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Fornos à Vácuo

 

Os fornos à vácuo são usados para Altas temperaturas - processos de tratamento, e variam em capacidade e tamanho. O equipamento foi constantemente melhorado nos últimos 30 anos, tanto que o tratamento à vácuo se transformou em uma aplicação extensamente usada na indústria aeroespacial e automotiva. O vácuo é considerado quando a pressão estiver abaixo da pressão atmosférica e em aplicações industriais como tor, mícrons ou millibars.

Linha Típica para Fornos

 Linha Vácuo

 mBar

 Atmosfera (ambiente)

baixo a médio vácuo

Alto vácuo

 10E+3

10E+3 a 10E-3

10E-3 a <10E-7

 

 

Efeitos do Vácuo

 

Os efeitos de tratar componentes em um vácuo são dois:

 

  1. A Pressão parcial na região meio-elevada do vácuo do ar residual no forno, particularmente O - H O significativamente é reduzido e fornecerá um ambiente aos componentes do processo com quase nenhuma oxidação superfícial. A redução do nitrogênio residual (N) é também benéfica para os materiais, que dariam forma de outra maneira a nitritos. 

  2. A Decomposição de óxidos existentes na superfície dos componentes pode ocorrer dependendo da temperatura e do tipo do material. 

Equipamento Mecânico

 

Fornos à vácuo tem muitos formatos mecânicos diferentes, desenvolvidos com componentes comuns, tais como:

 

  • Trabalhe parte de uma câmara ou câmaras múltiplas geralmente com os protetores de calor (resfriadores de água) carregando e transferindo o mecanismo de revestimento

  • Feitos de placa de grafite ou material para alta temperatura

  • Forno construído de grafite ou  outro de aquecimento, freqüentemente ou alternativamente molibdênio ou material para alta temperatura acima de 1.000°

  • Sistema de bomba de vácuo

  • Controle parcial de pressão

  • Ventilador opcional ajudando a circulação em processos do recozimento

  • Aquecimento por  e/ou gás/ com ventilação forçada

  • Sistema de controle

  • Sistema de resfriamento 

O conceito celular de processamento do vácuo está tornando-se mais difundido com as disposições da multi-célula, usadas para integrar o tratamento térmico no chão de fábrica e de manufatura.

 

Uma simples fornada típica da câmara é mostrada na figura 1.

 

Sistema de controle

 

Cada parte do ciclo de processo exige características específicas de controle.  

  1. Controladores programáveis de forno para acomodar, arranjar em seqüência e monitorar as ações digitais e de bloqueios totais do forno.

 

  1. Sistema de controle seguencial da bomba de vácuo.

O ciclo de bombeamento do vácuo requer que o sistema de controle conecte-se com os tipos múltiplos de ponto baixo, médios e altos do calibre do vácuo. As bombas mecânicas e a bomba de vácuo de alto vapor, necessitam ser ajustadas em seqüência de maneira controlada para assegurar-se de que o forno seja purgado corretamente sem os danos a vazão das bombas ou da parte traseira de óleo na câmara de trabalho. A seqüência é processada comparando o valor real da linha do revestimento protetor ou da pressão da câmara à série de setpoints da pressão na escala elevada média do vácuo. A seqüência pode também incluir, temporizadores  de taxa da eficiência da bomba, algoritmos testando saída analisando a taxa de escape assim como o inter travamento do processo e o calefator do forno.

 

 

3. Controladores programáveis para Tratamento Térmico

 

Os ciclos de tratamento térmico à vácuo são freqüentemente complexos e requerem perfis múltiplos de estágio. Estes perfis são definidos de encontro às especificações dos materiais e componentes, atendendo às receitas controladas.

 

Os perfis da programação de temperatura são freqüentemente os segmentos múltiplos excedentes realizados onde o controle exato necessita ser mantido durante as regiões de calor preto e de calor incandecente. O ciclo seguirá mais freqüentemente taxas de aquecimento definidas e os períodos de interrupção, dependendo do processo de tratamento a ser realizado. As rotinas especiais de otimização do controle para tratar automaticamente da variação no ganho do processo para grandes cargas, podem conduzir aos tempos de ciclo, e à qualidade de produtos melhorados.

 

Sendo o tratamento térmico um processo científico é importante se assegurar de que o processo siga o perfil definido, e os mecanismos especiais devam ser empregados para eliminar perdas e para fornecer a tolerância e a conformidade do termopar.

 

A pressão parcial pode ser controlada dentro da câmara de trabalho adicionando um fluxo controlado de gás inerte de elevada pureza. Desde que alguns materiais têm pressões relativamente elevadas de vapor, exibirão sinais da evaporação na superfície no meio a níveis elevados de vácuo. A finalidade do controle de pressão parcial é levantar o nível da pressão da câmara da área de trabalho, para impedir o efeito de maneira prejudicial.

 

No processo de resfriamento, o vácuo ou refrigerador de Gás-Gás/ventilador são exigências comuns.

 

A maioria dos fornos modernos incluem trocadores de calor altamente eficientes e ventiladores de refrigeração rápidos para ajudar a refrigerar e para finalizar o processo. O fornos são projetadas para operar em pressões traseiras maiores do que 10Bar e a seqüência deve fornecer o controle desta parte do ciclo.

Alguns ciclos do forno fazem também o uso do enchimento traseiro com gás inerte ou o uso de ventiladores da circulação forçada durante o processo do aquecimento, isto é ajudar a transferência de calor abaixo da escala do calor radiante. Para instalações que o óleo opcional resfria o sistema podem ser construído no projeto.

Um perfil típico simples é mostrado na figura 3.

 

4. Controle elétrico de potência

 

Os calefatores do forno à vácuo são feitos de grafite, de molibdênio ou ocasionalmente de outras ligas para alta temperatura, operam nas tensões mais baixas que as principais disponíveis e são conectados geralmente à fonte através de um transformador ou de um reator saturável.

 

O material do elemento não deve ser exposto a uma atmosfera de oxidação, deve estar na temperatura e os bloqueios especiais de pressão no controlador de vácuo estão empregados para impedir isto. Os controladores de potência do tiristor são usados para dar os melhores resultados quando os aquecedores são acoplados à fonte através de um transformador.

 

5. Relação com medidores do vácuo

 

Uma consideração especial necessita ser feita sobre a relação do sistema de controle com vários tipos de medidores do vácuo que estão disponíveis.

 

Os medidores modernos tendem a ser da escala larga ou do tipo ativo onde a extensão da saída é escalada para coincidir com uma escala logarítmica definida do vácuo. As soluções de controle de Eurotherm empregam a linearização padrão da entrada para acomodar muitos medidores industriais de vácuo, e onde os novos são usados com uma técnica simples disponível para recalcular a linearização requerida.

 

Os medidores ativos típicos são:

Atmosfera ao vácuo médio 10E0 a 10E-4; Medidores de Pirani; Medidores do Termopar; e medidores de tensão

Vácuos na escala 10E-2 a 10E-9, medidores do íon; e medidores invertidos do magnetron.

Os medidores da escala alta ou cheia empregam mais de uma técnica de medição mas têm uma saída contínua através da escala 10E0 a 10E-9.

 
 

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