热等静压设备的结构性能

       

热等静压(hot isostatic pressing，简称HIP)是一种集高温、高压于一体的工艺生产技术，加热温度通常为1000 ~2000℃，通过以密闭容器中的高压惰性气体或氮气为传压介质，工作压力可达200MPa。在高温高压的共同作用下，被加工件的各向均衡受压。故加工产 品的致密度高、均匀性好、性能优异。同时该技术具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。

热等静压设备主要由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机 控制系统组成，其中高压容器为整个设备的关键装置。目前。先进的热等静压机为预应力钢丝缠绕的框架式结构。高压容器的端盖与缸体间的连接采用无螺纹设计， 因简体和框架均采用钢丝预应力缠绕，所获的负预应力可通过计算确定，即使当装置处于工作的最大压力状态时，其强大的应力也是由预应力缠绕钢丝所承受，即应 力被集中消除，承载区域独立安全。同时钢丝缠绕还起到防爆和屏障的作用。因此，这种结构的热等静压机在高温高压(2000摄氏度200MPa)的工作条件 下，无需外加任何特殊的防护装置，与老式的螺纹连接结构(端盖与缸体间)的热等静压机相比，不但设备的结构紧凑，而且有效地保证了生产的安全性。加热炉负 责提供热等静压所必需的热量，通常为电阻式加热炉，可视不同温度档的要求，采用不同的电阻材料，如最高工作温度为1450℃条件时可用钼丝加热炉，为 2000%条件时可用石墨加热炉。目前在先进的热等静压设备中，加热炉的安装方式为插入式，加热区分布于底部和侧部，可实现快速升温和均匀加热，将温差控 制在≤15~E甚至≤10℃的范围。压缩系统通常采用非注油式电动液压压缩机．并配置有过压保护、防振装置和自动调节部件，可给热等静压提供高达 200MPa的高压气体。真空泵则采用旋转叶轮式，用于设备的抽空排气，同时可去除容器内水气、氧和其它挥发性杂质。

冷却系统采用内外循环回路设计。内循环通过管道内冷却水的流动与压力容器 外壳间进行热交换。为了保护冷却系统，冷却水的质量很重要，需采用去离子水。管路也需进行防锈处理。外循环则通过换热器将内循环的热量带出。计算机控制系 统可预先存储热等静压过程所需的各种程序，实现温度、压力、时间等基本工艺参数的自动控制。该系统还配有人机对话的PC机监视子系统，用于显示在线的工作 状态、故障的监测报警等。并可在循环过程中进行程序修改。对热等静压设备多方面的安全保护设计，可确保其在高温、高压条件下的安全运行。如高压阀和高压管 路均能承受最大工作压力两倍的压力；为防止过压情况的发生，在高压介质气体管路中设置了多级减压阀。并配有报警装置；当压力容器过压及过热、加热炉过热、 冷却水的流量过小或水压过低时，均可进行声光报警，同时切断压缩机和加热炉。电源：采用可靠的电气、机械安全联锁等。