劉 勇，余 剛，常義民

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621000）

1 故障現(xiàn)象

某669 臥式高真空高壓氣淬爐是一種大壓力、強冷卻、高功率的氣體淬火爐[1]。雖然其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但具有冷卻均勻、工件變形小、冷速可控等優(yōu)點，在熱處理工藝環(huán)節(jié)起到了極其重要的作用。在運行期間，設(shè)備的真空度從0.1 Pa 下降到0.5 Pa，重新開機抽取真空，但始終達不到0.1 Pa；檢查設(shè)備的壓升率為5×10-2mbar·L/s（5 Pa·L/s），超過設(shè)備出廠規(guī)定值。

2 故障分析與處理

2.1 真空系統(tǒng)原理

真空爐真空發(fā)生器由機械泵、羅茨泵、擴散泵三級串接而成，通過有條件的順序啟動泵體，分級抽取密閉腔體中的空氣形成真空環(huán)境。

2.2 校準真空計

真空爐中經(jīng)常存在顆粒物，受其影響，導(dǎo)致真空規(guī)測量零點偏移。因此，在真空爐發(fā)生真空故障時，需要對真空計進行校準，保證測量的可信度。

校準方法：該真空爐采用的真空計是型號為PTR90N 的復(fù)合真空規(guī)，能在1×10-8～1×103mbar（1 mbar=100 Pa）連續(xù)讀數(shù)。實驗室常用的真空規(guī)校準方法有對比法、動態(tài)流量法[2]，通過對作業(yè)現(xiàn)場的硬件條件分析，決定采用對比法。具體措施：在檢測口同時安裝多個真空檢測計，在抽取真空的同時觀察讀數(shù)的差值，如果設(shè)備原始安裝位置的真空計與其他示值相差較大，判定為真空設(shè)備檢測儀器故障，需用準確、可靠的真空計將其替換。

2.3 真空泵組的檢測

真空泵的抽取能力直接影響真空設(shè)備的真空性能，由于真空泵在工作中不斷的磨損、老化，以及設(shè)備未及時保養(yǎng)等因素，導(dǎo)致其抽取性能與密封性隨之下降，極限真空等各方面指標下滑是造成真空爐設(shè)備真空故障的影響因素之一。

2.3.1 真空泵組的真空性能

該泵組采用“機械泵+羅茨泵+擴散泵”的組合方式，通過查找相關(guān)資料得到各泵的真空性能表（表1）。

表1 3 種真空泵的真空性能

2.3.2 檢測方法

真空泵組的檢測方法常采用“組合法+分段法”結(jié)合的方式（圖1）。

圖1 真空爐氣路回路

檢測順序：

（1）步驟1：開啟機械泵+羅茨泵+擴散泵。檢測方法：關(guān)閉高閥與旁路閥后，可以切斷泵組與真空爐室的聯(lián)系，此時可以在設(shè)備預(yù)留的檢測口進行真空度檢測。

（2）步驟2：開啟機械泵。檢測方法分為不脫機檢測和脫機檢測兩種，前者是在管道上預(yù)留有檢測口安裝真空計檢測，優(yōu)點是方便快捷，缺點是很難排除管道、閥門泄漏對檢測結(jié)果的影響；脫機檢測則將機械泵與爐體分離，通過一個檢測工裝（圖2）直接進行，這樣得出的值比較準確，但是檢測過程較長。

圖2 檢測工裝

（3）步驟3：開啟機械泵+羅茨泵。檢測方法與步驟2 相同，也有兩種方案。

將上述3 個步驟的檢測結(jié)果與表1 的數(shù)據(jù)進行比對，能清晰地判斷出泵組中每個泵的運行狀態(tài)，然后再進行針對性的檢修或更換。

2.4 設(shè)備外泄漏檢測

真空爐設(shè)備的外泄漏，是指由于真空設(shè)備密封件老化、材料缺陷（如銹孔、沙眼）等造成的密封失效，使真空腔體與大氣直接相通的一種故障現(xiàn)象。

2.4.1 檢漏原理

氦質(zhì)譜檢漏儀是一種以質(zhì)譜分析為原理、以氦為示蹤氣體對真空設(shè)備和密封器件的漏隙進行定位或定量、定性測量的工具，真空設(shè)備通常采用其進行檢漏。

2.4.2 檢漏方法

常用的真空設(shè)備檢漏方法有噴吹法和吸入法兩種。

（1）噴吹法：將檢漏儀接到真空爐的檢測口，然后用噴槍將示蹤氣體噴在可疑漏孔處，當(dāng)真空爐體存在泄漏時，質(zhì)譜儀將會檢測到氦氣，漏率表上會直觀地顯示泄漏量的大小。該方法既能檢測漏孔的位置同時也能估算漏孔的大小，是常用的真空爐泄漏檢測方法。

（2）吸入法：與噴吹法相反，吸入法是將檢漏儀接在真空爐的檢測口上，使其充入規(guī)定壓力的示蹤氣體，再通過檢測漏孔泄漏出的氦氣達到檢測的目的。不過，該方法需要充入比1 個大氣壓高的氦氣，且充入其中的氦氣無法重復(fù)使用，浪費較多，一般在真空爐的檢漏中很少使用。

2.5 設(shè)備內(nèi)部泄漏檢測

真空設(shè)備的內(nèi)泄漏是指真空腔體與真空爐設(shè)備配套設(shè)備之間的相互泄漏，主要分為氮氣泄漏與冷卻循環(huán)水泄漏兩種。

2.5.1 檢查氮氣的泄漏

儲氣罐中的高壓（0.8 MP）氮氣經(jīng)過管道與真空爐腔體連接，需要使用氮氣時，打開氣動閥門、讓高壓氣體流入真空腔即可（圖3）。如果氣動閥門鎖不緊、存在泄漏，便會造成真空腔體內(nèi)真空度不足的現(xiàn)象。

圖3 氮氣罐與真空爐連接

一般采取隔離法進行排除：制作一個盲板工裝（圖4），然后拆下氣動閥門，將該盲板通過螺釘固定在管道口的法蘭上，實現(xiàn)氮氣罐與真空腔體的物理隔離，再進行檢測。

圖4 盲板工裝

2.5.2 檢查冷卻循環(huán)水泄漏

真空爐在運行中需開啟循環(huán)水，對真空腔體、對流風(fēng)機、擴散泵等進行實時冷卻，其中真空腔體、對流風(fēng)機的冷卻管路泄漏會直接影響腔體的真空度。

在排除循環(huán)水泄漏問題時，一般采用目視法、試樣件法相結(jié)合的方式進行綜合判定。

（1）目視法：抽真空過程中出現(xiàn)真空度值上下波動的情況時，首先判斷為循環(huán)水泄漏，此時應(yīng)打開爐門，觀察真空腔內(nèi)有無積水，焊點、接頭等附近位置有無銹斑等。該方法適合于泄漏量比較大的情況。

（2）試樣件法：當(dāng)設(shè)備循環(huán)水泄漏量小時，設(shè)備真空度依然能達到要求，但此時熱處理的試件（銅錫鋅）表面會變成綠色[3]，可以通過這個方法檢查設(shè)備的循環(huán)水是否存在泄漏。

3 設(shè)備的烘烤與驗收

真空爐在長期的維修停置后，進行烘爐非常必要，通過烘爐使爐內(nèi)耐火材料內(nèi)的水分緩慢蒸發(fā)析出，得到充分干燥，同時使耐火內(nèi)襯材料充分固化，保持耐火層的高溫強度和穩(wěn)定性[4]。

烘爐完成后，再對真空爐的極限真空、壓升率進行復(fù)檢，如果兩個指標均合格則該真空爐真空故障解除。

4 總結(jié)

綜上所述，真空爐出現(xiàn)真空故障時往往受多個因素的影響，有時甚至是多重因素同時出現(xiàn)，使得真空故障呈現(xiàn)出極為復(fù)雜的動態(tài)表征。在排除真空故障時，常常需要專業(yè)的維修技術(shù)人員進行現(xiàn)場維修，而且維修周期長、成本高。從真空原理入手進行組合法+分段法、噴吹法、隔離法、目視法、試樣件法等檢測方式，能大大降低真空故障維修的實施難度，提高設(shè)備的工作利用率。