

11、不锈钢筒组成，为了减少高温热膨胀引起的翘曲变形，每层辐射 屏采用多块组成，便于更换，层与层之间间距设计合理，避免隔热层之间由于变 形而产生热短路。全金属辐射屏可以实现快速加热和冷却。工件支撑由不锈钢支柱和支撑板组成， 可以满足支撑强度的要求，且长期使 用不变形。绝缘瓷件选用耐高温的优质95瓷，可以保证加热体具有很好的绝缘性能。此照片为：宽带结构炉胆照片3.3真空系统真空系统由真空获得及真空测量组成。根据设备工作真空度和极限真空度的 指标要求，该设备选用三级泵抽真空系统中13咁乎科技集团公司第二确宛断真空机组配置如下：KT-1000油扩散泵1台（沈阳真龙）ZJP-1200罗茨泵1台（台州星光）H

12、G-150滑阀泵1台（台州星光）2X-15旋片泵1台（成都南光）GDQ-S100高真空挡板阀1台（沈阳真龙）SDB-1000水冷挡板1台（沈阳真龙）GDQ-J250高真空挡板阀2台（宁波阀门厂）GDQ-J150高真空挡板阀1台（宁波阀门厂）DDC-JQ50电磁充气阀1台（宁波阀门厂）在扩散泵和高真空挡板阀之间配置 SDB-1000水冷挡板，可以有效防止扩散 泵油蒸汽进入真空室污染被处理工件。真空系统配置各种性能可靠的阀门、管道，采用可调节、柔性联接，来实现 对炉体的真空抽气，并在各管路段设置有真空检测装置，便于各段真空测量。 真空测量由数显电子真空计、真空规管及连接电缆线（成都睿宝）组成。真空

13、计成都睿宝电阻规成都睿宝电离规成都睿宝捕集器：为了使杂质不进入真空抽气机组污染油扩散泵，在抽气机组与炉 体之间配置捕集器，捕集器是由冷却水管与散热叶片组成。 可以方便拆下便于维 修，捕集器同时还可以防止扩散泵油返至炉体污染被处理工件。3.4强冷系统中13咁乎科技集团公司第二确宛断强冷系统设有循环风系统、换热系统、管路系统。循环风系统采用大风量叶 轮，保证冷却时的风压。本设备采用惰性气体作为强制冷却的介质，采用大风量离心风机进行强制风 道式循环冷却，采用水冷式翅片管换热器进行热交换一热交换量大、冷却速度快。 采用独特冷却气体循环管路设计，内胆筒体 360方向上都设置喷气孔，使被处 理工件总体同时

14、冷却，保证冷却速度及均匀性要求。当工件加热完毕后进行气冷时，先向炉内充入大约1bar的惰性气体（与大气基本平衡）以保护电机启动，电机正常运转后再继续向炉内充气到需要的压力， 气流从风机高速压向炉胆喷气嘴并迅速吹向工件，从工件出来的热气流通过回气孔到热交换器进行冷却，通过热交换器冷却后的气体又被风机压向喷气嘴和工 件，形成一个循环回路。3.5水冷系统水冷系统是对炉体、炉门、真空泵、镁捕集器、水冷挡板、水冷电极及各部 位的密封圈等部分提供冷却用水。设备配备了一套包括总进水管和总回水管的水 冷系统，管路布局整齐、美观。总进水管上装有电接点水压表，具有水压低限报 警功能。同时配有双进水接口，可以连接自

15、来水系统，确保设备在工作过程停电 不停水，防止设备损坏。采用水循环系统或冷却塔系统（用户自备）。3.6充气系统为了满足设备工艺过程中的用气（惰性气体）需要，该设备配置有充气系统， 该系统由充气管路、充气阀、压力表、压力传感器、安全阀等组成，可以根据工 艺需要设定充气压力，当需要充气时，该系统可以自动运行，同时安装有手动充 气阀，方便特殊情况下使用。充气系统分为两路，一路为主充气和补气时使用，中13咁乎科技集团公司第二确宛断一路为分压时使用。3.7电控系统电控系统由晶闸管调压器、温控仪、记录仪、真空计、触摸屏、工控机和可 编程控制器及各种传感器组成，控制面板采用触摸屏和工控机两种控制方式， 操

16、作简便直观，且扩展空间大，便于将来多台设备统一操作管理（工控机功能）。3.7.1主要功能电控系统以PLC为运算控制核心，对设备的实时状态进行监测，并根据操作 员通过触摸屏或工控机的输入以及当前状态的判断来产生输出控制， 直接控制由 大量的继电器执行，通过PLC的输出控制信号产生动作，直接控制各个阀门、机 组、电源等直接执行元件。系统配备了完善的安全保护功能，当设备出现异常状况如水压、温度、真空、 充气压力等指标或者某一部件出现异常，系统会在触摸屏、工控机以及报警灯上 同时发出报警，并在工控机上详细显示当前异常原因及处理办法。设备在使用过 程中有完善可靠的自锁互锁保护功能，保证设备不会因操作员的

17、误操作而发生事 故，具体设定有： 在电接点压力表和真空计上设定机组各个泵的开启压力，严格规定机组的 开启顺序，从而保证罗茨泵、扩散泵不会因为操作员的误操作而产生损坏 （罗茨 泵出口压力要3000Pa以下，扩散泵加热需保证在10Pa以下，不满足条件则极易 损坏）。 不到设定真空度，不能对焊接室加热。在加热过程中，如果真空度突然低 于所设定值或者分压未达到设定值时， 系统自动停止加热，并发出报警信号。此 功能目的是保证设备在使用过程中突然发生漏气现象时，把损失降到最小。CHIXA ELICTROMCS TECHNOLOGYGROI P aRPOPLTIOS中国砸乎科技集团公司第二囁宛所 当冷却水压

18、低于设定值或流量小于一定值时， 系统自动关闭加热系统、扩散泵，并在触摸屏、工控机及报警灯上发出声光报警,提示操作员及时处理水路故障。冷却水是确保真空炉正常工作的先决条件，在工作中停电不停水。 当温度检测热电偶出现故障，或者加热系统失控导致温度过高，超过设定 的安全温度时，加热系统电源会及时切断，并在触摸屏、工控机及报警灯上同时 出现报警，并且系统会在工控机上自动分析温度失控原因，给出建议解决方案。 当充气系统故障导致炉内压力过高超过设定的安全压力时，充气阀会被强 制关闭，弹簧式安全阀自动打开，同时在触摸屏、工控机及报警灯上发出报警, 通知操作人员处理事故。 设备采用的阀门均为气动，由电磁阀控制

19、，当发生断电时，所有阀门会在 压缩空气的压力下自动关闭，保证设备内部的真空状态。3.7.2电器控制柜的主要配置 低压电气元件断路器、接触器、中间继电器、按钮、报警器和指示灯等主要元件选用施耐德或西门子产品，性能可靠，使用寿命长。 温控仪表温度控制仪表采用日本导电的 FP23, SR23温控仪，采用PID调节方式，根 据由控温热电偶读取的温度信号的变化，自动调节输出功率。其中 FP23为主控 仪表，可以用来设定温度控制曲线，最大可进行400步设定，并可以同时设定存 储20条工艺曲线。SR23作为从表，工作过程中从 FP23获得温度控制指令，实 现多区温度同步控制。所有仪表精度等级均为 0.1级，

20、控温精度土C,均带有 自整定功能，自动选择最合理的控制参数，保证炉温均匀性。所有仪表预留通讯CHIXA ELICTROMCS TECHNOLOGYGROI P aRPOPLTIOS中国砸乎科技集团公司第二囁宛所接口，可以实现集中监控，系统可以采用手动 /自动运行。 记录仪表选用浙大中控无纸记录仪，可连续记录炉内温度，工件温度，真空度，并可 随时翻查半年内所有设备运行时的数据， 方便分析设备故障及焊接处理工艺。 仪 表配有数据处理软件，配置 CF卡可将数据转移到电脑上，生成报表，用于打印 或者书写报告。预留通讯接口，可以实现集中监控。 数显真空计真空计采用成都睿宝ZDF-5227AX型复合真空计

21、，检测炉内实时真空度。真空计配有真空度继电器输出设定点，用于加热安全真空度，扩散泵安全加热真空 度，分压系统设定2个真空度的设定。预留通讯接口，可以实现集中监控。 可编程控制器采用欧姆龙CP1H可编程控制器做为系统控制核心，负责接收各个传感器和仪表数据，进行处理分析后输出控制信号到直接执行设备， 完成设备动作。控制 程序设有手动和自动两种操作模式， 可在触摸屏和工控机上随时进行切换， 且不 中断设备运行状态。预留通讯接口，可以实现计算机集中监控。 触摸屏采用台湾威纶MT8100I液晶触摸屏，使用寿命长，安全可靠。触摸屏安装有 我们开发的真空钎焊设备控制系统，能实时显示设备的运行状态并进行控制，

22、 人 性化界面设计，直观简洁，方便操作。 热电偶控温热电偶和工件测温热电偶均采用 N型I级偶（外接插头为快插式），其中主控仪表使用热电偶为双芯偶中13咁乎科技集团公司第二确宛断 计算机控制系统工业控制计算机采用台湾研华工控机系统 IPC-610,操作系统WINDOWS,CPUe5300双核2.6G，内存2Q硬盘500GB显示器为彩色液晶触摸显示屏（19 英寸）o安装钎焊炉控制组态软件，可统计设备运行过程中的所有数据，包括温 度、真空、压力及报警等，并能绘制图表进行分析、存储及打印。通过组态软件 可以完成设备的所有功能控制，包括温度的设定、机组运行的控制等，且组态软 件备有网络接口，将来可进行现场总线式的连接控制。 调压器调压器选用晶闸管调压器，由温控表发出控制信号调节每个区的加热功率，使每个加热区达到最适合的加热功率配