книги из ГПНТБ / Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры

окончательной затяжки соединения необходимо приме­ нить ключ с удлиненной до 1 000 мм рукояткой. Все остальные правила монтажа, проверки вакуумной плот­ ности и эксплуатации аналогичны правилам соединений с цельными фланцами.

По принципу действия уплотнение соединений с сек­ ционными фланцами аналогично описанному в преды­ дущем параграфе уплотнению с утапливаемыми штиф­ тами и проволочным уплотнителем. Штифты размеща­ ются на закруглениях пли на углах или в местах изме­ нения направления уплотнителя, причем крайние штиф­ ты, прилегающие к прямым участкам, должны быть расположены так, чтобы уплотнитель на прямом участ­ ке находился посередине уплотняемой поверхности. На прямых участках штифты размещаются только в случае необходимости, например для предотвращения провиса­ ния горизонтального участка проволочного уплотнителя при вертикальном положении больших фланцев. Штиф­ ты должны размещаться так, чтобы уплотнитель на всем протяжении удерживался не ближе 3 мм от края уплот­ няемой поверхности.

быть изготовлен из алюминиевой, медной или никелевой проволоки толщиной 2 мм. Алюминиевый уплотнитель применяется в установках, требующих прогрева не свыше 200 °С. При более высокой температуре прогревов вслед­ ствие значительной разницы в величинах температурных коэффициентов линейного расширения алюминия и ста­ ли происходит постепенная температурная раскачка уплотнения и после нескольких циклов нагрева соедине­ ние может разуплотниться.

Наилучшие результаты достигаются при применении медной отожженной проволоки. Медный уплотнитель позволяет производить многие десятки циклов прогрева до 450 °С без промежуточных подтяжек крепежа и без

292

потери вакуумной плотности. Разуплотнения не насту­ пает и при более высоком прогреве, но тогда возможна сварка уплотнителя с фланцами, что приводит к серьез­ ной порче уплотняемых поверхностей.

Применение никелевых уплотнителей позволяет про­ гревать соединения до 600 °С и даже несколько выше, но при этом требует больших стягивающих усилий.

Расчетная длина уплотнителя определяется по фор­ муле

Целесообразно все скругленные участки фланцев вы­

диус скругленных участков; п — суммарное число штиф­ тов на всех скругленных участках.

Фактическая длина уплотнителя должна быть на 0,15—0,25% менее расчетной, чтобы при монтаже при­ дать уплотнителю определенный натяг.

13-5. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА МОНТАЖ А

ИОБСЛУЖИВАНИЯ СОЕДИНЕНИИ

СМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ УПЛОТНИТЕЛЯМИ

Все соединения с металлическими уплотнителя­ ми предназначаются для систем сверхвысокого вакуума или для высоковакуумных систем с повышенными тре­ бованиями к чистоте среды в откачанных объемах. Сле­ довательно, монтаж соединений должен производиться особенно тщательно с соблюдением высокой степени чи­ стоты рабочего места, всех деталей, инструмента и рук сборщика.

Детали соединения должны быть тщательно промыты и просушены. При сборке соединения, разобранного по­ сле прогревов, необходимо уплотняемые поверхности фланцев очистить от следов окисления уплотнителя при помощи мелкой шкурки. Очистку производить движе­ ниями вдоль уплотнителя, не допуская образования по­ перечных рисок.

293

Металлические уплотнители, как правило, применя­ ются однократно. Некоторые конструкции уплотнения до­ пускают повторное и даже многократное использование одного и того же уплотнителя, но при обязательном условии стягивания соединения каждый раз не до кон­ ца, а только до прекращения натекания, определяемого течеискателем. Как указывалось выше, при уплотнении происходит своего рода штамповка уплотнителя и вто­ рично попасть фланцем-штампом точно во все микроде­ тали рисунка первой штамповки невозможно. Поэтому для эффективного вторичного уплотнения необходимо иметь возможность дополнительного сплющивания уплотнителя с заполнением снова всех микроиеровностей.

Поверхности медного уплотнителя, к которым имеет доступ атмосферный воздух, после прогрева покрывают­ ся обычно черной рыхлой окисыо меди. При разборке со­ единения и повторном монтаже следует осторожно уда­ лять ее и следить, чтобы частицы ее не попали на уплот­ нитель.

При стыковке фланцев с утапливаемым кольцом не­ обходимо соблюдать их параллельность и избегать толч­ ков и ударов во избежание преждевременного смещения кольца и освобождения незажатого уплотнителя. Реко­ мендуется использовать отжимные болты как временные упоры при сближении фланцев, чтобы между кольцом и ответным фланцем оставался зазор 5—8 мм, который затем выбирается одновременным вывертыванием от­ жимных болтов и подтягиванием стяжных шпилек.

Уплотнение соединений производится постепенной равномерной затяжкой гаек по кругу в несколько про­ ходов. Поворот ключа при каждом проходе должен быть не более 45°. Полное уплотнение осуществляется за 6—8 проходов. Затяжка производится усилием одного человека вначале стандартным ключом, а затем торцо­ вым ключом с удлиненной рукояткой: для крепежа диа­ метром 16 мм — длиной 450 мм, для крепежа диаметром 18 мм — длиной 600 мм и для 20 — около 1000 мм.

Правильно изготовленное и собранное фланцевое со­ единение работоспособной конструкции после прогрева и при эксплуатации не требует дополнительной подтяж­ ки крепежа. Если же соединение собрано плохо или из­ готовлено неаккуратно, то при прогреве в точке образо­ вавшейся течи уплотнитель окисляется и подтяжка кре-

294

йежа в этом случае Пользы ке приносит: через слой окисла газ будет поступать несмотря на самое сильное сжатие.

При транспортировании и хранении деталей фланце­ вых соединений необходимо обеспечить сохранность их от случайных повреждений. Особенно тщательно следует сохранять уплотняемые поверхности.

Небольшие повреждения фланцев, полученные в про­ цессе эксплуатации, в некоторых случаях могут быть исправлены. Наиболее характерными повреждениями являются забоины и царапины па уплотняемых поверх­ ностях, а также появление трещин в местах сварки за­ готовок.

Мелкие забоины и царапины устраняются зачисткой шабером и мелкой шкуркой. Более крупные поврежде­ ния и трещины завариваются аргоно-дуговой сваркой с присадкой металла. Трещины перед заваркой должны быть разделены на глубину 2,5—3,0 мм. После заварки повреждений излишки наплавленного металла удаляют­

Глава четырнадцатая

ИСПЫТАНИЯ НА ВАКУУМНУЮ ПЛОТНОСТЬ

14-1. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ

Обязательной операцией в процессе изготовления любой ва­ куумной установки или прибора является испытание его отдельных узлов, а затем и всей установки в сборе на вакуумную плотность.

Из существующих многочисленных методов обнаружения течей в корпусах и трубопроводах аппаратов и в их соединениях мы остановимся только на некоторых, имеющих наиболее широкое прак­ тическое применение в производственных услознях, достаточно уни­ версальных и обладающих необходимой степенью чувствительности.

Метод течеискания должен позволять применять его при работе с различными материалами, из которых изготовляется вакуумная система; при помощи этого метода нужно определять не только на­ личие н величину течи, но и точно устанавливать место ее, хотя бы последняя и не могла быть различима даже вооруженным оптиче­ скими приборами глазом. Кроме того, производственный метод испы­ таний должен быть быстрым и не требовать от оператора высокой квалификации и длительной подготовки.

Такими методами являются: опрессовка для определения грубых течей; испытание галогенным течеискателем; испытание масс-спектро- метрическим течеискателем.

29 5

14-2. ИСПЫТАНИЕ ОПРЕССОВКОЙ

Метод опрессовки в вакуумном производстве применяется Для первоначальной грубой проверки или в случаях, когда имеется течь такой величины, которая может привести к образованию на по­ груженной в воду поверхности заметно возрастающих пузырьков.

Метод опрессовки заключается в следующем: деталь, небольшой узел или прибор, герметически закрытые, за исключением одного входного отверстия, присоединяются этим отверстием к шлангу воз­ духопровода или воздушному насосу и накачиваются воздухом до повышенного давления 1,5—2,0 кгс/см2, после чего погружаются в ванну с чистой водой, если это позволяют размеры испытываемого изделия, или же смачиваются по всем швам, соединениям или подо­ зрительным местам мыльным раствором. В том н другом случае на поверхности металла образуются воздушные пузыри не только в ме­ стах течей, но и по всей поверхности.

Задача заключается в том, чтобы суметь различать среди боль­ шого числа пузырьков растущие пузырьки на месте течи. Этому по­ могает медленное, аккуратное протирание поверхности изделия под слоем жидкости, снимающие пузырьки адсорбированного поверхно­ стью изделия воздуха, но не уничтожающее пузырьки, вырастающие на месте течи.

Чувствительность этого метода определяется способностью рабо­ чего обнаружить растущий пузырек. Предельно малый обнаружи­ ваемый рост пызурька соответствует натеканию примерно 1,7-10—3 л-мкм рт. ст/сек. С увеличением испытательного давления через ту же течь проходит больше воздуха, пузырек растет быстрее и, следо­ вательно, чувствительность повышается.

Однако повышение давления внутри испытываемой установки со­ пряжено с опасностью ее разрушения При этом, так как испытание ведется сжатым газом, а не жидкостью, разрушение установки может сопровождаться взрывным эффектом со всеми вытекающими отсюда последствиями. Повышение внутреннего давления допустимо только в случае, когда тщательным поверочным расчетом установлена доста­ точная прочность аппарата и приняты все меры безопасности: погру­ жение в глубокую ванну с водой и прочные защитные ограждения для исключения возможности травмирования работающих люден и повреждения оборудования. Поэтому под давлением выше 2 кгс/см2 допустимо испытывать только детали весьма малых размеров.

Особо следует упомянуть об испытании на течь сквозь цельный металл деталей, изготовленных из конструкционной стали, часто имеющей дефекты, о которых мы упоминали в гл. 2, 3.

Целью такого испытания, производимого иногда также опрессов­ кой, является установление в первую очередь количества течей на детали, их расположения и размеров, чтобы на основании этих дан­ ных решить вопрос о возможности исправления детали заваркой пли пайкой и пригодности ее к дальнейшей обработке или сборке.

Для этих испытаний необходимо давление газа в 10—15 кгс/см2, а следовательно, требуются прочные приспособления для зажима и уплотнения детали, а также необходимо соблюдать повышенную осторожность, так как при разрыве детали рабочий может получить травму. Газ подводится к испытываемой детали не обычным шлан­ гом, а медной трубкой со змеевиковыми компенсаторами (для гибко­ сти всей системы) или дюрнтовым шлангом высокого давления. Де­ таль под давлением помещается в глубокую ванну с чистой водой. Испытанию должен предшествовать поверочный расчет на прочность.

296

ЁольШие камеры в целях экономии времени рекомендуется ДО окончательного испытания более точным методом проверять опрес­ совкой под небольшим давлением воздуха (1,3—1,5 кгс/см2) с прома­ зыванием всех швов и соединений мыльным раствором. Только в том случае, если испытание опрессовкой не покажет течи, можно прово­ дить испытание камеры течеискателем, предварительно тщательно промыв и просушив ее.

давления та же, что н -при опрессовке. Затем щупом проводят -по всем соединениям • и подозрительным местам поверхности. Если «пробный» газ где-либо вытекает наружу, он будет втянут щупом и

//

Рлс. 14-4. Схема вакуумной системы масс-спектромстри- ческого течеискателя.

1 — камера масс-спектрометра;

вентилятор: 6 — форвакуумный

Еще более чувствительным прибором является течеискатель ПТИ-7, в котором чувствительность увеличена в 10 раз за счет кон­ структивных изменении масс-слектрометрической камеры и электри­

этом максимальная чувствительность прибора составляет 2-10~° л-мк.ч-рт. ст/сек. Для этой цели в вакуумную систему течеискателя введен дополнительный вентиль, установленный между азотной ло­ вушкой и пароструйным насосом. Наличие вентиля позволяет изме­ нять быстроту откачки масс-спектрометрической камеры и тем самым уменьшать скорость откачки гелия. Этот метод даст возможность провести предварительные испытания проверяемого объекта при ма­ лой инерционности прибора, а затем осуществить быстрый переход (путем частичного перекрытия дополнительного вентиля) к режиму высокочувствительных испытаний

Следует отметить, что метод дросселирования откачки неприме­ ним при испытаниях объемов с большим собственным газовыделением.

Устройство и действие масс-спектрометрических течеискателей.

Вакуумная система течеискателя состоит из небольшого диффузион­ ного масляного вакуумного насоса с воздушным охлаждением, со­ единенного с механическим вакуумным насосом, создающим необхо­ димое предварительное разрежение (рис. 14-4). Диффузионный насос через азотную ловушку и дросселирующий вентиль присоединяется к испытываемому объему. К вакуумной системе течеискателя присо­ единена и масс-спектрометрическая камера — основной узел уста­ новки.

Камера (плоская, цилиндрическая коробка) имеет ионный источ­ ник, в котором под действием потока электронов, испускаемых ка­ тодом, ионизируются газы, поступающие в камеру через вакуумную систему из откачиваемого испытываемого объема.

Выходящие из источника ионы разгоняются (ускоряются) в элек­ трическом поле напряжением 300—400 в, приложенным между короб­ кой источника и диафрагмой, установленной перед ним с целью вы­ тягивания пучка ионов из источника.

Пучок ионов попадает затем внутри камеры в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, между полюсами которого поме-

300