RU2059732C1

RU2059732C1 - Apparatus for thermic and thermomechanical treatment in vacuum or in controlled atmosphere of tubular parts

Info

Publication number: RU2059732C1
Application number: RU94007862A
Authority: RU
Inventors: В.А. Петров; А.В. Петров
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа фирма "ПРЭТТИ"
Priority date: 1994-03-05
Filing date: 1994-03-05
Publication date: 1996-05-10

Abstract

FIELD: thermic and thermochemical treatment in vacuum or in controlled atmosphere of tubular parts, especially large-size thin-wall tubes, cylindrical or conical, such as shells, tanks, high-pressure bottles. SUBSTANCE: apparatus includes a charging and heating chamber in the form of a casing, at attachment for securing the part in the form of vertical hollows axially symmetrical mandrel, being cylindrical or conical one and corresponding to an inner surface of the part, with end heat insulation members in the form of removable metallic screens, a heat exchange unit, arranged in the above mentioned mandrel. The casing joined with the mandrel forms an inner sealed vacuum cavity with the use of vacuum sealing members. The charging and heating chamber and the mandrel are in the form of separate members. The chamber has an outer insulation, the heat exchange unit is in the form of heater on in the form of a cooling packing. EFFECT: enhanced quality of thin-wall tubular parts subjected to such treatment. 7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической и термохимической обработке под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы, особенно крупногабаритных труб типа обечаек емкостей и баллонов высокого давления. The invention relates to metallurgy and can be used in thermal and thermochemical processing under vacuum or in a controlled atmosphere of tubular shaped parts, especially large pipes such as shell casings and high-pressure cylinders.

Известен ряд вакуумных печей (см. Соболев С.И. Мурованная С.Г. "Вакуумные электропечи для закалки, разработанные в СССР", МиТОМ, 1977, N 8, с. 44-47), включающих загрузочную камеру, камеру нагрева и камеру охлаждения, вакуумную систему и систему нагрева. Недостатком этих печей является высокое энергопотребление, большое отношение вакуумируемого объема к объему обрабатываемой детали трубчатой формы, сложность использования фиксирующих оправок и приспособлений при регламентированных скоростях охлаждения. A number of vacuum furnaces are known (see Sobolev S.I. Murated S.G. "Vacuum hardening electric furnaces developed in the USSR", MiTOM, 1977, No. 8, pp. 44-47), including a loading chamber, a heating chamber and a chamber cooling, vacuum system and heating system. The disadvantage of these furnaces is high energy consumption, a large ratio of the evacuated volume to the volume of the tubular shape being processed, the difficulty of using fixing mandrels and devices at regulated cooling speeds.

Известна вакуумная печь (патент США N 3684263, НКИ 266-4А, С 21 D 1/66, 1972) для безокислительного нагрева и закалки в масле, состоящая из горизонтально расположенного цилиндрического кожуха с водоохлаждаемыми стенками, под которым установлен закалочный бак, нагревательной системы и гидравлического перегружающего устройства для перемещения изделия в зону нагрева и в закалочный бак. Недостатком этой печи также является высокое энергопотребление, большой объем вакуумируемого пространства и практическая невозможность термической обработки в горизонтальном положении тонкостенных деталей трубчатой формы. A known vacuum furnace (US patent N 3684263, NKI 266-4A, C 21 D 1/66, 1972) for non-oxidative heating and oil quenching, consisting of a horizontally arranged cylindrical casing with water-cooled walls, under which there is a quenching tank, a heating system and hydraulic overload device to move the product into the heating zone and into the quenching tank. The disadvantage of this furnace is also high energy consumption, a large amount of vacuum space and the practical impossibility of heat treatment in the horizontal position of thin-walled tubular parts.

Известна также вакуумная нагревательная печь (патент Японии N 48-979, НКИ 67L0, F 27 B 9/26), содержащая загрузочную площадку с вмонтированным электронагревателем для нагрева снизу, а нагрев сверху осуществляется нагревателями, вмонтированными в свод крышки печи. Недостатком этой печи является высокое энергопотребление и инерционность нагревательной системы печи, невозможность регламентации скорости охлаждения. Also known is a vacuum heating furnace (Japanese patent N 48-979, NKI 67L0, F 27 B 9/26), containing a loading pad with a built-in electric heater for heating from below, and heating from above is carried out by heaters mounted in the arch of the furnace lid. The disadvantage of this furnace is the high energy consumption and inertia of the heating system of the furnace, the inability to regulate the cooling rate.

В качестве ближайшего прототипа выбрано устройство для термической и термохимической обработки материалов под вакуумом или в контролируемой атмосфере (патент Франции N 1501738, МКИ С 21 D, 1967), содержащее герметизированный цилиндрический резервуар, где может быть создан вакуум или защитная среда, устройство для установки детали и перемещения ее в индукционную нагревательную печь и в закалочный бак. As the closest prototype, a device for thermal and thermochemical processing of materials under vacuum or in a controlled atmosphere (French patent N 1501738, MKI C 21 D, 1967) containing a sealed cylindrical tank where a vacuum or protective medium can be created, a device for installing the part and moving it to the induction heating furnace and to the quenching tank.

Общими недостатками аналогов и прототипа является высокое потребление электроэнергии, большой объем вакуумируемого пространства, особенно при термической или термохимической обработке крупногабаритных тонкостенных деталей трубчатой формы, невозможность регулирования скорости охлаждения детали. The common disadvantages of analogues and prototype are high energy consumption, a large amount of vacuum space, especially during thermal or thermochemical processing of large-sized thin-walled tubular parts, the inability to control the cooling speed of the part.

Целью изобретения является разработка устройства для термической и термохимической обработки под вакуумом или в контролируемой атмосфере тонкостенных деталей трубчатой формы, обеспечивающего снижение энергопотребления, уменьшение объема вакуумируемого пространства и возможность регулирования скорости охлаждения. The aim of the invention is the development of a device for thermal and thermochemical treatment under vacuum or in a controlled atmosphere of thin-walled tubular parts, which reduces energy consumption, reduces the volume of vacuum space and the ability to control the cooling rate.

Указанная цель достигается тем, что корпус камеры загрузки и нагрева детали трубчатой формы выполнен в виде полой осесимметричной оправки цилиндрической или конической формы, соответствующей форме внутренней поверхности обрабатываемой детали, и крышки оболочковой формы, образующих внутреннюю герметичную вакуумируемую полость, вакуумные затворы в виде сопрягаемых водоохлаждаемых фланцевых соединений с герметизирующими прокладками, а нагревательный элемент размещен внутри полого осесимметричного корпуса устройства. This goal is achieved by the fact that the housing of the loading and heating chamber of the tubular shaped part is made in the form of a hollow axisymmetric mandrel of cylindrical or conical shape, corresponding to the shape of the inner surface of the workpiece, and a shell-shaped lid forming an internal sealed evacuated cavity, vacuum gates in the form of mating water-cooled flange connections with sealing gaskets, and the heating element is placed inside a hollow axisymmetric device casing.

На чертеже показано устройство "ПРЭТТИ" для термической и термохимической обработки под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы, включающее: 1 обрабатываемая тонкостенная деталь осесимметричной цилиндрической (или конической) формы; 2 оправка цилиндрической (или конической) формы, выполняющая роль корпуса устройства; 3 теплоизолированный кожух-крышка; 4, 5 герметизирующие уплотнительные элементы; 6, 7 водоохлаждаемые фланцы; 8, 9 болты, стягивающие фланцы; 10, 11 шланги для подачи охлаждающей воды; 12 штуцер для вакуумирования; 13 герметичное рабочее пространство; 14 поддон для установки устройства; 15 нижний теплозащитный экран; 16 нагревательный элемент; 17 верхний теплозащитный экран. The drawing shows the device "PRETTI" for thermal and thermochemical treatment under vacuum or in a controlled atmosphere of tubular shaped parts, including: 1 processed thin-walled part of an axisymmetric cylindrical (or conical) shape; 2 a mandrel of cylindrical (or conical) shape, acting as a device body; 3 heat-insulated casing-cover; 4, 5 sealing sealing elements; 6, 7 water-cooled flanges; 8, 9 bolts tightening the flanges; 10, 11 hoses for supplying cooling water; 12 fitting for evacuation; 13 airtight workspace; 14 tray to install the device; 15 bottom heat shield; 16 heating element; 17 upper heat shield.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Обрабатываемая деталь осесимметричной цилиндрической (или конической) формы 1 устанавливается на соответственной формы оправку 2, выполняющую роль корпуса устройства, и закрывается теплоизолированным кожухом-крышкой 3, а герметизация внутренней полости вакуумируемого объема рабочего пространства достигается использованием уплотнительных элементов 4 и 5, размещенных в узлах уплотнения водоохлаждаемых фланцев 6 и 7, стягиваемых болтами 8 и 9. По шлангам 10 и 11 подается охлаждающая фланцы вода и производится вакуумирование через штуцер 12 герметичного рабочего пространства 13 (и при необходимости рабочее пространство заполняется инертным газом или газом контролирующей атмосферы), а устройство устанавливается на поддон 14 с нижним торцовым теплоизолирующим экраном 15 и нагревательным элементом 16, после чего устанавливается верхний торцевой теплоизолирующий экран 17 и производится нагрев устройства от нагревательного элемента 16. Нагревательный элемент 16 может быть выполнен в виде индуктора ТВЧ или ТПЧ, с элементами электросопротивления или в виде пассивного элемента-теплоносителя, предварительно нагреваемого в отдельной печи до расчетной температуры, превышающей температуру нагрева детали 1. После выполнения нагрева по технологическому режиму термической или термохимической обработки нагревательный элемент переключается на режим регламентируемой скорости охлаждения или извлекается из устройства, а при необходимости в корпус устройства вводится холодильная насадка, распыляющая водную или воздушную охлаждающую среду. The machined part of the axisymmetric cylindrical (or conical) form 1 is mounted on the corresponding form, the mandrel 2, which acts as the device body, and is closed by a heat-insulated casing-cover 3, and the sealing of the internal cavity of the evacuated volume of the working space is achieved using sealing elements 4 and 5 located in the seal nodes water-cooled flanges 6 and 7, tightened by bolts 8 and 9. Through hoses 10 and 11, cooling flanges are supplied with water and evacuation through the nozzle 12 a meticulous working space 13 (and if necessary, the working space is filled with an inert gas or gas of a control atmosphere), and the device is mounted on a pallet 14 with a lower end heat-insulating screen 15 and a heating element 16, after which the upper end heat-insulating screen 17 is installed and the device is heated from the heating element 16. The heating element 16 can be made in the form of an inductor HDTV or TFC, with elements of electrical resistance or in the form of a passive element-heat An heater pre-heated in a separate furnace to a design temperature exceeding the heating temperature of part 1. After heating is performed according to the technological regime of thermal or thermochemical treatment, the heating element switches to a controlled cooling rate mode or is removed from the device, and if necessary, a cooling nozzle is introduced into the device’s body, atomizing water or air cooling medium.

Использование предлагаемого устройства для термической и термохимической обработки под вакуумом или в контролируемой атмосфере деталей трубчатой формы, особенно крупногабаритных тонкостенных труб с малой массой, взамен крупногабаритных вакуумных печей обеспечивает:
снижение энергопотребления в 5-7 раз и более по сравнению с вакуумными печами в которых электроэнергия потребляемая нагревательным элементами лишь в незначительной мере расходуется на нагрев детали, а наибольшая ее часть затрачивается на потери тепла в водоохлаждаемых элементах печи;
сокращение технологического цикла термической обработки с 8-15 ч до 0,2-1,5 ч;
снижение капитальных затрат.The use of the proposed device for thermal and thermochemical treatment under vacuum or in a controlled atmosphere of tubular shaped parts, especially large-sized thin-walled pipes with a small mass, instead of large-sized vacuum furnaces, provides:
reduction of energy consumption by 5-7 times or more compared to vacuum furnaces in which the energy consumed by the heating elements is only slightly used to heat the part, and most of it is spent on heat loss in the water-cooled elements of the furnace;
reduction of the heat treatment technological cycle from 8-15 hours to 0.2-1.5 hours;
reduction in capital costs.

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает достижение положительного эффекта и обладает критерием "существенные отличия". Thus, the invention compared with the prototype provides a positive effect and has the criterion of "significant differences".

Claims

1. PRETTI DEVICE FOR THERMAL AND THERMOMECHANICAL TREATMENT UNDER VACUUM OR IN THE CONTROLLED ATMOSPHERE OF TUBULAR FORM PARTS, containing a loading and heating chamber in the form of a housing, a heat exchange unit and a fixture for parts, vertical mounted in the form that axisymmetric mandrel of cylindrical or conical shape, corresponding to the shape of the inner surface of the part, with end insulating elements, the housing is connected to the mandrel, forming a tight the internal vacuum cavity of the working space, by means of internal vacuum gates in the form of mating water-cooled flange connections with sealing gaskets, and the heat exchange unit is located inside the mandrel.

2. The device according to claim 1, characterized in that the loading and heating chamber and the heat exchange unit are made in the form of separate elements.

3. The device according to claim 1, characterized in that the housing is made with heat insulation located outside.

4. The device according to p. 1, characterized in that the heat exchange unit is made in the form of a heater.

5. The device according to claim 1, characterized in that the heat exchange unit is made in the form of a refrigeration nozzle for spraying an aqueous or air cooling medium.

6. The device according to claim 1, characterized in that the insulating elements are made in the form of removable metal screens.

7. The device according to claim 1, characterized in that the heater is made in the form of a passive coolant element.