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真空钎焊炉一些相关知识

来源：微信公众号真空钎焊 | 发布时间：2020-11-11 |

真空钎焊炉从基本结构上分为冷壁真空炉和热壁真空炉。热壁真空炉结构简单，多用于试验，工业上采用的大部分均为冷壁真空炉。
    冷壁真空炉按照结构、功能等又可以分为许多种类。按结构布置形式分为立式、卧式；按真空室数量分为单室、双室和三室；按加热元件材料类型分为金属加热体炉、石墨加热体炉等；按冷却方式分为无快冷功能炉、气淬真空炉、油淬真空炉等。此外，真空炉还可以按使用功能、冷却结构方式、真空度高低、温度高低等分类，如铝用钎焊炉、外循环真空气淬炉、超高真空钎焊炉等。图给出了几种典型结构的真空钎焊炉的示意图。
    冷壁真空钎焊炉由真空炉体、真空系统、控制系统、加热电源、水冷系统及快冷系统等组成。图为典型铝用真空钎焊炉的基本结构。

冷壁真空炉的炉体主要由发热元件、隔热元件和水冷炉壁组成。发热元件多由金属钼带或钼丝、钨、钽、镍铬、铁铬铝等金属电热元件及石墨电热元件制成。隔热元件通常为由多层金属薄片构成的反射屏结构及石墨毡或陶瓷毡结构，其功用为保持内部加热区的高温，并把热量限制在加热区内，保持炉壁较低的热输入，使炉壁在水冷作用下处于较低的温度。
    工业上采用的冷壁真空炉按加热元件主要分为金属加热体和石墨加热体两类。金属加热体气体吸附量较少，升温过程放气量较少，有利于钎焊过程中真空度的提高。金属加热体气氛纯正，不会造成工件的表面增碳。缺点是易变形，耐热冲击能力较差，最高工作温度偏低和价格较高等。石墨加热体价格低廉，工作温度高，耐热冲击和快速冷却能力强，变形小。石墨加热体高温下还具有一定的减少氧分压作用，并可起到一定的还原作用，有利于金属的去膜和润湿。缺点是吸附气体较多，暴露于大气后加热元件及隔热元件会吸附较多的气体和水分，再升温时真空度受到一定的影响。另外，石墨加热体还可能会造成工件的表面增碳等。
    隔热材料也分为金属反射屏和非金属隔热材料两大类。金属反射屏由多层金属薄板组成，各层对热辐射的反射作用可将热量限制在工作区域内。金属反射屏内层温度较高，一般选用钼材料，外层选用不锈钢材料。非金属隔热材料有石墨毡、陶瓷毡、矿物棉、多孔轻质陶瓷板等，靠材料本身高的耐温性能和低的导热系数实现隔热，将热量限制在一定范围内，减少热量的散失和加热屏外的温升。另外，除了单独的金属反射屏外，还有将金属与非金属隔热材料组合使用的隔热屏结构形式。图给出了几种隔热屏结构示意图。
     冷壁真空炉的真空系统通常由机械泵、罗茨泵、扩散泵组成，一般可以达到1×10-3Pa的真空度和比较高的抽气速度。
机械泵是一般真空钎焊炉均需采用的真空泵，常用的机械泵分为旋片式机械泵和滑阀式机械泵两种。图为旋片式机械泵工作原理示意图，图为旋片式机械泵结构简图。除了旋片式机械泵以外，滑阀式机械泵也是常用的机械泵结构形式，图3-26给出了滑阀式机械泵工作原理示意图。旋片式机械泵与滑阀式机械泵具有相似极限真空能力及抽速，旋片式机械泵多用于小型机械泵，噪声较小。滑阀式机械泵多用于抽速大于70L/min的较大型泵，噪声稍大，抗污染能力较强。机械泵可单独工作或作为高真空机组的前级，其极限真空约0.1Pa量级，一般工作时可以将真空室抽到几帕(Pa)量级。
    罗茨泵为常用的机械式真空泵，不能单独工作，需旋片式机械泵等作为前级泵，工作真空范围为200 Pa ~10-1Pa。罗茨泵主要用于提高抽气速率和极限真空度。图为罗茨泵的工作原理图。油扩散泵为最常用的高真空泵，其极限真空度一般可达10-4，扩散泵不能单独工作，需机械泵或机械泵、罗茨泵组合作为前级泵。
    图为油扩散泵工作原理示意图。扩散泵中的油被加热到沸腾温度，产生油蒸气由各级喷嘴高速喷出，由于进气口附近被抽气体的压强高于油气流中该气体的分压强，所以被抽气体不断扩散到油气流中，在油气流的冲击和携带下被压缩至泵底端，由前级真空泵抽出，最终实现对泵口前真空室的抽气。
   冷壁真空炉的控制由一个电气控制柜完成，控制柜需完成真空机组、阀门系统、冷却系统、测量和控制系统的配电，温度、真空度、压力等各个参数及工作状态的显示、测量控制，自动操作过程的程序控制，手动各种开关按钮设置等功能。操作过程程序控制包括抽真空过程中的阀、泵的动作次序和过程，升温和保温过程，冷却过程，关炉过程及各要素之间的安全互锁等。温度、真空度等重要参数的显示和控制多由专用的仪表完成。真空钎焊操作过程可以手动，也可以实现全自动操作。早期设备的程序控制多由继电器逻辑电路完成，线路复杂，可靠性较低。现在设备的程序控制多由可编程序控制器PLC完成，功能设计灵活，线路简单，工作可靠。更为先进的设备可以完全实现计算机控制，可以远距离完成设备的控制和数据传输。
   真空钎焊炉的加热供电由专门的电源系统完成。电源系统具有电流调节功能，以保证真空炉按照设定的程序升温、保温和降温。电阻辐射加热的真空钎焊炉一般为低电压大电流供电，供电电源按调节电流方式的不同分为机械调压器型、磁性调压器型、可控硅型、固态继电器型等。其中可控硅型以节约资源、功率因数较高、波形畸变小、控制范围宽等优点应用越来越多，成为加热电源的主要形式。小型设备及对温度均匀性要求不高的设备一般采用单电源供电。大型分区加热设备及对温度均匀性有严格要求的钎焊设备，如大型铝用真空钎焊炉等需采用多个电源分区供电，每个区域温度均独立测控，各个电源各自根据测控结果独立调整加热电流，这样可以保证钎焊炉各个区域的温度均匀性，但分区控温加热使设备复杂系数增加。

    冷壁真空炉的水冷系统是十分重要的环节，直接关系到设备的运行安全和温升能力。炉壁的冷却一般采用双层的水冷套结构，中间通水冷却。对于电极接口、动密封法兰、外环管路系统等易受热升温处应开出专门冷却通道重点冷却。除炉体外，扩散泵、机械泵、罗茨泵等真空机组均需要水冷。真空炉冷却水用量一般较大，需配备循环水冷却系统。由于中途停水会造成设备损坏、工件报废甚至设备爆破等事故，因此，水冷系统应保证安全可靠．一般需配备应急供水、发电系统。

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