کوره‌های خلأ القایی یاران (VIM)
روش القایی روشی پاکیزه و سودمند برای حرارت‌دهی فلزات است. سیستم‌های ذوب القایی تحت خلأ (Vacuum Induction Melting) یا VIMو بصورت کلی کوره خلأ القایی (Vacuum Induction Furnace) یا VIF یکی از پرکاربردترین روشهای مورد استفاده در صنایع و آزمایشگاههای پیشرفته مواد است که برای آلیاژسازی و تولید قطعات با ریخته‌گری دقیق استفاده می‌شود. عملیات حرارتی و بریزینگ یا لحیم‌کاری سخت نیز از دیگر کاربردهای این کوره‌ها است.
یکی از انواع کوره های خلأ کوره القایی نام دارد که مکانیزم عملکرد و منبع ایجاد حرارت در آن از طریق ایجاد القای مغناطیسی و کنترل میدان الکتریکی ایجاد شده بر روی نمونه مورد آزمایش می باشد. در این نوع کوره ها نمونه مورد آزمایش را در بوته با القا پذیری بسیار کم که معمولا از سرامیک ها استفاده می گردد (جنس بوته بسته به متریال مورد آزمایش و فرکانس القا و اتمسفر کوره حین انجام آزمایش متغیر است) قرار داده و بوته را با عایق الکتریکی مناسب (جهت جلوگیری از ایجاد اتصال کوتاه در میدان الکتریکی) در مرکز یک کویل مسی تمام آبگرد قرار داده که در این حالت نمونه نقش هسته و جاذب میدان مغناطیسی و کویل مسی نقش طبق قانون گاوس با فرکانس بالا ایجاد کننده میدان مغناطیسی خواهد بود.
کوره القایی (بدون کنترل اتمسفر و خلأ) توسط چند شرکت داخلی و خارجی تولید می گردد ولی کوره های القایی تحت خلأ و با قابلیت کنترل اتمسفر و قابلیت ذوب و ریخته گری تحت خلأ و بدون نشت (شکست خلأ یا بالا رفتن فشار) به علت پیچیدگی های طراحی و اجرا از توان اکثر شرکت های سازنده سیستم های القایی خارج بوده و هنوز در لیست تولیدات و فروش این شرکت ها قرار نگرفته است.
مهمترین ویژگی استفاده از خلأ در این کوره‌ها ایجاد اتمسفری عاری از گاز و آلودگی‌های محیطی نظیر اکسیژن است که امکان تولید ذوب تمیزتر را فراهم می کند.
رسیدن به دمای نزدیک ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد از خواص این روش است.
| مدل کوره |
YMVI 2002 |
YMIV 2004 |
YVI 5002 |
YVI 5004 |
| نوع کوره |
ذوب القایی |
ذوب القایی |
ذوب القایی |
ذوب القایی |
| میزان ذوب دهی |
200 |
200 |
500 |
500 |
| قابليت ذوب ريزي در خلاء |
دارد |
دارد |
دارد |
دارد |
| میزان خلأ نهایی |
5x10-2 |
1x10-4 |
5x10-2 |
1x10-4 |
| نحوه کنترل کوره |
دستی |
دستی |
دستی |
دستی |
| بدنه اصلی |
از جنس فولاد زنگ نزن - دوجداره |
از جنس فولاد زنگ نزن - دوجداره |
از جنس فولاد زنگ نزن - دوجداره |
از جنس فولاد زنگ نزن - دوجداره |
| نحوه خنک کاری |
آبگرد |
آبگرد |
آبگرد |
آبگرد |
| توان کوره |
15 کيلو وات |
15 کيلو وات |
25 کيلو وات |
25 کيلو وات |
انجام انواع ذوب و ریخته گری، آلیاژ سازی در آزمایشگاههای پیشرفته مواد، ریخته‌گری دقیق سوپر آلیاژ ها (قطعات توربین از قبیل پره و دیسک)، ذوب آلیاژهای پیشرفته، گاز زدایی، عملیات حرارتی، بریزینگ و لحیم کاری سخت با این روش صورت می گیرد.
از فرآیندهای مرتبط با سیستم‌های القایی تحت خلأ که از نظر ساختار اصلی تجهیز با سیستم‌های مذکور شباهت دارند عبارتند از ذوب پوسته‌ای (Skull Melting)، تعلیق مذاب (Melt Levitation) و ذوب ریسی (Melt Spinning).
بسته به سفارش مشتری مدل‌هایی با قابلیت‌ها و لوازم وامکانات جانبی مختلف قابل ارائه است:
تجهیزات و امکانات کمکی شامل بوته‌ها
سنجش دما با ترموکوپل (داخل محفظه) یا پیرومتر (از خارج محفظه)
فیدتروهای مناسب جهت افزودن مواد اولیه و مواد آلیاژی حین تولید ذوب
نمونه گیری از مذاب، سرباره گیر و تصویربرداری
طراحی این تجهیزات بسیار دشوار و پیچیده است. به گونه ای که رعایت نکات خاصی در هر بخش از ساخت این کوره ها لازم است.
از جمله این موارد میتوان به نحوه آب بندی (سیلینگ)، نحوه انتقال قدرت، نحوه انتقال فرمان، طراحی سیستم پیچیده ذوب ریزی در خلأ (هدایت شونده از خارج)، سیستم سرباره گیری، سیستم آلیاژسازی، نحوه مشاهده و تصویربرداری کامل فرایند، خنک کاری و گرادیان دمایی موثر و بسیاری نکات دیگر اشاره نمود که غالباً پیچیدگی های ناشی از بحث خلأ در این سیستم می‌باشند و طراح را وادار به محاسبات و طراحی‌های ابتکاری می نماید. بخشی از این نکات به صورت تجربی و بخشی حاصل تحقیق و مطالعه در این زمینه است.
بعنوان مثالی از پیچیدگی های این سیستم، با توجه به خلأ بالای داخل محفظه و میدان مغناطیسی قوی حاصل از القا، در صورتی که طراحی کویل به صورت مناسبی انجام نشده باشد ذرات هوای باقی مانده در محیط یونیزه شده و در اطراف میدان تشکیل پلاسما می‌دهند که باعث افت ناگهانی خلأ می گردد. این یکی از مهمترین چالش هایی است که سایر تولید کنندگان با آن مواجهاند.
برخی از نکات قابل توجه در کوره های القایی ذوب و ریخته گری تحت خلأ و اتمسفر کنترل شده شرکت یاران به شرح ذیل می باشد:
- فیدتروی الکتریکی کواکسیال با قابلیت دوران 120 درجه (با قابلیت نگهداری ثابت میزان خلأ در هنگام چرخش و ذوب ریزی) که در تمامی مراحل ثابت و دوران، آب خنک در مسیر ورود و خروج داخل کویل مسی در جریان است و جریان با فرکانس بالا از طریق کویل مسی میدان الکترومغناطیسی مورد نیاز جهت ذوب و ریخته گری تحت خلأ را تأمین می نماید. در تمامی مراحل آب به صورت پیوسته در درون کویل مسی جریان داشته و از داغ شدن کویل جلوگیری می کند. همچنین فیدترو بواسطه طراحی پیچیده و دقیق بدون اتصال کوتاه و با عایق بندی الکتریکی دقیق و مناسب (که همگی به واسطه آزمایشات فراوان و طی ماهها تحقیق و مطالعه محاسبه و طراحی شده اند) جریان مورد نیاز را از جهت درست و کنترل شده به کویل اعمال می نماید تا القای الکترومغناطیسی به مرکز کویل اعمال گردد. نمونه که در مرکز کویل داخل بوته قرار گرفته میدان را جذب نموده و بسته به القا پذیری متریال مورد آزمایش از چند ثانیه تا چند دقیقه کاملا ذوب می گردد. پس از ذوب نمونه بواسطه قابلیت دوران تا 120 درجه فیدتروی الکتریکی در خلأ می توان ذوب به دست آمده را در قالبی که از ابتدای سیکل آزمایش در محفظه کوره تعبیه گردیده است ذوب ریزی (ریخته گری) نمود.
- محفظه خلأ در کوره القایی که به علت وجود گازهای متصاعد شونده از نمونه می بایست از آب بندی (سیلینگ) مناسب برخوردار بوده و در حین عملیات افت خلأ (افزایش فشار) از حد مجاز تجاوز نکند. این سیلینگ ها بعلت وجود خطوط جوشکاری آرگون، فلنج ها، سنترینگ و اورینگ ها، کلمپ ها و پکینگ ها و گسکت های متعدد از حساسیت بالایی برخوردار می باشند. در قسمت درب محفظه یک عدد اورینگ از جنس وایتون با درجه کیفی بالا و شیار اورینگ که با دقت ماشینکاری و پالیش کاری گردیده نقش سیلینگ را ایفا می کنند. در بخش فیدتروی الکتریکی از گسکت های مسی، اورینگ های سیلیکونی و وایتونی و همچنین چندین پکینگ جهت سیلینگ بلبرینگ دورانی و قطعات فیدترو و جهت عایق کاری الکتریکی از قطعات تفلونی و پلی یورتان استفاده گردیده است.
- در قسمت فوقانی درب محفظه یک عدد سایت گلس (چشمی) قرار دارد که بواسطه استفاده از اتصالات استاندارد خلأ و سیلینگ دقیق و تکرار پذیر می توان آن را با فیدتروی ترموکوپل فلکسیبل یا پیرومتر جهت دریافت داده های دمایی از منطقه سطح ذوب، جایگزین نمود و اطلاعات دریافت شده را از طریق PLC به گزارش عملیات اضافه نمود.
- در بخش فوقانی محفظه فیدتروی انتقال گاز های خنثی/ احیایی/ اکسیدی قرار داده شده که از طریق آن می توان بر روی نمونه در حال ذوب یا ریخته گری شده پرج گاز را جهت محافظت یا عملیات کوئنچینگ نمونه انجام داد.
- در بخش خروجی محفظه و در دهانه ورودی سیستم خلأ تله سرد (کلد تراپ) جهت کندانس نمودن گازها و مواد متصاعد شده از نمونه قرار داده شده تا از ورود آن به پمپ ها و آسیب به پمپ ها جلوگیری گردد. این تله به صورتی طراحی گردیده که به آسانی قابل باز و بست و نظافت باشد و کاربر پس از چند سیکل کاری بتواند آن را جدا نموده و نظافت نماید و مجددا در محل نصب کند.
- کویل مسی آبگرد مجموعه تحت عملیات حرارتی خاص لایه نشانی شده و عایق گردیده تا از ایجاد پلاسما مابین مواد متصاعد شده از نمونه و حلقه های کویل جلوگیری گردد.
- در مسیر سیستم خلأ از شیر خلأ شکن استفاده گردیده تا امکان شکستن خلأ در هر مرحله برای کاربر فراهم آید.
کنترل دستگاه اعم از کنترل دما (از طریق فرکانس القا)، کنترل میزان فشار و خلأ ( از طریق سنسور و کنترلر خلأ)، کنترل دبی آب ورودی و خروجی و دمای آب در سیستم القایی و تله سرد، کنترل ورود گاز و دبی آن و ... در این کوره ها از طریق پی.ال.سی طراحی شده توسط پرسنل تیم فنی شرکت یاران انجام می پذیرد و تمامی داده ها قابل گزارش گیری بوده و در صورت وجود نقص در سیستم، خطای موجود به صورت آلارم روی صفحه نمایش قابل مشاهده و گزارش گیری خواهد بود.
