真空炉常见的5个问题解答
作者：Jim Grann – 易普森美国公司；美国伊利诺伊斯州切里威利
每天，易普森售后服务热线都能接到数十个求助电话，客户会对各种炉型提出故障排除和技术分析的要求。
为了了解客户最经常遇到哪些真空方面的问题，我们决定在我们的技术专家中进行调查，并且翻阅了他们的电话记录。我们发现，客户经常问到5个具体的问题，分别是：
问题1：我应当怎样对我的真空炉进行泄漏检测？
问题2：为什么我的真空炉抽真空的效果不好？
问题3：我怎样才能确定释气过多的原因？
问题4：如果极限真空度差的话我应当怎样做？
问题5：为什么我的部件会变色？
面对这些询问次数非常多的问题，我们决定将我们的专家对这些常见问题的回答归纳成一份简明扼要的指导性文件。
图1. 易普森公司的专业人员使用氦质谱仪对真空炉进行泄漏检测
问题1：我应当怎样对我的真空炉进行泄漏检测？
真空炉的泄漏检测主要采用两种方法：喷吹法和吸嘴法。喷吹法是传统的泄漏检测方法，如图1所示。它是将炉膛抽成真空，并在炉外施加氦气(比如连接氦质谱仪)，然后观察结果。
另一种方法是吸嘴检测法，适用于您的检测对象不能抽真空的情况。采用该方法时，您需要将一种示漏气体(比如氦气)充入被检测对象。被检测对象的例子包括换热器、水冷法兰、水冷风机和轴、电馈通、水套等。当被检测对象充入示漏气体后，使用传感器检查其外部是否有任何气体漏出。氦质谱仪也可用于这种检测方法。
惰性气体的泄漏检测也很重要。这是因为，整个回充系统——从液态气体储存系统直到真空炉——的泄漏率必须为零。如果惰性气体从供气系统或者炉体上的气阀漏出，会使真空炉表现出抽气效果差、密封性差、极限真空度差、难以排出正常释气、返流等错误的迹象。
惰性气体泄漏也有两种常用的检测方法，分别是薄膜(皂泡)检漏和真空检漏。一般来说，薄膜检漏法是最容易和最快的高压惰性气体泄漏检测法。它是在已知的可疑区域喷涂某种示漏液体，如果在任何检查部位产生了气泡，您就能知道发现了一处泄漏。
真空检漏是更精确的方法。它是将液氮或液氩储存系统与真空炉脱离，确保整个系统处于真空状态，然后使用氦质谱仪检查系统的泄漏情况。在进行真空检漏时，您应当：
1. 关闭外部气阀，以使外部液态气体系统与蒸发器、回充储罐、真空炉以及所有配套的减压和回充管路脱开。
2. 使用真空炉的正常抽气系统对炉膛进行抽真空操作。
3. 对回充储罐进行减压操作。
4. 对炉体上的回充阀人工送电以将其打开。这步操作应由有经验的专家按照安全规定来执行。
一旦您打开回充阀和将回充储罐减压到大气压水平，真空炉就开始抽除管路中的气体。从气体储罐和蒸发器直到关闭的外部气阀，其中的气体都将被抽除。然后，您可以使用真空炉的抽气系统对整个回充系统进行抽气，使整套系统都达到真空状态。接下来，您应当使用氦质谱仪对系统进行泄漏检测。
当您完成了真空炉和惰性气体的全部泄漏检测后，必须逐个消除每一处泄漏。
图2. 这个流程图归纳了真空炉抽真空效果不好时在排除了抽真空系统的原因后应当采取的措施。
问题2：为什么我的真空炉抽真空的效果不好？
如果您的真空炉抽真空的效果不好，您首先应当检查机械泵系统的功能性和密封性。如果抽真空系统运转正常，那么原因可能是下列问题之一：炉门密封损坏，真空炉泄漏，或者高温区沾染。
炉门密封是真空炉在正常使用中磨损最严重的部件之一。因此，在造成抽真空问题的原因中，它能够占到80%左右。图2给出的流程图归纳了真空炉抽真空效果不好时您应当采取的措施——从炉门密封开始。
问题3：我怎样才能确定释气过多的原因？
当真空炉系统中存在沾染物时，它们会由于受热或降压而释放出气体。这样的沾染物可能包括水蒸气、油脂、污垢和挥发性液体。另外，有些材料也容易释气，而且释气量会随真空度和温度而变化。
所以，一定程度的释气是热处理工艺中的正常现象。不过，有时您可能会遇到释气水平高于正常值的情况，还可能看到一些钎焊质量和部件变色方面的问题。如果释气过多以致造成了影响，您应当问自己几个基本的问题：
1. 部件材质或上步清洗工艺有变化吗？
2. 真空炉目前的常温线性泄漏率是多少？
3. 真空炉目前的高温泄漏率是多少？
4. 真空泵运转是否正常，能否能够达到规定的真空水平？
释气过多还可能导致抽气时间明显延长，使抽真空系统看起来像是功能失常。因此，我们建议从第四个问题开始。我们发现，这样能够最好地利用您的时间，因为有很多时候抽真空系统就是问题的根源。
举例来说，如果扩散泵和/或前级泵不以规定性能运转，可能就无法抽除正常的释气量。这样，即使释气量实际上并未增加，也会给人以释气过多的感觉。结果，您可能会在真空泵有问题时采取了错误的解决措施。
在回答第四个问题时，您应当将抽真空系统与真空炉脱离，以确认它是否运转正常。只有在排除了真空泵的因素之后，您才应当考虑其他三个问题，以便找出释气过多的根本原因。
最后，为了最大限度降低今后释气过多的可能性，必须保证系统的清洁性。因此，我们建议，一方面使放入炉膛的所有物品(比如部件、炉具、料篮)保持清洁，另一方面，只要有可能就清空炉膛和关闭炉门。
问题4：如果极限真空度差的话我应当怎样做？
业界常用的典型真空炉在清洁、干燥和空炉的情况下会达到正常的极限真空度水平：
· 使用扩散泵时：10-6帕，泄漏率小于5微米汞柱/小时
· 不用扩散泵时：低于35微米汞柱，泄漏率小于5微米汞柱/小时
如果您开始遇到极限真空度差的情况——部件变色是最先出现的迹象之一——有几个常见的原因应当考虑，包括空气泄漏、燃气泄漏、抽真空系统功能异常和高温区沾染(图3)。
图3. 高温区变色是沾染的一个表现。
一些特定的工艺也容易造成真空度降低。这样的工艺包括钎焊(比如铝、铜、镍和钛的焊接)、烧结、脱蜡和脱脂。在部件大比例使用了粘结剂和炉温超过2,200°F(1,204°C)的情况下，您可能也会遇到真空水平变差的问题。
为了找出极限真空度差的原因，您首先应当进行压力上升率测试，以确定真空炉的线性泄漏率。如果线性泄漏率真的表现为线性和不符合规定，就表明真空炉存在着泄漏，您应当进行泄漏检测。
不过，如果您的真空炉泄漏率符合要求，那么，下一个要考虑的因素就是抽真空系统。我们在讨论释气过多问题时提到，抽真空系统能够影响到真空炉在正常释气条件下保持真空水平的能力，以及达到规定真空度的速度。
最后，如果您已经排除了泄漏和抽真空系统的因素，就应当考虑高温区沾染的可能性。对此，我们建议执行清理操作。为了获得最好的结果，您可能需要全面清理不止一次。
必须指出，高温区的其他沾染物(比如烟灰或焦油形式的碳、熔化的焊膏、过多的钎焊合金)会对清理操作需要的时间、温度和压力产生影响。您需要根据炉内的已知沾染物来调整这3个参数。总的来说，保持高温区清洁有助于消除高温区的水分残留和降低泄漏率，从而提高极限真空度。
问题5：为什么我的部件会变色？
对部件进行热处理的一个副作用是，有时，从真空炉取出的部件变成一种不应有的颜色。但是，您知道不同的颜色表明您的真空炉可能存在着不同问题吗？
通过检查部件的颜色，您往往能够判断出进入炉内的空气、水和沾染物的比例。颜色可能从黄色(问题最小)到黑色(问题最大)，其间还可能有橙色、绿色、淡蓝色和深蓝色。图4归纳了三种最常见颜色反映出的问题。
图4. 变色部件出现最多的三种颜色和它们反映出的真空炉问题。
有一些措施能够防止部件变色，包括针对特定沾染物进行清理、定期进行氦泄漏检测和使用薄膜检漏液体(对于氮气/氩气供气系统)。
结论
我们知道，作为一家热处理企业，您经常会遇到很多难题。我们不希望您的真空炉成为这些问题的来源之一。在易普森售后服务热线接听电话的技术专家不仅处理过各种常见问题，还见识过很多疑难杂症。根据他们的经验，我们归纳出这份指导性文件，希望帮助您解决您的设备问题，使您能够专注于其他重要方面。