Схема и состав основных элементов оборудования, их назначение

При размещении и эксплуатации установок ИПА на производстве следует учитывать следующее:

При размещении установки в производственном помещении (класс помещения Г2 – невзрыво-, непожароопасный), например, в термическом цехе, целесообразно установить ограждение участка с двухстворчатыми воротами шириной не менее трех метров. Пол на участке должен прочным, непылящим.

Для прокладки газовакуумных, силовых и водяных магистралей, в полу необходимо сделать технологические каналы шириной 200-250 мм и глубиной 200 мм. Рабочая камера и вакуумный насос устанавливаются на фундаменты. Электропитание оборудования участка осуществляется от распределительного шкафа, оборудованного автоматическими выключателями и устройствами защиты. Фидерный ввод – трехфазный, 380 В, 400 А.

На участке вблизи шкафа управления должна быть расположена газовая рампа на 2-3 баллона (аммиак, азот, аргон).

На верхней крышке газовакуумного отсека шкафа управления имеется патрубок диаметром 180 мм для подсоединения к вытяжной вентиляции.

В рабочих зонах участка (вакуумная камера, линия обезжиривания и шкаф управления) целесообразно разместить местное освещение.

1. Установки ИПА рассчитаны на эксплуатацию в следующих условиях:

темпера тура воздуха – от +10 до +28 º С;

относительная влажность - от 40 до 75%;

атмосферное давление – от 8, 4х10 ⁴ до 10, 6х10 ⁴ Па

2. Электропитание - трехфазная сеть переменного тока 380 В 50 Гц.

3. Пол - бетонный (либо металлический), непылящий.

4. Наличие кран-балки (желательно двухскоростной по движению «вверх-вниз») с грузоподъемностью не менее 2000 кг.

5. Наличие вытяжной вентиляции.

6. Наличие магистрали оборотной воды для охлаждения установки.

7. Наличие канализационной магистрали сбора СОЖ.

Сущность азотирования в тлеющем разряде заключается в следующем. В разряженной азотосодержащей атмосфере между катодом (деталью) и анодом (стенки вакуумной камеры) возбуждается тлеющий разряд, и ионизированные атомы азота бомбардируют поверхность катода, нагревают её до температуры насыщения, в результате чего происходит внедрение реактивного газа в поверхностный слой. Температура азотирования T=500-550 ^oC, рабочее напряжение колеблется от 400 до 800 В, продолжительность процесса до 20-30 часов. Для технологических приложений ХТО плазма тлеющего разряда, инициируемая и поддерживаемая в рабочем пространстве вакуумной камеры, существует в диапазоне давлений газа 100-650 Па (сильноточная форма)В связи с этим, на порядки сокращается длина свободного пробега заряженных частиц. Следовательно, при достаточно высокой величине напряжения горения разряда (600-800 В) между анодом (стенки камеры) и катодом (обрабатываемая деталь) кинетическая энергия ионов в катодной области расходуется на многочисленных столкновениях с молекулами насыщающей газовой среды, и в конечном итоге, активированные частицы атомарного азота, достигающие поверхности насыщения, имеют энергию на уровне тепловой (1-2 эВ). Такого значения недостаточно, чтобы разрушить оксидные пленки металла, образующиеся в процессе нагрева и обеспечить диффузию азота в глубину стальной детали. Поэтому во всех известных методах азотирования в тлеющем разряде применяют водород, являющийся отличным восстановителем металла из оксидов, только количество этого водорода минимизировано по сравнению с печным газовым азотированием в отсутствии электрических разрядов. Если давление рабочего газа снизить до уровня 1 Па, то катастрофически снижается плотность тока при том же высоком напряжении горения разряда, а это в свою очередь ведет к снижению мощности, приводящей к ситуации, когда невозможно нагреть обрабатываемые детали до температуры выше 200 °C. Такова природа тлеющего разряда. При давлениях ниже 1 Па такой разряд гаснет и его невозможно зажечь и поддерживать, не прибегая к помощи внешнего ионизатора газовой среды. Типичное оборудование для азотирования в тлеющем разряде диссоциированного аммиака NH₃ представляет собой вакуумную электропечь (рис. 2) и состоит из шести функциональных систем: анодной и катодной систем, электропитания, вакуумной системы, газоснабжения, измерения и регулирования температуры.

Анодная система состоит из водоохлаждаемой камеры; катодная система - из изолированного центрального токоввода и подвески с азотируемыми деталями. Электропитание состоит из высоковольтного трансформатора, высоковольтного выпрямителя и регулятора напряжения. Вакуумная система содержит форвакуумный насос, вакуумметр, электромагнитные и ручные вентили на линии камера-насос. Газ подается из газо-приготовительной установки с газобаллонной станцией. Система измерения и регулирования температуры включает термопару, потенциометр, регулятор температуры и пульт управления. Для стабилизации разряда применяется дугогасящее устройство. Гашение дуги в разрядной камере обеспечивается за 15 мс.

Рис. 2. Схема установки НШВ-9.18/6И3 для азотирования в тлеющем разряде: 1-газобаллонная станция; 2-газоприготовительная установка; 3-теплозащитный внутренний экран; 4-водоохлаждаемая крышка; 5-подвеска; 6-азотируемые детали; 7-водоохлаждаемая камера; 8-термопара; 9-потенциометр; 10-вакуумметр; 11-пульт управления; 12-регулятор температуры; 13-тиристорный блок стабилизации разряда; 14-регулятор напряжения; 15-высоковольтный трансформатор; 16-высоковольтный выпрямитель; 17-изолированный центральный токоввод; 18-форвакуумный насос.