真空退火爐真空檢測技術研究

摘 要：文章詳細地介紹了工業真空退火爐的真空測量方法及真空測量真空計的應用；還介紹了真空系統檢漏方法。

關鍵詞：真空測量；真空計；真空檢漏

1 概述

真空退火爐自二十世紀五十年代被廣泛地應用，真空退火是其中間和成品生產的重要工藝過程。真空退火具有防止氧化、真空脫氣、處理工件無氫脆危險，防止鈦和難熔金屬表面脆化、真空加熱受熱均勻，內外溫差小，熱應力小等作用；真空退火技術是材料改性方面高精度、優質、節能和清潔無污染加工制造技術，廣泛應用于各種金屬材料、合金材料，晶體材料等去應力處理，光亮退火，真空除氣等。而如何測量真空度和檢測真空系統泄漏是真空退火爐使用維護的重要問題，文章介紹了真空退火爐設備管理使用維護中常用的真空測量方法和真空系統撿漏方法，這些方法和經驗可為以后真空退火爐使用維護、檢測和研究方面，提供了一定的實際操作經驗和理論支持。

2 真空測量

2.1 真空測量的定義

真空測量就是測量容器中或某部分空間氣體的稀薄程度（即真空度）的技術。真空度常用容器中氣體的總壓強P來表示。壓強高意味著真空度低；反之，壓力低即真空度高。因此，在近代真空測量技術中，通常應用真空計來直接或間接測量出壓強，從而反映出真空度。氣體壓強的測量單位是牛頓/米2，簡稱帕（Pa），傳統上氣體壓強單位采用毫米汞柱，各種壓強單位的換算：1標準大氣壓=101325.0 Pa=14.7Psi=760mmHg=29.92inHg=760Torr=760000micron=1Bar

2.2 真空計的分類

用以測量容器中氣體壓強即真空度的裝置稱為真空計。按真空計測量原理分類：直接測量真空計和間接測量真空計。

2.2.1 直接測量真空計

直接測量真空計利用液柱差、機械變形等原理直接測量壓強，所測量的壓強為真實的壓強值與氣體種類無關；常用直接真空計有靜態液位真空計、彈性元件真空計等。

水銀U型壓力計構造簡單，無需校準，可以在壓力不太低時使用。一般壓力計一端封閉，另一端接入真空系統，封閉端為真空，這樣壓力計可直接指示總壓力，兩邊水銀柱的高度差即為總壓力。對于精密工作則需進行溫度修正。對于壓力較低（低于103Pa）的測量，油壓力計比水銀壓力計更精確，因為油的密度低得多。

彈性元件真空計通過測量彈性元件位移（直接法）或保持它原來位置需要的力（回零法）來測定真空度的一種真空計。在結構和外形上與工業用壓力表類似，一般用于粗真空（102～105Pa）的測量。根據變形彈性元件分類，這類真空計通常有彈簧管式真空計，電容、電阻薄膜式真空計，布爾登（Bourdon）真空計等。

2.2.2 間接測量真空計

間接測量真空計測量氣體物理性質，再換算成壓力值。常用間接真空計有壓縮式真空計、熱傳導真空計、離子真空計、熱輻射真空計等。

熱傳導真空計是利用氣體在不同壓強下熱傳導能力隨之變化的原理測量氣體壓強。它是在一玻璃管殼中由邊桿支撐一根熱偶絲，熱絲通以電流加熱，氣體分子的密度越高，從加熱元件帶走的熱量越多，當氣體密度減小，少量熱量被帶走，加熱元件的溫度升高。由熱偶溫度變化產生的毫伏是由電子真空計顯示的壓力數值讀出。

離子真空計由具有高能量的電子游離在周圍附近的氣體分子，而被游離的分子最后被另一極接收，然后被轉換成電流。離子數的多少代表氣體分子的多少，間接的表示氣體的壓力。離子真空計分為熱離子真空計和冷離子真空計。

冷陰極真空計是利用低壓力下氣體分子的電離電流與壓力有關的特性，永磁鐵產生磁力線，磁力線有助于離子集中，在陽極和陰極之間運動。發火針和陽極電離被吸引到陰極的氣體分子。氣體分子的多少，間接表示氣體的壓力。

3 真空檢漏

3.1 概述

真空檢漏就是解決真空系統或容器內漏孔或縫隙的存在，確定漏氣率，以便修補。真空技術中所指的漏孔是非常微小的，其截面形狀各不相同，無法用具體尺寸表示其大小，加之漏氣路徑各式各樣。所以一般用漏氣速率（簡稱為漏率）表示漏孔的大小，即氣體通過漏孔進入真空系統或容器內的氣體量，其物理意義為壓強×體積/時間，漏率的單位是帕斯卡×立方米/秒，記為Pam3/s。

3.2 泄漏檢測方法

真空系統或容器無法做到完全不泄露，因此要根據真空系統的實際工作要求，制定合理的泄露率數值，只要漏孔的漏率低于規定數值，這些漏孔就是允許的。如果發現泄漏率超過規定數值，說明真空系統或容器存在漏孔，這時就需要我們進行真空泄漏檢查。真空檢漏方法很多，根據被檢件所處的狀態可分為充壓檢漏法、真空檢漏法及其它檢漏法。

3.2.1 充壓檢漏法。壓力檢漏法是將被檢系統或容器抽至真空，然后充入具有一定壓力的示漏物質，如果被檢漏容器上有漏孔存在，示漏物質就會從漏孔中逸出，從而可以通過一定的方法或檢漏儀器在被檢容器外檢測出從漏孔中漏出的示漏物質，判斷出漏孔位置，并估計漏孔漏率的大小。

常用充壓檢漏有水壓法、氣壓法、超聲法、氦質譜檢漏儀吸嘴法、氮氣檢漏法等。氨氣檢漏法的原理是把真空系統或容器抽成真空，在器壁外面可疑有漏孔處貼上具有對氨敏感的指示劑的顯影帶，然后在容器內部充入高于一個大氣壓的氨氣，當有漏孔時，氨氣通過漏孔逸出，使顯影帶改變顏色，據此可找出漏孔的位置，由顯影時間、變色區域大小可大致估計出漏孔大小。

3.2.2 真空檢漏法。真空檢漏法是將被檢的真空容器或真空系統與檢漏儀器的檢測元件抽成真空狀態，將示漏物質依次施加在被檢容器或系統外面的可疑部位。如果被檢容器或系統存在漏孔，示漏物質不但會通過漏孔進入到容器或系統中去，同時也會進入到檢漏儀器的檢測元件所在的空間中去，從而通過敏感元件檢測出示漏物質，以出漏孔的位置和大小。

常用真空檢漏法有高頻火花檢漏器法、真空計法、質譜計法、離子泵檢漏法等。離子泵檢漏器的原理是將真空系統或容器和離子泵抽至真空，然后在被檢容器外施加示漏氣體，當示漏氣體通過漏孔進入離子泵時，泵電流將發生變化，根據這種變化可檢示真空系統的漏孔，并可估算漏孔之大小。

3.2.3 其他檢漏法。除了充壓檢漏和真空檢漏的其他真空檢漏方法。常用方法有熒光法、背壓法、放射性同位素檢漏法等。

背壓檢漏法是一種充壓檢漏與真空檢漏相結合的方法，多用于密封件的無損檢漏技術中。是利用背壓室先將檢漏氣體由漏孔充入被檢件，然后在真空狀態下使檢漏氣體再從被檢件中漏出.以檢漏儀檢測漏出的示漏氣體，判定被檢件的總漏率的方法。過程可分為充壓、凈化和檢漏三個步驟。

熒光檢漏法是把熒光物質溶于有機溶劑中，將此溶液灌注于被檢的容器中，或者使被檢部位與溶液接觸，如果有漏孔存在，溶液因毛細作用可滲到漏孔的另一側，待溶劑蒸發后，漏孔的另一側便沉積了干燥的熒光物質，此時如用紫外線燈照射就可發出熒光，即說明該處有漏孔。

4 結束語

通過文章對真空退火爐使用維護中常用的真空測量方法和真空撿漏方法的介紹，為以后真空退火爐使用維護、檢測和研究方面，提供了有力的經驗理論支持。而隨著真空科學技術越來越高，真空測量計和真空檢漏儀器也要進一步的向多元化、自動化及體積小、外形美等方面發展，追趕當前國際上在極高真空測量和特殊條件下的真空測量領域中的先進水平。

參考文獻

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