Вакуумные печи: полезная пустота

В древности кузнецы нагревали металл с помощью угля и мехов. Сегодня на передовых производствах для этих целей используют вакуум: разреженное пространство, лишенное воздуха. Именно в такой среде происходит нагрев металла в современной вакуумной печи. Это устройство способно довести заготовку до “экстремальных” температур, обеспечивая высочайшее качество обработки.

Как работает вакуумная печь?

Детали, нагретые в вакууме, не окисляются в воздушной среде и сохраняют механические свойства. Именно этот принцип реализован в печах - высокотехнологичных установках для термообработки металлических изделий. Эти устройства выглядят как герметичные камеры, внутри которых с помощью специальных насосов создается разреженная среда с остаточным давлением порядка 0,001-0,0001 мм рт.ст. 

Корпус печи изготовлен из нержавеющей стали и имеет теплоизоляцию, предотвращающую теплопотери. Внутри камеры располагается нагревательный элемент. Для контроля температуры в рабочих камерах вакуумных печей для закалки и других операций устанавливаются термопары, а управление их работой осуществляется с помощью контроллера с программированием температурно-временных режимов. 

Герметичность камеры обеспечивают уплотнения и защелки, гарантирующие сохранение вакуума при нагреве. Система охлаждения защищает корпус печи и уплотнения от перегрева.

Процесс нагрева металла в вакуумной печи происходит следующим образом. Заготовки или детали размещают в рабочей камере на специальных подложках или подвесках. Затем ее герметизируют с помощью защелок или запорных механизмов.
Далее запускают вакуумные насосы, откачивающие воздух из камеры до остаточного давления.

Включается нагрев рабочей камеры вакуумной индукционной печи. Металлические детали постепенно “доводятся” до заданной температуры, уровень которой строго контролируется. Благодаря вакууму процесс равномерно затрагивает все слои металла и проходит максимально чисто.  

После выдержки при требуемой температуре в соответствии с технологическим режимом начинается охлаждение заготовок. Когда они остывают до 100-150°С, включается вентиляция камеры. Из камеры готовые детали извлекают окончательно охлажденными. 

Плюсы вакуумных печей

Производство вакуумных печей вызывает всё больший интерес у заказчиков, и не случайно. К преимуществам оборудования и процесса относятся: 

• высокая чистота поверхности. В вакууме полностью исключаются окисление и другие нежелательные химические реакции с газами;
• отсутствие коробления деталей. Благодаря равномерному нагреву в вакууме не возникает температурных напряжений, вызывающих деформации металла;
• высокая точность. За счет отсутствия окисления сохраняются установленные размеры деталей. А значит, нет необходимости оставлять дополнительные припуски для последующей механообработки;
• лучшая обрабатываемость металла за счет глубокого прогрева. В вакууме тепло распределяется глубоко и равномерно, что улучшает структуру материала и облегчает обрабатываемость резанием;
• высокая производительность и экономичность. Вакуумный нагрев обеспечивает более высокие скорости процесса, сокращение цикла термообработки, а следовательно, экономию энергоресурсов;
• экологичность. Процесс происходит в замкнутом объеме без выделения вредных веществ, что делает его безопасным для окружающей среды.

Таким образом, обработка металлов в вакуумной печи во многом выигрывает по сравнению с тем же процессом, проведенном на воздухе. 

Какие детали нагревают в вакуумной среде?

Вакуумный нагрев полезен многим металлоизделиям, но для некоторых актуален особенно. Например, для высокоточных деталей авиационной и ракетно-космической техники. В их производстве критически важны сохранение поверхности от окисления и соблюдение точных размеров. Проходят термообработку в пустотной среде и ответственные детали из жаропрочных и тугоплавких сплавов: она защищает их поверхность.

Крупногабаритным заготовкам и сварным элементам вакуумный нагрев гарантирует отсутствие коробления и равномерный нагрев по сечению. При обработке дорогостоящих заготовок из сложнолегированных и экзотических сплавов исключаются потери дорогого металла. Важно пройти вакуумные печи для закалки и изделиям, подвергающимся в процессе производства многократной термообработке: вакуум сохраняет чистоту поверхности на каждом этапе.

Особенности контроля температуры

Одно из ключевых значений в работе установки имеют системы контроля температуры, ведь именно точность заданного режима определяет качество термообработки. Для измерения температуры внутри рабочего пространства печи используют термопары – гибкие кабели с датчиками, способные работать при высоких температурах в вакууме. Их размещают непосредственно в зоне нагрева или в теле нагреваемых деталей.

Управление работой печи осуществляется программируемыми контроллерами, позволяющими задавать и поддерживать сложные циклы нагрева с точным соблюдением температурно-временных параметров. Оператор может контролировать все параметры на дисплее пульта управления.

Для повышения надежности систем контроля предусматривается резервирование измерительных каналов. Кроме того, вакуумная индукционная печь оснащена аварийной световой и звуковой сигнализацией отклонений от режима.

Теплоизоляция корпуса вакуумной печи

Накапливать и сохранять тепло в течение длительного времени камере помогает качественная теплоизоляция корпуса. В ее конструкции при сборке:

• используют жаростойкие теплоизоляционные материалы, устойчивые к температуре свыше +1000°С - керамоволокно, минеральную вату, жаропрочные бетоны;
• предусматривают толщину слоя изоляции может в пределах 100-300 мм;
• изоляционные материалы закрепляют на термостойкие клеи или механическим способом - гвоздями с шайбами;
• между корпусом и изоляцией создают зазор, исключающий контакт нагретых поверхностей;
• изоляцию покрывают жаропрочным кожухом из нержавеющей стали для механической защиты и герметизации.
  
  

Нагревательные элементы вакуумных печей

При производстве вакуумных печей в их оснащении применяют разные виды нагревательных элементов:

• резистивные проволочные из жаропрочных сплавов. Они представляют собой проволоку, как правило, нихромовую, натянутую в рабочем пространстве камеры;
• трубчатые, изготовленные  из высоколегированных сталей и заполненные нагревательными элементами. Могут изгибаться по контуру деталей;
• инфракрасные керамические излучатели с вольфрамовыми спиралями. Формируют направленный поток теплового излучения высокой интенсивности;
• высокочастотные индукторы. Реализуют бесконтактный, чистый и энергоэффективный нагрев токопроводящих материалов в электромагнитном поле высокой частоты;
• электронно-лучевые пушки с фокусировкой потока электронов. Используются для локального нагрева ответственных зон изделий.

Выбор конкретного типа нагревателей зависит от габаритов и конфигурации нагреваемых деталей, от требуемого температурного режима и от особенностей вакуумной печи.

Хотите, чтобы на вашем предприятии тоже работала эта современная термическая установка? Участники проекта всегда открыты для сотрудничества. Опубликуйте заявку в открытом доступе - и вы получите самые выгодные предложения из первых рук. А по результатам сотрудничества - профессиональное оборудование, собранное с учетом вашего производства. Обращайтесь!  

Тип оборудования			Стоимость, млн руб.
Вакуумная печь для закалки			от 1,5
Вакуумная печь для отжига			от 1,2
Вакуумная печь для отпуска			от 1
Вакуумная печь для цементации			от 2
Вакуумная печь для азотирования			от 2,5
Вакуумная печь для пайки			от 1,8
Вакуумная печь для карбонитрации			от 2,2