Задача сокращения времени откачки
Для крупногабаритных вакуумных камер электронно-лучевых сварочных установок время выхода на рабочее давление определяет продолжительность цикла. В статье приведён ориентир: достижение давления 2·10−4 мм рт. ст. в камере объёмом 20–30 м³ обычно должно занимать не более 20 минут.
Один из факторов, замедляющих откачку, — водяной пар в удаляемой воздушной среде. Он конденсируется на стенках камеры и механизмах. При давлении 10−2 мм рт. ст. доля водяного пара в остаточном газе может составлять от 65 до 95 %, а на внутренних поверхностях может образовываться от 50 до 100 монослоёв.
Предварительная продувка камеры горячим сухим воздухом рассматривается как другой путь удаления водяного пара, однако в публикации отмечено, что такой способ ещё не был доведён до промышленной реализации.
Вымораживание водяного пара
Для вымораживания водяного пара используют криозмеевики, охлаждаемые до температур, близких к −100 °C. При температуре −109,1 °C парциальное давление водяного пара не превышает 2·10−5 мм рт. ст.
В описанной системе применён криозмеевик из гладкой медной трубки, соотношение поверхности и массы которого обеспечивает быстрый цикл работы. При охлаждении смесевой хладагент испаряется в змеевике при температурах от −90 до −150 °C. Охлаждение стандартного криозмеевика от 25 до −110 °C занимает не более двух минут.
- Криозмеевик охлаждается смесевым хладагентом и улавливает водяной пар из объёма камеры.
- Для быстрого отогрева в тот же змеевик подают горячий газ, предварительно очищенный от масла.
- Система добавляется к традиционному вакуумному откачному блоку и может подключаться к общей системе компьютерного управления.
Результат на вакуумной камере КЛ-132
Временная зависимость откачки показывает: после включения системы вымораживания при давлении около 10−2 мм рт. ст. скорость разрежения существенно повышается. Давление 2·10−4 мм рт. ст. было достигнуто за 20 минут; без вымораживания — за 40 минут.
Значение для электронно-лучевой сварки
Помимо сокращения времени откачки, вымораживание водяного пара уменьшает вероятность попадания влаги в зазор между свариваемыми кромками. В частности, это помогает снизить риск появления мелких пор в шве при сварке титановых сплавов.
Литература
1. Нестеров С. Б., Подчерняев О. Н., Юдин Б. В., Кеменов В. Н., Андросов А. В. Высоковакуумные промышленные крионасосы. Материалы 6-й международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование», Харьков, 2003, с. 231–237.
