Soluzioni di pompe per vuoto orientate all'ingegneria per trattamenti termici ad alte prestazioni
I forni per trattamento termico sotto vuoto sono sistemi di trattamento termico appositamente progettati per l'indurimento, la ricottura, la brasatura, la sinterizzazione di metalli e materiali e altri processi industriali critici in atmosfere controllate. Il cuore di questi forni è il sistema di pompaggio del vuoto, che rimuove l'aria e i gas di processo per creare e mantenere la pressione e l'atmosfera richieste durante tutto il ciclo termico.
Questo articolo spiega come vengono applicate le pompe per vuoto nei forni per trattamento termico sotto vuoto, quali tipi di pompe sono adatti per ogni fase di funzionamento del forno e come configurare sistemi di pompaggio per vuoto ad alta affidabilità per applicazioni in forni industriali.
1. Fasi del processo sotto vuoto nei forni per trattamento termico
Il trattamento termico sotto vuoto prevede diverse fasi di pompaggio con requisiti distinti:
Sgrossatura ed Evacuazione della Camera
Passa dalla pressione atmosferica al vuoto spinto (tipicamente ~10⁻¹ – 10⁻³ mbar)
Rimuove l'aria e l'umidità che potrebbero interferire con la lavorazione ad alta temperatura
Alto vuoto e rimozione dei gas di processo
Mantiene il vuoto stabile durante i periodi di mantenimento ad alta temperatura
Evacua il gas rilasciato dai metalli (p. es., desorbimento, degassamento)
Controllo delle perdite e riempimento
Gestisce il riempimento controllato con gas inerti o di processo
Garantisce la stabilità della pressione durante il raffreddamento e lo sfiato
Diversi tipi di pompe devono essere abbinati a queste fasi per un funzionamento affidabile.
2. Pompe per sgrossatura: generazione del vuoto primario
Pompe a vuoto rotante-lubrificato a olio
Le pompe rotative a palette lubrificate ad olio sono ampiamente utilizzate come pompe per sgrossatura nei forni per trattamento termico sotto vuoto per l'evacuazione delle camere. Forniscono prestazioni affidabili quando si abbassa la pressione dai livelli atmosferici a quelli di vuoto approssimativo.
Attributi funzionali chiave
Generazione stabile del vuoto approssimativo
Buona coppia e cilindrata per lo svuotamento iniziale
Design meccanico robusto adatto agli ambienti dei forni
Ruoli tipici
Evacuazione prima delle fasi di alto vuoto – preparazione della camera del forno
Pompaggio durante l'aumento della temperatura per ridurre il carico di ossigeno e umidità
Queste pompe sono generalmente configurate come primo stadio in un sistema multi-pompa grazie alla loro comprovata affidabilità e all'ampio range operativo.
3. Fasi di alto vuoto: supporto del pompaggio profondo
Pompe per vuoto Roots (pompe booster)
Quando il forno passa dal vuoto approssimativo al vuoto spinto (≈10⁻³ – 10⁻⁵ mbar), le pompe per vuoto Roots vengono spesso utilizzate in combinazione con una pompa per vuoto.
Ruolo del sistema
Stadio booster tra la pompa per vuoto e l'alto vuoto
Aumenta significativamente la velocità di pompaggio effettiva
Riduce la pressione finale più rapidamente rispetto alle sole pompe per vuoto
Le pompe Roots sono spesso abbinate a una pompa rotativa a palette lubrificata a olio o a una pompa di supporto a secco per fornire un flusso di gas efficiente all'estremità del processo con alto vuoto.
Pompe turbomolecolari e per alto vuoto (opzionali)
Per le applicazioni che richiedono un vuoto ultra elevato o ambienti molto puliti, come l'indurimento con fascio di elettroni o processi sensibili ai contaminanti, dopo le fasi di sgrossatura e booster vengono utilizzate pompe per alto vuoto come le pompe turbomolecolari.
Le pompe per alto vuoto possono raggiungere pressioni ben inferiori a 10⁻⁴ mbar se adeguatamente posizionate e isolate.
4. Pompe per vuoto a secco per supporto forno
Pompe per vuoto a vite a secco
Le pompe per vuoto a vite a secco sono sempre più apprezzate nei sistemi di forni a vuoto industriali, in particolare dove il funzionamento senza olio, la resistenza ai solventi e la lunga durata sono priorità.
Punti di forza dell'applicazione
Compressione completamente priva di olio: riduce il rischio di contaminazione
Gestione efficace dei carichi di gas durante il desorbimento e il degassamento
Intervalli di manutenzione più lunghi rispetto alle pompe con tenuta a olio
Le pompe a vite a secco sono particolarmente adatte per installazioni di forni con cicli frequenti o dove la pulizia è un problema.
5. Sistemi di pompaggio combinati: ingegneria per le prestazioni
Poiché i forni a vuoto affrontano condizioni di pressione e carico di gas variabili durante un ciclo termico, la maggior parte dei sistemi a vuoto del forno sono configurazioni ibride che combinano più tipi di pompa:
Architettura tipica del sistema di pompaggio
Fase 1: pompa rotativa a palette lubrificata a olio (sgrossatura)
Fase 2: Pompa booster Roots (produttività elevata)
Fase 3: Pompa a vite a secco o ad alto vuoto (stabilizzazione del processo)
Questo approccio a più livelli garantisce:
Evacuazione iniziale rapida
Elevata produttività durante le fasi di rilascio del gas
Mantenimento stabile del vuoto a temperature elevate
Semplifica inoltre la logica di controllo per i sistemi di automazione dei forni.
6. Considerazioni sulla progettazione per i sistemi di vuoto del forno
Gestione del gas condensabile
Il trattamento termico sotto vuoto può rilasciare vapori condensabili dalle superfici del pezzo o della camera. Una corretta progettazione include:
Trappole fredde
Separatori di condensa per proteggere le pompe per vuoto e migliorarne l'efficienza.
Compatibilità dei materiali e raffreddamento
Le pompe e le tubazioni devono essere adatte a temperature di processo elevate e gas reattivi. Materiali come l'acciaio inossidabile e le leghe resistenti alla corrosione sono comuni nelle tubazioni per vuoto dei forni.
Ridondanza e controllo
Le installazioni di forni ad alta disponibilità spesso includono:
Doppie pompe con failover automatico
Sequenziamento basato su PLC per il funzionamento in cascata delle pompe
Vuotometri e controlli integrati
Queste caratteristiche sono essenziali per ridurre al minimo i tempi di inattività e garantire una qualità ripetibile del trattamento termico.
7. Soluzioni Wordfik con pompe per vuoto per forni di trattamento termico sotto vuoto
Wordfik offre soluzioni di pompe per vuoto progettate su misura per applicazioni in forni a vuoto, tra cui:
Pompe per vuoto rotative a palette lubrificate ad olio per operazioni di sgrossatura affidabili
Pacchetti di pompe booster Roots per una maggiore produttività
Configurazioni di pompe per vuoto a secco per ambienti sensibili alla contaminazione
Controllo personalizzato e integrazione con l'automazione del forno
La progettazione di ogni sistema si basa sulle dimensioni del forno, sul carico del gas di processo e sulle prestazioni della curva del vuoto desiderate. I sistemi Wordfik possono essere forniti come skid pompa preconfigurati o integrati direttamente nella progettazione del forno.
8. Caso in evidenza: configurazione tipica di pompaggio del forno
Un forno utilizzato per il trattamento termico sotto vuoto e la sinterizzazione può impiegare:
Una pompa rotativa a palette per lo svuotamento iniziale della camera
Un booster di radici accoppiato per aumentare la velocità di pompaggio effettiva
Una pompa a vite a secco per il supporto finale e fasi prive di contaminazione
Questa combinazione garantisce un'evacuazione efficiente attraverso tutte le fasi del trattamento termico e riduce al minimo il tempo di ciclo mantenendo il controllo del processo.
