真空檢漏技術(shù)在真空感應(yīng)爐安裝中的應(yīng)用

金開鋒，吳瑞云，彭偉平，彭凌劍

（1.江蘇奇納新材料科技有限公司，江蘇宿遷 223800；2.宿遷市凱迪綠色能源開發(fā)有限公司，江蘇宿遷 223800）

0 引言

真空感應(yīng)爐是熔煉高溫合金、耐蝕合金、有色金屬合金等特殊合金的主要設(shè)備，真空感應(yīng)熔煉的金屬材料具有化學(xué)成分精準(zhǔn)、無宏觀偏析、氣體含量低、純凈度高等優(yōu)點(diǎn)[1]，因此真空感應(yīng)爐被廣泛應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中熔煉真空度和漏氣率是影響合金產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，所以極限真空和漏率通常作為新裝真空感應(yīng)爐的驗(yàn)收指標(biāo)。由于多種原因，新安裝的真空感應(yīng)爐很難一次達(dá)到極限真空和漏率的驗(yàn)收指標(biāo)，影響安裝和驗(yàn)收進(jìn)度。因此迅速發(fā)現(xiàn)和處理漏點(diǎn)是真空感應(yīng)爐安裝中的關(guān)鍵。本文以美國Consarc 公司1 t 真空感應(yīng)爐安裝檢漏過程為例，探討真空感應(yīng)爐安裝過程的常見漏點(diǎn)和具體處理方式，為安裝真空感應(yīng)爐提供參考。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)備組成及安裝步驟

該真空感應(yīng)爐包含爐體、真空系統(tǒng)、熔煉電源系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、隔離閥及工作平臺(tái)和一些生產(chǎn)附屬設(shè)備。

該真空感應(yīng)爐的爐體為美國Consarc 公司生產(chǎn)，主要包含爐蓋、熔煉室、模車室、溜槽室、主加料室、合金加料室及工作平臺(tái)等。熔煉室與模車室、溜槽室、主加料室及合金加料室之間用真空閥門隔開。

該真空感應(yīng)爐的配套真空系統(tǒng)，按真空泵的類別分為三級(jí)真空系統(tǒng)。第一級(jí)別真空系統(tǒng)使用H-150D 型滑閥式機(jī)械真空泵，第二級(jí)別真空系統(tǒng)使用ZJP-2500 型羅茨真空泵，第三級(jí)別真空泵為Z-400 型油擴(kuò)散泵。真空泵、真空閥門、真空管道和過濾器等組成設(shè)備的整個(gè)真空系統(tǒng)。

該真空感應(yīng)爐的冷卻水系統(tǒng)由熔煉和攪拌電源冷卻系統(tǒng)、爐體冷卻系統(tǒng)和外循環(huán)水冷卻系統(tǒng)等3 部分組成。電源系統(tǒng)由熔煉電源和攪拌電源組成，氣體系統(tǒng)包括氣動(dòng)系統(tǒng)和氬氣回填系統(tǒng)。

真空感應(yīng)爐的設(shè)計(jì)和安裝的一般步驟：以爐體型號(hào)為基準(zhǔn)，選擇合適的配套電源系統(tǒng)（熔煉電源和控制電源）及真空系統(tǒng)，之后進(jìn)行設(shè)備安裝圖的設(shè)計(jì)及地基準(zhǔn)備，最后進(jìn)行設(shè)備組裝及后期檢測(cè)驗(yàn)收。

1.2 設(shè)備真空要求

該真空感應(yīng)爐各腔室對(duì)極限真空、工作真空、達(dá)到極限真空的時(shí)間及漏率要求見表1，各腔室真空參數(shù)達(dá)到或者超過對(duì)應(yīng)要求才能通過驗(yàn)收。

表1 真空感應(yīng)爐各腔室真空要求

2 檢漏方法、儀器設(shè)備及其他材料

目前檢漏方法主要分為加壓檢漏法和真空檢漏法[2]。在綜合考慮本設(shè)備各腔室的真空度要求，以及各種真空檢測(cè)方法的使用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇氦質(zhì)譜檢漏儀法[3-4]。在考慮靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、應(yīng)用范圍、便攜性、操作性能等因素的基礎(chǔ)上，選擇歐瑞康萊寶真空設(shè)備有限公司生產(chǎn)的PhoeniXL300 型氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行真空檢漏工作。

氦質(zhì)譜檢漏儀法可以細(xì)分為噴吹法[5]、氦罩法、充壓法、吸槍法等多種方法[3]。根據(jù)被檢件的大小、結(jié)構(gòu)以及操作方便等因素，本文選擇噴吹法。這個(gè)方法就是將被檢件通過過度接頭與質(zhì)譜檢漏儀連接，實(shí)際操作現(xiàn)場(chǎng)見圖1。檢漏時(shí)先將氦質(zhì)譜檢漏儀與被檢件接在一起，然后打開被檢設(shè)備的真空系統(tǒng)，將被檢容器抽到能達(dá)到的低真空，同時(shí)啟動(dòng)氦質(zhì)譜儀使其達(dá)到工作狀態(tài)。之后打開氦質(zhì)譜儀工作閥門，將被檢容器與抽至低真空的氦質(zhì)譜儀連通起來。最后用噴槍向被檢設(shè)備的可疑漏點(diǎn)處噴吹氦氣，如果有漏孔存在，氦氣就會(huì)由漏孔進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，并迅速進(jìn)入氦質(zhì)譜儀被檢測(cè)出來。噴槍噴吹的位置可以確定漏孔位置，氦質(zhì)譜儀顯示器顯示的數(shù)字大小可以確定漏孔漏率的大小。

真空檢漏工作中還使用了以下設(shè)備和材料：用于處理焊縫漏洞的ZX7ARC-300 型電焊機(jī)，TIG-200 逆變式直流氬弧焊機(jī)，用于焊縫表面處理的WSB10-115T 角磨機(jī)及其附屬薄片砂輪、鋼絲輪等。用于處理橡膠密封墊的工業(yè)無水乙醇及長(zhǎng)城7501 高真空硅脂，等等。

圖1 噴吹法實(shí)際操作現(xiàn)場(chǎng)

3 漏點(diǎn)分析及處理

在確保真空泵正常工作，同時(shí)確保設(shè)備腔體內(nèi)表面材料的潔凈度及腔體干燥度的前提下，利用噴吹法進(jìn)行真空感應(yīng)爐安裝中的真空檢漏工作。通過檢漏找到了下列不同類型漏點(diǎn)，并根據(jù)漏點(diǎn)類型做了不同處理。

3.1 靜態(tài)橡膠密封墊圈

（1）漏氣的可能原因。因壓力作用橡膠密封墊圈被擠壓變形；密封圈被污染或未涂抹真空脂；密封圈老化破損等。

（2）處理方法。檢測(cè)到密封圈被擠壓變形或老化破損，則更換密封圈。密封圈存在污染或未涂抹真空脂的情況，用無水乙醇擦拭干凈后重新涂抹真空脂即可。

3.2 法蘭接口

（1）漏氣的可能原因。法蘭變形、螺栓沒上緊、緊螺栓時(shí)沒有對(duì)角緊固螺栓，導(dǎo)致法蘭受力不均勻，造成接觸面出現(xiàn)縫隙、法蘭間的密封墊圈不潔凈或損壞。

（2）處理方法。檢測(cè)到法蘭變形則更換法蘭，其他情況則要拆開法蘭，用無水乙醇擦拭干凈密封墊圈并重新涂抹真空脂，或更換新密封圈后對(duì)角緊固螺栓。

3.3 器壁材料

（1）漏氣的可能原因。材料本身存在裂紋、氣孔等缺陷。

（2）處理方法。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)觀察器壁材料，對(duì)于器壁材料可疑漏點(diǎn)處用角磨機(jī)處理表面，然后做焊接處理。

3.4 螺紋連接處

（1）漏氣的可能原因。螺紋未擰緊，螺紋本身加工精度不夠，使用過程中螺紋牙被損壞或螺紋連接時(shí)沒添加密封劑。

（2）處理方法。首先檢測(cè)螺紋擰緊及破損情況，未擰緊則擰緊后重新檢測(cè)真空，有損壞則更換新螺紋。2 種情況都未出現(xiàn)，則清洗干凈螺紋后涂抹RTV 密封劑連接，再重新檢測(cè)真空。

3.5 金屬—非金屬接口（熔煉視窗）

（1）漏氣的可能原因。未加密封圈，未涂抹密封膠或者裝配不合理。

（2）處理方法。首先拆開視窗，檢查有無密封圈及是否涂抹密封膠，若密封圈完好無損并涂抹密封膠，只能重新裝配。

3.6 焊縫

（1）漏氣的可能原因。由于操作不當(dāng)或材料本身原因，焊縫存在夾渣、氣孔、未焊透、裂紋和氣泡等焊接缺陷。

（2）處理方法。準(zhǔn)確定位漏孔后，先用裝有鋼絲刷的角磨機(jī)打磨焊縫表面，然后在角磨機(jī)換上金屬砂輪片或者切割片切割焊縫，觀察焊縫內(nèi)部是否存在明顯焊接缺陷（氣孔、沙眼、夾渣等）。如果存在明顯缺陷，則用ZX7ARC-300 型電焊機(jī)點(diǎn)焊處理。如果不能觀察到明顯缺陷，則用電焊機(jī)段焊處理。電焊會(huì)產(chǎn)生焊渣，進(jìn)而生成氣孔，因此電焊處理完畢，還要再進(jìn)行一次真空檢漏。如果漏點(diǎn)沒有消除，繼續(xù)用角磨機(jī)處理表面，焊縫表面處理完畢，使用TIG-200 逆變式直流氬弧焊機(jī)處理漏點(diǎn)。

在真空檢漏中，焊縫是最容易出現(xiàn)漏點(diǎn)的部位，也是最難處理的部位。工作中通常會(huì)出現(xiàn)大氣量噴吹氦氣檢測(cè)出焊縫漏點(diǎn)，小氣量噴吹氦氣檢測(cè)不出準(zhǔn)確漏點(diǎn)的情況。這時(shí)選擇使用真空泥逐段封堵逐段檢測(cè)的方法，使用真空泥封堵住一條焊縫的大部分焊段，留下一小段檢測(cè)。這樣能排除氦氣向四周擴(kuò)散等外部因素的干擾，縮小檢漏范圍，逐段檢測(cè)焊縫，直至成功檢測(cè)到準(zhǔn)確漏點(diǎn)，處理后再進(jìn)行下一部位檢測(cè)。但是在實(shí)際操作中，各種具體檢漏操作方法都使用后，仍會(huì)存在不能準(zhǔn)確定位、影響設(shè)備真空極限的大漏點(diǎn)，以及存在工作人員不能接觸到的漏點(diǎn)（例如爐體中間的底部焊縫）。考慮到各種因素，只能采取把整個(gè)漏氣焊縫打磨、切割處理后重新連續(xù)焊的方法。例如，該真空感應(yīng)爐的溜槽室和爐膛焊接處漏點(diǎn)、熔煉室圓筒形結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)焊接處漏點(diǎn)，都是采用此種方法。

4 結(jié)論

真空系統(tǒng)中的焊縫、焊縫交叉點(diǎn)、起焊及收焊部位、法蘭密封或動(dòng)密封處、金屬—玻璃封接處是容易漏氣的部位，在真空檢漏中要重點(diǎn)檢測(cè)這些地方。但是，當(dāng)真空系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，不能主觀認(rèn)為是焊縫漏氣造成。要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行理論分析，確定是真空泵故障、材料放氣或是爐體存在漏孔，之后才能給以適當(dāng)解決方法。只有這樣，才能顯著提高檢漏工作效率。氦質(zhì)譜檢漏儀法能夠方便、高效完成真空感應(yīng)爐的真空檢漏工作。真空感應(yīng)爐的常見漏點(diǎn)為焊縫、法蘭接頭、橡膠密封圈、螺紋連接處。氬弧焊補(bǔ)漏法比電焊補(bǔ)漏法效果好，但是耗時(shí)大，二者結(jié)合使用，能夠明顯提高檢漏工作效率。