真空釬焊爐從基本結(jié)構(gòu)上分為冷壁真空爐和熱壁真空爐。熱壁真空爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多用于試驗(yàn)，工業(yè)上采用的大部分均為冷壁真空爐。 冷壁真空爐按照結(jié)構(gòu)、功能等又可以分為許多種類。按結(jié)構(gòu)布置形式分為立式、臥式；按真空室數(shù)量分為單室、雙室和三室；按加熱元件材料類型分為金屬加熱體爐、石墨加熱體爐等；按冷卻方式分為無(wú)快冷功能爐、氣淬真空爐、油淬真空爐等。此外，真空爐還可以按使用功能、冷卻結(jié)構(gòu)方式、真空度高低、溫度高低等分類，如鋁釬焊爐、外循環(huán)真空氣淬爐、超高真空釬焊爐等。圖給出了幾種典型結(jié)構(gòu)的真空釬焊爐的示意圖。 冷壁真空釬焊爐由真空爐體、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、加熱電源、水冷系統(tǒng)及快冷系統(tǒng)等組成。圖為典型鋁用真空釬焊爐的基本結(jié)構(gòu)。
冷壁真空爐的爐體主要由發(fā)熱元件、隔熱元件和水冷爐壁組成。發(fā)熱元件多由金屬鉬帶或鉬絲、鎢、鉭、鎳鉻、鐵鉻鋁等金屬電熱元件及石墨電熱元件制成。隔熱元件通常為由多層金屬薄片構(gòu)成的反射屏結(jié)構(gòu)及石墨氈或陶瓷氈結(jié)構(gòu)，其功用為保持內(nèi)部加熱區(qū)的高溫，并把熱量限制在加熱區(qū)內(nèi)，保持爐壁較低的熱輸入，使?fàn)t壁在水冷作用下處于較低的溫度。
工業(yè)上采用的冷壁真空爐按加熱元件主要分為金屬加熱體和石墨加熱體兩類。金屬加熱體氣體吸附量較少，升溫過(guò)程放氣量較少，有利于釬焊過(guò)程中真空度的提高。金屬加熱體氣氛純正，不會(huì)造成工件的表面增碳。缺點(diǎn)是易變形，耐熱沖擊能力較差，zui高工作溫度偏低和價(jià)格較高等。石墨加熱體價(jià)格低廉，工作溫度高，耐熱沖擊和快速冷卻能力強(qiáng)，變形小。石墨加熱體高溫下還具有一定的減少氧分壓作用，并可起到一定的還原作用，有利于金屬的去膜和潤(rùn)濕。缺點(diǎn)是吸附氣體較多，暴露于大氣后加熱元件及隔熱元件會(huì)吸附較多的氣體和水分，再升溫時(shí)真空度受到一定的影響。另外，石墨加熱體還可能會(huì)造成工件的表面增碳等。
隔熱材料也分為金屬反射屏和非金屬隔熱材料兩大類。金屬反射屏由多層金屬薄板組成，各層對(duì)熱輻射的反射作用可將熱量限制在工作區(qū)域內(nèi)。金屬反射屏內(nèi)層溫度較高，一般選用鉬材料，外層選用不銹鋼材料。非金屬隔熱材料有石墨氈、陶瓷氈、礦物棉、多孔輕質(zhì)陶瓷板等，靠材料本身高的耐溫性能和低的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)現(xiàn)隔熱，將熱量限制在一定范圍內(nèi)，減少熱量的散失和加熱屏外的溫升。另外，除了單獨(dú)的金屬反射屏外，還有將金屬與非金屬隔熱材料組合使用的隔熱屏結(jié)構(gòu)形式。圖給出了幾種隔熱屏結(jié)構(gòu)示意圖。
冷壁真空爐的真空系統(tǒng)通常由機(jī)械泵、羅茨泵、擴(kuò)散泵組成，一般可以達(dá)到1×10-3Pa的真空度和比較高的抽氣速度。圖3-23為典型的真空系統(tǒng)示意圖。
機(jī)械泵是一般真空釬焊爐均需采用的真空泵，常用的機(jī)械泵分為旋片式機(jī)械泵和滑閥式機(jī)械泵兩種。圖為旋片式機(jī)械泵工作原理示意圖，圖為旋片式機(jī)械泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。除了旋片式機(jī)械泵以外，滑閥式機(jī)械泵也是常用的機(jī)械泵結(jié)構(gòu)形式，圖3-26給出了滑閥式機(jī)械泵工作原理示意圖。旋片式機(jī)械泵與滑閥式機(jī)械泵具有相似極限真空能力及抽速，旋片式機(jī)械泵多用于小型機(jī)械泵，噪聲較小?；y式機(jī)械泵多用于抽速大于70L/min的較大型泵，噪聲稍大，抗污染能力較強(qiáng)。機(jī)械泵可單獨(dú)工作或作為高真空機(jī)組的前級(jí)，其極限真空約0.1Pa量級(jí)，一般工作時(shí)可以將真空室抽到幾帕(Pa)量級(jí)。
羅茨泵為常用的機(jī)械式真空泵，不能單獨(dú)工作，需旋片式機(jī)械泵等作為前級(jí)泵，工作真空范圍為200 Pa ~10-1Pa。羅茨泵主要用于提高抽氣速率和極限真空度。圖為羅茨泵的工作原理圖。油擴(kuò)散泵為zui常用的高真空泵，其極限真空度一般可達(dá)10-4，擴(kuò)散泵不能單獨(dú)工作，需機(jī)械泵或機(jī)械泵、羅茨泵組合作為前級(jí)泵。
圖為油擴(kuò)散泵工作原理示意圖。擴(kuò)散泵中的油被加熱到沸騰溫度，產(chǎn)生油蒸氣由各級(jí)噴嘴高速噴出，由于進(jìn)氣口附近被抽氣體的壓強(qiáng)高于油氣流中該氣體的分壓強(qiáng)，所以被抽氣體不斷擴(kuò)散到油氣流中，在油氣流的沖擊和攜帶下被壓縮至泵底端，由前級(jí)真空泵抽出，zui終實(shí)現(xiàn)對(duì)泵口前真空室的抽氣。
冷壁真空爐的控制由一個(gè)電氣控制柜完成，控制柜需完成真空機(jī)組、閥門系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、測(cè)量和控制系統(tǒng)的配電，溫度、真空度、壓力等各個(gè)參數(shù)及工作狀態(tài)的顯示、測(cè)量控制，自動(dòng)操作過(guò)程的程序控制，手動(dòng)各種開(kāi)關(guān)按鈕設(shè)置等功能。操作過(guò)程程序控制包括抽真空過(guò)程中的閥、泵的動(dòng)作次序和過(guò)程，升溫和保溫過(guò)程，冷卻過(guò)程，關(guān)爐過(guò)程及各要素之間的安全互鎖等。溫度、真空度等重要參數(shù)的顯示和控制多由專用的儀表完成。真空釬焊操作過(guò)程可以手動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作。早期設(shè)備的程序控制多由繼電器邏輯電路完成，線路復(fù)雜，可靠性較低?，F(xiàn)在設(shè)備的程序控制多由可編程序控制器PLC完成，功能設(shè)計(jì)靈活，線路簡(jiǎn)單，工作可靠。更為先進(jìn)的設(shè)備可以完全實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，可以遠(yuǎn)距離完成設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)傳輸。
真空釬焊爐的加熱供電由專門的電源系統(tǒng)完成。電源系統(tǒng)具有電流調(diào)節(jié)功能，以保證真空爐按照設(shè)定的程序升溫、保溫和降溫。電阻輻射加熱的真空釬焊爐一般為低電壓大電流供電，供電電源按調(diào)節(jié)電流方式的不同分為機(jī)械調(diào)壓器型、磁性調(diào)壓器型、可控硅型、固態(tài)繼電器型等。其中可控硅型以節(jié)約資源、功率因數(shù)較高、波形畸變小、控制范圍寬等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用越來(lái)越多，成為加熱電源的主要形式。小型設(shè)備及對(duì)溫度均勻性要求不高的設(shè)備一般采用單電源供電。大型分區(qū)加熱設(shè)備及對(duì)溫度均勻性有嚴(yán)格要求的釬焊設(shè)備，如大型鋁用真空釬焊爐等需采用多個(gè)電源分區(qū)供電，每個(gè)區(qū)域溫度均獨(dú)立測(cè)控，各個(gè)電源各自根據(jù)測(cè)控結(jié)果獨(dú)立調(diào)整加熱電流，這樣可以保證釬焊爐各個(gè)區(qū)域的溫度均勻性，但分區(qū)控溫加熱使設(shè)備復(fù)雜系數(shù)增加。
冷壁真空爐的水冷系統(tǒng)是十分重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到設(shè)備的運(yùn)行安全和溫升能力。爐壁的冷卻一般采用雙層的水冷套結(jié)構(gòu)，中間通水冷卻。對(duì)于電極接口、動(dòng)密封法蘭、外環(huán)管路系統(tǒng)等易受熱升溫處應(yīng)開(kāi)出專門冷卻通道重點(diǎn)冷卻。除爐體外，擴(kuò)散泵、機(jī)械泵、羅茨泵等真空機(jī)組均需要水冷。真空爐冷卻水用量一般較大，需配備循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。由于中途停水會(huì)造成設(shè)備損壞、工件報(bào)廢甚至設(shè)備爆破等事故，因此，水冷系統(tǒng)應(yīng)保證安全可靠．一般需配備應(yīng)急供水、發(fā)電系統(tǒng)。
