真空檢漏技術在真空感應爐安裝中的應用

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有限公司，江蘇宿遷 223800）

0 引言

真空感應爐是熔煉高溫合金、耐蝕合金、有色金屬合金等特殊合金的主要設備，真空感應熔煉的金屬材料具有化學成分精準、無宏觀偏析、氣體含量低、純凈度高等優點[1]，因此真空感應爐被廣泛應用。在實際生產中熔煉真空度和漏氣率是影響合金產品質量的重要工藝參數，所以極限真空和漏率通常作為新裝真空感應爐的驗收指標。由于多種原因，新安裝的真空感應爐很難一次達到極限真空和漏率的驗收指標，影響安裝和驗收進度。因此迅速發現和處理漏點是真空感應爐安裝中的關鍵。本文以美國Consarc 公司1 t 真空感應爐安裝檢漏過程為例，探討真空感應爐安裝過程的常見漏點和具體處理方式，為安裝真空感應爐提供參考。

1 設備簡介

1.1 設備組成及安裝步驟

該真空感應爐包含爐體、真空系統、熔煉電源系統、電氣控制系統、冷卻水系統、液壓系統、氣動系統、隔離閥及工作平臺和一些生產附屬設備。

該真空感應爐的爐體為美國Consarc 公司生產，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。

該真空感應爐的配套真空系統，按真空泵的類別分為三級真空系統。第一級別真空系統使用H-150D 型滑閥式機械真空泵，第二級別真空系統使用ZJP-2500 型羅茨真空泵，第三級別真空泵為Z-400 型油擴散泵。真空泵、真空閥門、真空管道和過濾器等組成設備的整個真空系統。

該真空感應爐的冷卻水系統由熔煉和攪拌電源冷卻系統、爐體冷卻系統和外循環水冷卻系統等3 部分組成。電源系統由熔煉電源和攪拌電源組成，氣體系統包括氣動系統和氬氣回填系統。

真空感應爐的設計和安裝的一般步驟：以爐體型號為基準，選擇合適的配套電源系統（熔煉電源和控制電源）及真空系統，之后進行設備安裝圖的設計及地基準備，最后進行設備組裝及后期檢測驗收。

1.2 設備真空要求

該真空感應爐各腔室對極限真空、工作真空、達到極限真空的時間及漏率要求見表1，各腔室真空參數達到或者超過對應要求才能通過驗收。

表1 真空感應爐各腔室真空要求

2 檢漏方法、儀器設備及其他材料

目前檢漏方法主要分為加壓檢漏法和真空檢漏法[2]。在綜合考慮本設備各腔室的真空度要求，以及各種真空檢測方法的使用范圍和優缺點的基礎上，選擇氦質譜檢漏儀法[3-4]。在考慮靈敏度、響應時間、應用范圍、便攜性、操作性能等因素的基礎上，選擇歐瑞康萊寶真空設備有限公司生產的PhoeniXL300 型氦質譜檢漏儀進行真空檢漏工作。

氦質譜檢漏儀法可以細分為噴吹法[5]、氦罩法、充壓法、吸槍法等多種方法[3]。根據被檢件的大小、結構以及操作方便等因素，本文選擇噴吹法。這個方法就是將被檢件通過過度接頭與質譜檢漏儀連接，實際操作現場見圖1。檢漏時先將氦質譜檢漏儀與被檢件接在一起，然后打開被檢設備的真空系統，將被檢容器抽到能達到的低真空，同時啟動氦質譜儀使其達到工作狀態。之后打開氦質譜儀工作閥門，將被檢容器與抽至低真空的氦質譜儀連通起來。最后用噴槍向被檢設備的可疑漏點處噴吹氦氣，如果有漏孔存在，氦氣就會由漏孔進入設備內部，并迅速進入氦質譜儀被檢測出來。噴槍噴吹的位置可以確定漏孔位置，氦質譜儀顯示器顯示的數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備和材料：用于處理焊縫漏洞的ZX7ARC-300 型電焊機，TIG-200 逆變式直流氬弧焊機，用于焊縫表面處理的WSB10-115T 角磨機及其附屬薄片砂輪、鋼絲輪等。用于處理橡膠密封墊的工業無水乙醇及長城7501 高真空硅脂，等等。

圖1 噴吹法實際操作現場

3 漏點分析及處理

在確保真空泵正常工作，同時確保設備腔體內表面材料的潔凈度及腔體干燥度的前提下，利用噴吹法進行真空感應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，并根據漏點類型做了不同處理。

3.1 靜態橡膠密封墊圈

（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、緊螺栓時沒有對角緊固螺栓，導致法蘭受力不均勻，造成接觸面出現縫隙、法蘭間的密封墊圈不潔凈或損壞。

（2）處理方法。檢測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。通過實踐經驗觀察器壁材料，對于器壁材料可疑漏點處用角磨機處理表面，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沒添加密封劑。

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

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。準確定位漏孔后，先用裝有鋼絲刷的角磨機打磨焊縫表面，然后在角磨機換上金屬砂輪片或者切割片切割焊縫，觀察焊縫內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 型電焊機點焊處理。如果不能觀察到明顯缺陷，則用電焊機段焊處理。電焊會產生焊渣，進而生成氣孔，因此電焊處理完畢，還要再進行一次真空檢漏。如果漏點沒有消除，繼續用角磨機處理表面，焊縫表面處理完畢，使用TIG-200 逆變式直流氬弧焊機處理漏點。

在真空檢漏中，焊縫是最容易出現漏點的部位，也是最難處理的部位。工作中通常會出現大氣量噴吹氦氣檢測出焊縫漏點，小氣量噴吹氦氣檢測不出準確漏點的情況。這時選擇使用真空泥逐段封堵逐段檢測的方法，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。這樣能排除氦氣向四周擴散等外部因素的干擾，縮小檢漏范圍，逐段檢測焊縫，直至成功檢測到準確漏點，處理后再進行下一部位檢測。但是在實際操作中，各種具體檢漏操作方法都使用后，仍會存在不能準確定位、影響設備真空極限的大漏點，以及存在工作人員不能接觸到的漏點（例如爐體中間的底部焊縫）。考慮到各種因素，只能采取把整個漏氣焊縫打磨、切割處理后重新連續焊的方法。例如，該真空感應爐的溜槽室和爐膛焊接處漏點、熔煉室圓筒形結構和長方形結構焊接處漏點，都是采用此種方法。

4 結論

真空系統中的焊縫、焊縫交叉點、起焊及收焊部位、法蘭密封或動密封處、金屬—玻璃封接處是容易漏氣的部位，在真空檢漏中要重點檢測這些地方。但是，當真空系統出現問題時，不能主觀認為是焊縫漏氣造成。要根據現場條件進行理論分析，確定是真空泵故障、材料放氣或是爐體存在漏孔，之后才能給以適當解決方法。只有這樣，才能顯著提高檢漏工作效率。氦質譜檢漏儀法能夠方便、高效完成真空感應爐的真空檢漏工作。真空感應爐的常見漏點為焊縫、法蘭接頭、橡膠密封圈、螺紋連接處。氬弧焊補漏法比電焊補漏法效果好，但是耗時大，二者結合使用，能夠明顯提高檢漏工作效率。