Вакуумная техника (стр. 3 )

 

tнач. tподг. tтехнол. tвыд.

tнач. - время откачки атмосферного воздуха из рабочей камеры насосом предварительного разрежения через байпасную коммуникацию;

tподг - время формирования "процессного" вакуума в рабочей камере (смотри п.5 режимов обработки);

tтехнол. - время технологического процесса, непосредственно связанного с температурным воздействием на изделия;

tвыд. - время выдержки изделий в вакууме, т. е. остывания их до комнатной температуры в рабочей камере.

Расчет начального периода откачки tнач. с учетом вязкостного режима течения газа выполняется по формуле

где Vкам. – объем рабочей камеры;

С - константа в формуле проводимости (C=1360d4/L);

Sнас. - паспортное значение быстроты откачки насоса предварительного разрежения;

P1 - давление запуска высоковакуумного насоса (для большинства в/в насосов 2-5 Па);

Рпред. - предельный вакуум, создаваемый насосом предварительного разрежения.

Давление газа в рабочей камере Ркам. в процессе ее откачки высоковакуумным насосом (или агрегатом) в произвольный момент времени рассчитывается по формуле

где Q - поток газа, обусловленный газовыделением в объем рабочей камеры в произвольный момент времени, Па м3/с;

Sэф. агр. - эффективная скорость откачки высоковакуумного агрегата, м3/с;

Р1 - давление запуска высоковакуумного насоса, задействованного в агрегате, Па;

tотк. - время работы (откачки) высоковакуумного агрегата, с;

Рпред. - предельное разрежение, создаваемое в/в насосом в агрегате, Па.

Расчет tподг., т. е. времени откачки рабочей камеры до так называемого "процессного" вакуума предполагает учет следующих особенностей этого периода откачки:

-  откачка рабочей камеры ведется высоковакуумным агрегатом;

-  поток газа, выделяющийся в объем рабочей камеры, формируется, главным образом, за счет десорбционного газовыделения с поверхности камеры и изделий, "обращенной" в вакуумную полость;

-  температура стенок рабочей камеры и изделий принимается комнатной (смотри п.2 примечаний задания).

Сначала определяется вакуум в рабочей камере, соответствующий первой секунде после открытия затвора, отделяющего работающий вакуумный агрегат от технологической камеры. Следовательно

Подготовительное время tподг. определяется из уравнения

откуда, определив значение tподг. целесообразно взять несколько промежуточных значений времени для построения графической зависимости.

Расчет tтехнол. (т. е. времени технологического процесса) предполагает учет следующих особенностей этого периода откачки:

-  откачка рабочей камеры ведется высоковакуумным агрегатом;

-  поток газа, выделяющийся в объем рабочей камеры, складывается, в основном, за счет высокотемпературного диффузионного газовыделения из материала изделий и десорбционного газовыделения со стенок рабочей камеры;

-  температурный режим изделий, подвергающихся обработке в вакууме, и рабочей камеры соответствует параметрам режимов обработки (смотри условия задания).

Сначала определяется давление в рабочей камере, соответствующее первой секунде обработки (например, нагрева) изделий. Тогда

где Qизд. - газовыделение из материала изделий, соответствующее tобезг., равное 1 с (!).

Например, если газовыделение из материала подчиняется параболическому закону, то в формуле qдиф. = K/, tобезг. = 1 с.

Если газовыделение из изделий полагается постоянной величиной, то и значение Qизд. в течение всего технологического процесса неизменно.

Далее расчет значения tтехнол. предусматривает последовательное увеличение значений tобезг. и определение промежуточных значений вакуума в рабочей камере согласно формуле

пока значение Ркам. не достигнет заданного Р5(раб.).

Процесс обработки изделий в вакууме завершается выдержкой (временным интервалом), в течение которого изделия остывают в вакууме до комнатной температуры для предотвращения взаимодействия "горячих" изделий с атмосферным воздухом (смотри п.4 режимов обработки). Этот период выделяется влиянием только одной составляющей газовой нагрузки - десорбцией газа со стенок рабочей камеры, обращенных в вакуум.

Поэтому сначала определяется давление в рабочей камере, соответствующее первой секунде выдержки изделий при комнатной температуре

Конечной точкой расчета является определение давления в камере в момент окончания выдержки согласно соотношению

где Qкам. - поток г/выделения со стенок камеры, соответствующий значению tотк. = tподг. + tтехнол. + tвыд.

Результаты расчетов переносятся на график, охватывающий весь процесс вакуумной обработки и иллюстрирующий изменение давления (вакуума) в технологической камере в различные периоды обработки изделий.

Приложение 1

Для определения скорости газовыделения из металлов при комнатной температуре можно воспользоваться формулой

lg q = A – B × t

где q - удельное газовыделение, м3 Па/с м2;

А, В - эмпирические константы;

t - время десорбции, с.

Материал	Удельное газовыделение после 1 часа откачки, м3 Па/с м2	Константы
		А	В
Сталь нержавеющая марки 1Х18Н10Т	1,75×10-4	-3,4	7,3×10-5
Сталь конструкционная марки Ст3	4,1×10-4	-	-
Сталь конструкционная хромированная	1,3×10-7	-3,2	4,2×10-5
Медь	2,0×10-4	-3,5	4,0×10-5
Резина вакуумная необработанная	1,0×10-2	-	-
Полиэтилен	1,0×10-4	-	-
Фторопласт	3,0×10-4	-	-

Справочные данные взяты из книги «Вакуумная техника». – М.: Высшая школа, 1982 г., стр. 168.

Приложение 2

Скорость удельного газовыделения с поверхности металлов и органических материалов при комнатной температуре

Материал	Предварительная обработка	Поток газа с поверхности, Па м3/с м2	Время пребывания в вакууме, час
Малоуглеродистая сталь, СтЗ	необработанная	4,12×10-4 1,1×10-4	1 4
Сталь нержавеющая, 1Х18Н10Т	необработанная	2,4×10-4 5,94×10-5	1 4
Медь	необработанная	1,95×10-4 6,4×10-5	1 5
	травление и промывка в бензоле	1,1×10-5 8,35×10-7	1 5
Дюралюминий	необработанный	5,57×10-4 1,9×10-4	1 5
	травление и промывка в бензоле	4,73×10-5 3,9×10-6	15
Алюминий Никель Молибден Тантал Вольфрам Резина уплотн. Витон Фторопласт Полиэтилен Керамика	необработанный -²- -²- -²- -²- -²- -²- -²- -²- -²-	(4-9) ×10-6 (6,5-8) ×10-6 (4,6-8,5) ×10-6 6×10-6 1,3×10-6 2×10-2 2×10-4 7×10-5 4×10-5 2×10-5	2 2 2 3 2 3 3 3 3 3

Приложение 3

Газовыделение с поверхности металлов при высоких температурах

При температурах 214 °С и 400 °С выделение газов из металлов хорошо подчиняется параболическому закону, если время обезгаживания при указанных температурах не превышает 25 часов.

Материал	Поток газа с поверхности, Па×м3/с×м2
	214 °С	400 °С
Сталь нержавеющая, 1Х18Н10Т	27,5×10-3/	первые 5 час. 115×10-3/ послед. 20 час. 17,2×10-3/
Медь	20,2×10-3/	первые 1,5 час. 225×10-3 / послед. 23 час. 4,5×10-3/
Сплав Д16Т	1,5×10-3/	7×10-3/
Никель	3×10-3/	40×10-3/
Графит	1,5×10-3/	10×10-3/
Сплав АМг6	4×10-4/	l,2×10-3/

Приложение 4