यह केस स्टडी एक पूरी तरह से स्वचालित बुद्धिमान आयन नाइटराइडिंग फर्नेस, मॉडल WDL-IV-30A, का वर्णन करती है, जो एक ऊर्ध्वाधर सिंगल-बेल-जार सिंगल-स्टेशन संरचना का उपयोग करती है। यह उपकरण टाइटेनियम मिश्र धातु, मिश्र धातु इस्पात, मोल्ड इस्पात और स्टेनलेस इस्पात के आयन नाइटराइडिंग और सॉफ्ट आयन नाइटराइडिंग में सक्षम है।
फर्नेस बॉडी के प्रभावी कार्य क्षेत्र का व्यास 300 मिमी और ऊंचाई 400 मिमी है, जिसमें अधिकतम लोडिंग क्षमता 100 किलोग्राम है। सामान्य ऑपरेटिंग तापमान सीमा 500 से 600 डिग्री सेल्सियस है, जिसमें अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान 650 डिग्री सेल्सियस है। अंतिम वैक्यूम डिग्री 6.7 Pa से अधिक नहीं है, दबाव वृद्धि दर 5 Pa/h से अधिक नहीं है, और वायुमंडलीय दबाव से अंतिम वैक्यूम तक पंप करने के लिए आवश्यक समय 30 मिनट से अधिक नहीं है। फर्नेस शेल सतह तापमान वृद्धि 55 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं है।
मॉडल पदनाम में, IV चौथी पीढ़ी की डिजिटल नियंत्रण प्रणाली का प्रतिनिधित्व करता है, 30 पल्स पावर सप्लाई के अधिकतम औसत करंट को 30 एम्पीयर पर दर्शाता है, और A पूरी तरह से स्वचालित बुद्धिमान प्रकार का प्रतिनिधित्व करता है।
आयन नाइटराइडिंग कम दबाव वाले गैस डिस्चार्ज वातावरण में की जाती है, और इसका वोल्ट-एम्पीयर विशेषता वक्र अरैखिक होता है। धात्विक सामग्रियों का आयन नाइटराइडिंग आम तौर पर वोल्ट-एम्पीयर विशेषता वक्र के "असामान्य डिस्चार्ज" खंड में संचालित होता है, और इस खंड का ऊपरी सीमा बिंदु G एक खतरनाक मोड़ बिंदु है। गैस डिस्चार्ज, एक पावर स्रोत के रूप में, नकारात्मक प्रतिरोध विशेषताओं वाला एक लोड प्रस्तुत करता है। वर्कपीस, कैथोड के रूप में कार्य करता है, उसके सतह का आकार और आसपास का वातावरण (वर्कपीस स्टैकिंग) दोनों सतह करंट घनत्व को प्रभावित करते हैं।
ये भौतिक विशेषताएं निर्धारित करती हैं कि आयन पावर सप्लाई को तीन तकनीकी कठिनाइयों को दूर करना होगा। पहली आर्क डिस्चार्ज है: जब वर्कपीस की सतह साफ नहीं होती है, तो एक गैर-प्रवाहकीय तेल फिल्म आसानी से बन सकती है। जब सतह पर एक निश्चित सीमा तक चार्ज जमा हो जाता है, तो यह टूट जाता है और क्षणिक उच्च-करंट डिस्चार्ज बनाता है, जिससे उच्च-ऊर्जा स्पार्क उत्पन्न होते हैं। यदि जल्दी से बंद नहीं किया गया, तो यह बिजली की विफलता और वर्कपीस को नुकसान पहुंचाएगा। दूसरा खोखला कैथोड प्रभाव है: जब वर्कपीस में छेद या स्लॉट, वर्कपीस के बीच गैप, या असमान मोड़ होते हैं, तो कुछ गैस दबावों पर ग्लो डिस्चार्ज ओवरलैप की एक महत्वपूर्ण स्थिति उत्पन्न होती है। यह वर्कपीस की सतह पर असमान ग्लो डिस्चार्ज चमक के रूप में प्रकट होता है, जो असमान सतह करंट घनत्व के अनुरूप होता है, जिससे असमान तापमान वितरण होता है। तीसरा करंट घनत्व और गैस दबाव के बीच युग्मन संबंध है: गैस दबाव ग्लो की मोटाई को प्रभावित करता है, जो बदले में करंट घनत्व को प्रभावित करता है - उच्च दबाव एक पतली ग्लो उत्पन्न करता है, जो तापमान एकरूपता के लिए फायदेमंद है; हालांकि, जब दबाव सभी खांचे और छेद की सतहों को समान रूप से कवर करने के लिए पर्याप्त होता है, तो करंट वर्कपीस इन्सुलेशन के लिए आवश्यक शक्ति से काफी अधिक हो जाएगा।
इस उपकरण के लिए कॉन्फ़िगर की गई पल्स पावर सप्लाई में 20,000 हर्ट्ज की आउटपुट आवृत्ति, एक स्क्वायर वेव आउटपुट वेवफॉर्म, 0 से 900 वी तक लगातार समायोज्य आउटपुट वोल्टेज (200 वी से ऊपर कोई अचानक उछाल नहीं), 10% से 85% की सीमा के भीतर लगातार समायोज्य ड्यूटी चक्र, 30 ए का अधिकतम पल्स आउटपुट औसत करंट, और 2 माइक्रोसेकंड से अधिक नहीं आर्क बुझाने का समय है।
ड्यूटी चक्र को पल्स अवधि के लिए ऑन-टाइम के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। औसत हीटिंग पावर पीक वोल्टेज को करंट से गुणा किया जाता है, फिर ड्यूटी चक्र से गुणा किया जाता है। पल्स पावर सप्लाई में समायोज्य ड्यूटी चक्र का परिचय प्रभावी रूप से औसत हीटिंग पावर और वर्कपीस प्रसंस्करण के लिए आवश्यक थ्रेशोल्ड स्थितियों के बीच विरोधाभास को हल करता है - इस विरोधाभास का सार यह है कि, समान ग्लो कवरेज के लिए आवश्यक करंट घनत्व को संतुष्ट करने के लिए, हीटिंग पावर वर्कपीस तापमान बनाए रखने के लिए आवश्यक शक्ति से अधिक हो सकती है, और ड्यूटी चक्र समायोजन इन दोनों को अलग करने की अनुमति देता है।
तेज आर्क बुझाने को डिस्चार्ज सर्किट में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है ताकि आर्क सिग्नल का तेजी से पता लगाया जा सके (लगभग कोई देरी नहीं), फिर उच्च गति डिजिटल तर्क उपकरणों के माध्यम से मुख्य करंट सर्किट के उच्च गति इलेक्ट्रॉनिक स्विच को तुरंत नियंत्रित किया जा सके, जिससे 2 माइक्रोसेकंड के भीतर आर्क बुझ जाए।
पल्स पावर सप्लाई के अनुप्रयोग से कई प्रक्रिया प्रभाव भी प्राप्त होते हैं: पल्स का पूर्ण ऑफ-टाइम अपेक्षाकृत कम होता है, और पावर बंद होने के बाद, चार्ज कणों की एकाग्रता तुरंत शून्य तक नहीं गिरती है, बल्कि धीरे-धीरे कम होती है। इससे पहले कि यह काफी कम हो जाए, अगला पल्स आता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च औसत इलेक्ट्रॉन एकाग्रता और बढ़ी हुई आयनीकरण दर होती है; खोखला कैथोड प्रभाव प्रभावी ढंग से दबा दिया जाता है; और क्योंकि पल्स पावर सप्लाई नाइटराइडिंग प्रक्रिया मापदंडों की समायोजन सीमा को चौड़ा करती है, प्रत्येक पैरामीटर स्वतंत्र रूप से समायोज्य होने के साथ, यह जटिल सतह आकृतियों वाले वर्कपीस पर ग्लो कवरेज की एकरूपता में सुधार कर सकता है, जिससे घुसपैठ परत की गुणवत्ता और सतह चिकनाई बढ़ जाती है।
नियंत्रण प्रणाली मुख्य नियंत्रण केंद्र के रूप में एक प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर और टच स्क्रीन का उपयोग करती है। पीएलसी एक FX3G श्रृंखला इकाई है जिसमें 32K चरणों की प्रोग्राम मेमोरी क्षमता, 0.21 माइक्रोसेकंड की मूल निर्देश प्रसंस्करण गति, और दो उच्च गति संचार इंटरफेस (RS422 और USB) हैं। टच स्क्रीन 1920x1080 के रिज़ॉल्यूशन के साथ एक 12-इंच TFT LCD है, चार-तार प्रतिरोधी टच, 1 GHz की मुख्य आवृत्ति, और पूर्व-स्थापित McgsPro कॉन्फ़िगरेशन सॉफ्टवेयर।
सिस्टम एक मल्टी-टास्क केंद्रीकृत प्रबंधन और वितरित नियंत्रण पूरी तरह से डिजिटल वास्तुकला को अपनाता है, जो आयन नाइटराइडिंग में तीन प्रमुख मापदंडों के क्लोज्ड-लूप नियंत्रण को एक साथ प्राप्त करने में सक्षम है: तापमान नियंत्रण सटीकता ±1 डिग्री सेल्सियस, दबाव नियंत्रण सटीकता ±1 Pa, और प्रवाह नियंत्रण सटीकता ±0.5%।
तापमान नियंत्रण जापानी शिमाडेन SRS13 श्रृंखला डिजिटल नियंत्रकों का उपयोग करता है जिसमें PID विनियमन होता है, जो तापमान नियंत्रण सर्किट और थर्मोकपल के साथ एक तापमान क्लोज्ड-लूप विनियमन प्रणाली बनाता है। दबाव नियंत्रण भी शिमाडेन SRS13 डिजिटल नियंत्रकों का उपयोग करता है, जो एक आवृत्ति कनवर्टर और दबाव सेंसर के साथ एक दबाव क्लोज्ड-लूप विनियमन प्रणाली बनाता है। प्रवाह नियंत्रण गैस प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए एक समर्पित मास फ्लो मीटर के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है।
दबाव क्लोज्ड-लूप कार्यान्वयन पथ इस प्रकार है: दबाव ट्रांसमीटर फर्नेस दबाव को मापता है और डिजिटल नियंत्रक को एक मानक वर्तमान संकेत आउटपुट करता है। नियंत्रक सेट दबाव मान और वास्तविक समय नमूना मानों के आधार पर PID गणना करता है, फिर आवृत्ति कनवर्टर को एक मानक वर्तमान संकेत आउटपुट करता है। वैक्यूम पंप मोटर गति को समायोजित करके, पंपिंग गति को समायोजित किया जाता है, जिससे फर्नेस दबाव प्रक्रिया सेट मान पर स्थिर रहता है। यह नियंत्रण विधि ±1 Pa की सटीकता प्राप्त करती है, जबकि वैक्यूम पंप और आवृत्ति कनवर्टर का संयुक्त उपयोग स्टार्टअप के दौरान पंप बॉडी के यांत्रिक घिसाव को बहुत कम करता है, और लंबे समय तक कम गति संचालन सेवा जीवन को काफी बढ़ा सकता है।
प्रवाह नियंत्रण जापानी होरिबा S500 श्रृंखला मास फ्लो मीटर का उपयोग करता है, जिसमें नियंत्रण शुरू होने पर और नियंत्रण के दौरान सेटपॉइंट बदलने पर पूरी तरह से बंद स्थिति से सेटपॉइंट तक पहुंचने के लिए 0.3 ±2% सेकंड से कम का प्रतिक्रिया समय होता है। नियंत्रण सीमा 1 से 100% पूर्ण पैमाने को कवर करती है, एक एकल सार्वभौमिक DC24V बिजली की आपूर्ति से संचालित होती है, जिसमें आंतरिक बिजली सर्किट इनपुट और आउटपुट सर्किट से अलग होता है।
फर्नेस बॉडी एक ऊर्ध्वाधर बेल-जार संरचना को अपनाती है, जिसमें दो भाग होते हैं: बेल और आधार। बेल सिलेंडर फर्नेस तापमान एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए एक जल-शीतित डबल-दीवार संरचना और मल्टी-चैनल जल शीतलन प्रणाली को अपनाता है। सिलेंडर के अंदर 310S स्टेनलेस स्टील के हीट शील्ड की छह परतें स्थापित की गई हैं, और फर्नेस बेस के ऊपरी हिस्से पर स्टेनलेस स्टील के हीट शील्ड की दो परतें स्थापित की गई हैं, जो लंबे समय तक उच्च तापमान संचालन और महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत को सक्षम बनाती हैं। फर्नेस दीवार के पास इन्सुलेशन परत के अंदर 20 मिमी की मोटाई वाली एल्यूमीनियम सिलिकेट इन्सुलेशन कपास की एक परत जोड़ी गई है।
कैथोड प्लेट को तीन उच्च-गुणवत्ता वाले कास्ट अभ्रक सेटों द्वारा फर्नेस बेस पर समर्थित किया गया है, जिसमें समायोज्य ऊंचाई है। कैथोड प्लेट 310S स्टेनलेस स्टील प्लेट से बनी है जिसकी मोटाई 30 मिमी से कम नहीं है; वर्कपीस के संपर्क में आने वाली सामग्री ट्रे फिक्स्चर फ्रेम भी 310S स्टेनलेस स्टील से बनी है। कैथोड कनेक्शन डिवाइस को ढीले त्वरित-कनेक्ट कपलिंग के कारण ओवरहीटिंग की समस्याओं से बचने के लिए एक कठोर कनेक्शन के रूप में डिज़ाइन किया गया है।
दो थर्मोकपल फर्नेस बॉटम प्लेट से पेश किए जाते हैं और कैथोड प्लेट के मध्य में स्थित होते हैं ताकि तापमान मापने वाले हेड का अनुकरण किया जा सके। एक का उपयोग आयन हीटिंग पल्स पावर सप्लाई द्वारा तापमान नियंत्रण के लिए किया जाता है, और दूसरा बहु-दिशात्मक तापमान निगरानी के लिए अलार्म उपकरण से जुड़ा होता है। बेस के केंद्र में एक वैक्यूम निष्कर्षण पोर्ट और एक कैथोड इनलेट है, जो फ्लैंज, मोटी-दीवार वाले स्टेनलेस स्टील पाइप और स्टेनलेस स्टील के धौंकनी से जुड़ा हुआ है, जिसमें उच्च तापमान प्रतिरोधी फ्लोरोरबर सीलिंग रिंग द्वारा सीलिंग प्रदान की जाती है।
वैक्यूम सिस्टम फर्नेस बॉडी के प्री-वैक्यूमिंग और नाइटराइडिंग प्रक्रिया के दौरान वायुमंडल प्रतिस्थापन और निकास गैस निर्वहन के लिए उपयोग किया जाता है। सिस्टम को वैक्यूम यूनिट के रूप में एक 2X15 रोटरी वेन पंप से सुसज्जित किया गया है। पंप सेट में एक मुद्रास्फीति वाल्व के साथ एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वैक्यूम पंप और एक हाई-वैक्यूम बटरफ्लाई वाल्व शामिल है। रोटरी वेन पंप एक गुआंग्डोंग शुंडा 2X श्रृंखला इकाई है, जो प्रक्रिया गैस संक्षारण प्रतिरोधी है, एक आवृत्ति कनवर्टर द्वारा नियंत्रित है, और मुख्य नियंत्रण वाल्व के रूप में एक GI-50 हाई-वैक्यूम बटरफ्लाई वाल्व से सुसज्जित है।
वैक्यूम माप ZJ-1C प्रकार के कैपेसिटिव डायाफ्राम पूर्ण दबाव ट्रांसमीटर का उपयोग करता है। यह वैक्यूम गेज मापे गए माध्यम के प्रकार और संरचना से प्रभावित नहीं होता है, जो सटीक और विश्वसनीय माप प्रदान करता है, जिसमें मापा गया मान एक डिजिटल डिस्प्ले उपकरण द्वारा प्रदर्शित होता है और फर्नेस दबाव नियंत्रण में भाग लेता है।
गैस वितरण प्रणाली का उपयोग फर्नेस में प्रक्रिया गैस के परिचय को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, जिसमें एक गैस स्रोत, फ्लो मीटर और संबंधित पाइपलाइनें शामिल हैं। प्रक्रिया गैसें (जैसे अमोनिया) उपयोगकर्ता द्वारा प्रदान की जाती हैं, एक मास फ्लो मीटर से गुजरती हैं और फिर प्रक्रिया सूत्र के अनुसार एक समर्पित मिश्रण टैंक के माध्यम से फर्नेस बॉडी में पेश की जाती हैं। गैस पाइपलाइनें स्टेनलेस स्टील से बनी होती हैं, जिसमें प्रत्येक गैस लाइन एक दबाव कम करने वाले वाल्व, मैनुअल शट-ऑफ वाल्व, फिल्टर, दबाव गेज और सोलनॉइड वाल्व से सुसज्जित होती है।
कूलिंग वाटर सिस्टम एक सर्कुलेटिंग कूलिंग विधि को अपनाता है, जिसमें कूलिंग टॉवर और वाटर पंप (खरीदार की जिम्मेदारी) द्वारा पानी का स्रोत प्रदान किया जाता है। कूलिंग वाटर की आवश्यकताएं: इनलेट पानी का तापमान 31 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं, इनलेट पानी का दबाव 0.15 से 0.25 MPa, और कुल प्रवाह दर 20 एम³/घंटा। प्रत्येक कूलिंग वाटर शाखा व्यक्तिगत प्रवाह समायोजन के लिए अलग इनलेट और आउटलेट वाल्व से सुसज्जित है। उपकरण से जुड़े सभी कूलिंग वाटर पाइप, वाल्व और फिटिंग स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं।
असामान्य इनलेट दबाव की स्थिति में अलार्म के लिए मुख्य इनलेट पाइप पर एक इलेक्ट्रिकल कॉन्टैक्ट प्रेशर गेज स्थापित किया गया है, और नियंत्रण प्रणाली संबंधित सुरक्षात्मक कार्रवाई करेगी। मुख्य जल इनलेट पाइप पर एक बैकअप जल इनलेट वाल्व स्थापित किया गया है - जो उपयोगकर्ता के नल के पानी के पाइप से जुड़ा हुआ है - अप्रत्याशित बिजली आउटेज या पानी की आउटेज की स्थिति में, फर्नेस बॉडी को नल के पानी से ठंडा किया जा सकता है।
सिस्टम में ओवर-टेम्परेचर, ओवर-प्रेशर, थर्मोकपल क्षति, पानी की कमी और फेज लॉस के लिए अलार्म फ़ंक्शन हैं, जिनमें श्रव्य और दृश्य अलार्म और नियंत्रण इंटरफ़ेस अलार्म दोनों हैं, जो विशिष्ट समस्याओं के अनुसार पावर-ऑन को प्रतिबंधित करने, हीटिंग को प्रतिबंधित करने, हीटिंग को काटने या फिर से शुरू करने जैसी संबंधित सुरक्षात्मक कार्रवाई करते हैं।
नियंत्रण प्रणाली उपकरण की खराबी का स्व-निदान कर सकती है, जिससे उपयोगकर्ताओं को संबंधित खराबी बिंदुओं की जांच और मरम्मत करने के लिए प्रेरित किया जाता है। जब कोई खराबी होती है, तो सिस्टम स्वचालित रूप से सभी वाल्व बंद कर देता है। वैक्यूम सिस्टम में अनुक्रमिक स्टार्ट और स्टॉप फ़ंक्शन होते हैं, जो एक पूर्ण इंटरलॉकिंग और पारस्परिक इंटरलॉकिंग तंत्र से सुसज्जित होते हैं, जिसमें सभी वाल्व पावर-ऑफ शट-ऑफ प्रकार के होते हैं।
यह केस स्टडी एक पूरी तरह से स्वचालित बुद्धिमान आयन नाइटराइडिंग फर्नेस, मॉडल WDL-IV-30A, का वर्णन करती है, जो एक ऊर्ध्वाधर सिंगल-बेल-जार सिंगल-स्टेशन संरचना का उपयोग करती है। यह उपकरण टाइटेनियम मिश्र धातु, मिश्र धातु इस्पात, मोल्ड इस्पात और स्टेनलेस इस्पात के आयन नाइटराइडिंग और सॉफ्ट आयन नाइटराइडिंग में सक्षम है।
फर्नेस बॉडी के प्रभावी कार्य क्षेत्र का व्यास 300 मिमी और ऊंचाई 400 मिमी है, जिसमें अधिकतम लोडिंग क्षमता 100 किलोग्राम है। सामान्य ऑपरेटिंग तापमान सीमा 500 से 600 डिग्री सेल्सियस है, जिसमें अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान 650 डिग्री सेल्सियस है। अंतिम वैक्यूम डिग्री 6.7 Pa से अधिक नहीं है, दबाव वृद्धि दर 5 Pa/h से अधिक नहीं है, और वायुमंडलीय दबाव से अंतिम वैक्यूम तक पंप करने के लिए आवश्यक समय 30 मिनट से अधिक नहीं है। फर्नेस शेल सतह तापमान वृद्धि 55 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं है।
मॉडल पदनाम में, IV चौथी पीढ़ी की डिजिटल नियंत्रण प्रणाली का प्रतिनिधित्व करता है, 30 पल्स पावर सप्लाई के अधिकतम औसत करंट को 30 एम्पीयर पर दर्शाता है, और A पूरी तरह से स्वचालित बुद्धिमान प्रकार का प्रतिनिधित्व करता है।
आयन नाइटराइडिंग कम दबाव वाले गैस डिस्चार्ज वातावरण में की जाती है, और इसका वोल्ट-एम्पीयर विशेषता वक्र अरैखिक होता है। धात्विक सामग्रियों का आयन नाइटराइडिंग आम तौर पर वोल्ट-एम्पीयर विशेषता वक्र के "असामान्य डिस्चार्ज" खंड में संचालित होता है, और इस खंड का ऊपरी सीमा बिंदु G एक खतरनाक मोड़ बिंदु है। गैस डिस्चार्ज, एक पावर स्रोत के रूप में, नकारात्मक प्रतिरोध विशेषताओं वाला एक लोड प्रस्तुत करता है। वर्कपीस, कैथोड के रूप में कार्य करता है, उसके सतह का आकार और आसपास का वातावरण (वर्कपीस स्टैकिंग) दोनों सतह करंट घनत्व को प्रभावित करते हैं।
ये भौतिक विशेषताएं निर्धारित करती हैं कि आयन पावर सप्लाई को तीन तकनीकी कठिनाइयों को दूर करना होगा। पहली आर्क डिस्चार्ज है: जब वर्कपीस की सतह साफ नहीं होती है, तो एक गैर-प्रवाहकीय तेल फिल्म आसानी से बन सकती है। जब सतह पर एक निश्चित सीमा तक चार्ज जमा हो जाता है, तो यह टूट जाता है और क्षणिक उच्च-करंट डिस्चार्ज बनाता है, जिससे उच्च-ऊर्जा स्पार्क उत्पन्न होते हैं। यदि जल्दी से बंद नहीं किया गया, तो यह बिजली की विफलता और वर्कपीस को नुकसान पहुंचाएगा। दूसरा खोखला कैथोड प्रभाव है: जब वर्कपीस में छेद या स्लॉट, वर्कपीस के बीच गैप, या असमान मोड़ होते हैं, तो कुछ गैस दबावों पर ग्लो डिस्चार्ज ओवरलैप की एक महत्वपूर्ण स्थिति उत्पन्न होती है। यह वर्कपीस की सतह पर असमान ग्लो डिस्चार्ज चमक के रूप में प्रकट होता है, जो असमान सतह करंट घनत्व के अनुरूप होता है, जिससे असमान तापमान वितरण होता है। तीसरा करंट घनत्व और गैस दबाव के बीच युग्मन संबंध है: गैस दबाव ग्लो की मोटाई को प्रभावित करता है, जो बदले में करंट घनत्व को प्रभावित करता है - उच्च दबाव एक पतली ग्लो उत्पन्न करता है, जो तापमान एकरूपता के लिए फायदेमंद है; हालांकि, जब दबाव सभी खांचे और छेद की सतहों को समान रूप से कवर करने के लिए पर्याप्त होता है, तो करंट वर्कपीस इन्सुलेशन के लिए आवश्यक शक्ति से काफी अधिक हो जाएगा।
इस उपकरण के लिए कॉन्फ़िगर की गई पल्स पावर सप्लाई में 20,000 हर्ट्ज की आउटपुट आवृत्ति, एक स्क्वायर वेव आउटपुट वेवफॉर्म, 0 से 900 वी तक लगातार समायोज्य आउटपुट वोल्टेज (200 वी से ऊपर कोई अचानक उछाल नहीं), 10% से 85% की सीमा के भीतर लगातार समायोज्य ड्यूटी चक्र, 30 ए का अधिकतम पल्स आउटपुट औसत करंट, और 2 माइक्रोसेकंड से अधिक नहीं आर्क बुझाने का समय है।
ड्यूटी चक्र को पल्स अवधि के लिए ऑन-टाइम के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। औसत हीटिंग पावर पीक वोल्टेज को करंट से गुणा किया जाता है, फिर ड्यूटी चक्र से गुणा किया जाता है। पल्स पावर सप्लाई में समायोज्य ड्यूटी चक्र का परिचय प्रभावी रूप से औसत हीटिंग पावर और वर्कपीस प्रसंस्करण के लिए आवश्यक थ्रेशोल्ड स्थितियों के बीच विरोधाभास को हल करता है - इस विरोधाभास का सार यह है कि, समान ग्लो कवरेज के लिए आवश्यक करंट घनत्व को संतुष्ट करने के लिए, हीटिंग पावर वर्कपीस तापमान बनाए रखने के लिए आवश्यक शक्ति से अधिक हो सकती है, और ड्यूटी चक्र समायोजन इन दोनों को अलग करने की अनुमति देता है।
तेज आर्क बुझाने को डिस्चार्ज सर्किट में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के सिद्धांत का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है ताकि आर्क सिग्नल का तेजी से पता लगाया जा सके (लगभग कोई देरी नहीं), फिर उच्च गति डिजिटल तर्क उपकरणों के माध्यम से मुख्य करंट सर्किट के उच्च गति इलेक्ट्रॉनिक स्विच को तुरंत नियंत्रित किया जा सके, जिससे 2 माइक्रोसेकंड के भीतर आर्क बुझ जाए।
पल्स पावर सप्लाई के अनुप्रयोग से कई प्रक्रिया प्रभाव भी प्राप्त होते हैं: पल्स का पूर्ण ऑफ-टाइम अपेक्षाकृत कम होता है, और पावर बंद होने के बाद, चार्ज कणों की एकाग्रता तुरंत शून्य तक नहीं गिरती है, बल्कि धीरे-धीरे कम होती है। इससे पहले कि यह काफी कम हो जाए, अगला पल्स आता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च औसत इलेक्ट्रॉन एकाग्रता और बढ़ी हुई आयनीकरण दर होती है; खोखला कैथोड प्रभाव प्रभावी ढंग से दबा दिया जाता है; और क्योंकि पल्स पावर सप्लाई नाइटराइडिंग प्रक्रिया मापदंडों की समायोजन सीमा को चौड़ा करती है, प्रत्येक पैरामीटर स्वतंत्र रूप से समायोज्य होने के साथ, यह जटिल सतह आकृतियों वाले वर्कपीस पर ग्लो कवरेज की एकरूपता में सुधार कर सकता है, जिससे घुसपैठ परत की गुणवत्ता और सतह चिकनाई बढ़ जाती है।
नियंत्रण प्रणाली मुख्य नियंत्रण केंद्र के रूप में एक प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर और टच स्क्रीन का उपयोग करती है। पीएलसी एक FX3G श्रृंखला इकाई है जिसमें 32K चरणों की प्रोग्राम मेमोरी क्षमता, 0.21 माइक्रोसेकंड की मूल निर्देश प्रसंस्करण गति, और दो उच्च गति संचार इंटरफेस (RS422 और USB) हैं। टच स्क्रीन 1920x1080 के रिज़ॉल्यूशन के साथ एक 12-इंच TFT LCD है, चार-तार प्रतिरोधी टच, 1 GHz की मुख्य आवृत्ति, और पूर्व-स्थापित McgsPro कॉन्फ़िगरेशन सॉफ्टवेयर।
सिस्टम एक मल्टी-टास्क केंद्रीकृत प्रबंधन और वितरित नियंत्रण पूरी तरह से डिजिटल वास्तुकला को अपनाता है, जो आयन नाइटराइडिंग में तीन प्रमुख मापदंडों के क्लोज्ड-लूप नियंत्रण को एक साथ प्राप्त करने में सक्षम है: तापमान नियंत्रण सटीकता ±1 डिग्री सेल्सियस, दबाव नियंत्रण सटीकता ±1 Pa, और प्रवाह नियंत्रण सटीकता ±0.5%।
तापमान नियंत्रण जापानी शिमाडेन SRS13 श्रृंखला डिजिटल नियंत्रकों का उपयोग करता है जिसमें PID विनियमन होता है, जो तापमान नियंत्रण सर्किट और थर्मोकपल के साथ एक तापमान क्लोज्ड-लूप विनियमन प्रणाली बनाता है। दबाव नियंत्रण भी शिमाडेन SRS13 डिजिटल नियंत्रकों का उपयोग करता है, जो एक आवृत्ति कनवर्टर और दबाव सेंसर के साथ एक दबाव क्लोज्ड-लूप विनियमन प्रणाली बनाता है। प्रवाह नियंत्रण गैस प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए एक समर्पित मास फ्लो मीटर के साथ कॉन्फ़िगर किया गया है।
दबाव क्लोज्ड-लूप कार्यान्वयन पथ इस प्रकार है: दबाव ट्रांसमीटर फर्नेस दबाव को मापता है और डिजिटल नियंत्रक को एक मानक वर्तमान संकेत आउटपुट करता है। नियंत्रक सेट दबाव मान और वास्तविक समय नमूना मानों के आधार पर PID गणना करता है, फिर आवृत्ति कनवर्टर को एक मानक वर्तमान संकेत आउटपुट करता है। वैक्यूम पंप मोटर गति को समायोजित करके, पंपिंग गति को समायोजित किया जाता है, जिससे फर्नेस दबाव प्रक्रिया सेट मान पर स्थिर रहता है। यह नियंत्रण विधि ±1 Pa की सटीकता प्राप्त करती है, जबकि वैक्यूम पंप और आवृत्ति कनवर्टर का संयुक्त उपयोग स्टार्टअप के दौरान पंप बॉडी के यांत्रिक घिसाव को बहुत कम करता है, और लंबे समय तक कम गति संचालन सेवा जीवन को काफी बढ़ा सकता है।
प्रवाह नियंत्रण जापानी होरिबा S500 श्रृंखला मास फ्लो मीटर का उपयोग करता है, जिसमें नियंत्रण शुरू होने पर और नियंत्रण के दौरान सेटपॉइंट बदलने पर पूरी तरह से बंद स्थिति से सेटपॉइंट तक पहुंचने के लिए 0.3 ±2% सेकंड से कम का प्रतिक्रिया समय होता है। नियंत्रण सीमा 1 से 100% पूर्ण पैमाने को कवर करती है, एक एकल सार्वभौमिक DC24V बिजली की आपूर्ति से संचालित होती है, जिसमें आंतरिक बिजली सर्किट इनपुट और आउटपुट सर्किट से अलग होता है।
फर्नेस बॉडी एक ऊर्ध्वाधर बेल-जार संरचना को अपनाती है, जिसमें दो भाग होते हैं: बेल और आधार। बेल सिलेंडर फर्नेस तापमान एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए एक जल-शीतित डबल-दीवार संरचना और मल्टी-चैनल जल शीतलन प्रणाली को अपनाता है। सिलेंडर के अंदर 310S स्टेनलेस स्टील के हीट शील्ड की छह परतें स्थापित की गई हैं, और फर्नेस बेस के ऊपरी हिस्से पर स्टेनलेस स्टील के हीट शील्ड की दो परतें स्थापित की गई हैं, जो लंबे समय तक उच्च तापमान संचालन और महत्वपूर्ण ऊर्जा बचत को सक्षम बनाती हैं। फर्नेस दीवार के पास इन्सुलेशन परत के अंदर 20 मिमी की मोटाई वाली एल्यूमीनियम सिलिकेट इन्सुलेशन कपास की एक परत जोड़ी गई है।
कैथोड प्लेट को तीन उच्च-गुणवत्ता वाले कास्ट अभ्रक सेटों द्वारा फर्नेस बेस पर समर्थित किया गया है, जिसमें समायोज्य ऊंचाई है। कैथोड प्लेट 310S स्टेनलेस स्टील प्लेट से बनी है जिसकी मोटाई 30 मिमी से कम नहीं है; वर्कपीस के संपर्क में आने वाली सामग्री ट्रे फिक्स्चर फ्रेम भी 310S स्टेनलेस स्टील से बनी है। कैथोड कनेक्शन डिवाइस को ढीले त्वरित-कनेक्ट कपलिंग के कारण ओवरहीटिंग की समस्याओं से बचने के लिए एक कठोर कनेक्शन के रूप में डिज़ाइन किया गया है।
दो थर्मोकपल फर्नेस बॉटम प्लेट से पेश किए जाते हैं और कैथोड प्लेट के मध्य में स्थित होते हैं ताकि तापमान मापने वाले हेड का अनुकरण किया जा सके। एक का उपयोग आयन हीटिंग पल्स पावर सप्लाई द्वारा तापमान नियंत्रण के लिए किया जाता है, और दूसरा बहु-दिशात्मक तापमान निगरानी के लिए अलार्म उपकरण से जुड़ा होता है। बेस के केंद्र में एक वैक्यूम निष्कर्षण पोर्ट और एक कैथोड इनलेट है, जो फ्लैंज, मोटी-दीवार वाले स्टेनलेस स्टील पाइप और स्टेनलेस स्टील के धौंकनी से जुड़ा हुआ है, जिसमें उच्च तापमान प्रतिरोधी फ्लोरोरबर सीलिंग रिंग द्वारा सीलिंग प्रदान की जाती है।
वैक्यूम सिस्टम फर्नेस बॉडी के प्री-वैक्यूमिंग और नाइटराइडिंग प्रक्रिया के दौरान वायुमंडल प्रतिस्थापन और निकास गैस निर्वहन के लिए उपयोग किया जाता है। सिस्टम को वैक्यूम यूनिट के रूप में एक 2X15 रोटरी वेन पंप से सुसज्जित किया गया है। पंप सेट में एक मुद्रास्फीति वाल्व के साथ एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वैक्यूम पंप और एक हाई-वैक्यूम बटरफ्लाई वाल्व शामिल है। रोटरी वेन पंप एक गुआंग्डोंग शुंडा 2X श्रृंखला इकाई है, जो प्रक्रिया गैस संक्षारण प्रतिरोधी है, एक आवृत्ति कनवर्टर द्वारा नियंत्रित है, और मुख्य नियंत्रण वाल्व के रूप में एक GI-50 हाई-वैक्यूम बटरफ्लाई वाल्व से सुसज्जित है।
वैक्यूम माप ZJ-1C प्रकार के कैपेसिटिव डायाफ्राम पूर्ण दबाव ट्रांसमीटर का उपयोग करता है। यह वैक्यूम गेज मापे गए माध्यम के प्रकार और संरचना से प्रभावित नहीं होता है, जो सटीक और विश्वसनीय माप प्रदान करता है, जिसमें मापा गया मान एक डिजिटल डिस्प्ले उपकरण द्वारा प्रदर्शित होता है और फर्नेस दबाव नियंत्रण में भाग लेता है।
गैस वितरण प्रणाली का उपयोग फर्नेस में प्रक्रिया गैस के परिचय को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, जिसमें एक गैस स्रोत, फ्लो मीटर और संबंधित पाइपलाइनें शामिल हैं। प्रक्रिया गैसें (जैसे अमोनिया) उपयोगकर्ता द्वारा प्रदान की जाती हैं, एक मास फ्लो मीटर से गुजरती हैं और फिर प्रक्रिया सूत्र के अनुसार एक समर्पित मिश्रण टैंक के माध्यम से फर्नेस बॉडी में पेश की जाती हैं। गैस पाइपलाइनें स्टेनलेस स्टील से बनी होती हैं, जिसमें प्रत्येक गैस लाइन एक दबाव कम करने वाले वाल्व, मैनुअल शट-ऑफ वाल्व, फिल्टर, दबाव गेज और सोलनॉइड वाल्व से सुसज्जित होती है।
कूलिंग वाटर सिस्टम एक सर्कुलेटिंग कूलिंग विधि को अपनाता है, जिसमें कूलिंग टॉवर और वाटर पंप (खरीदार की जिम्मेदारी) द्वारा पानी का स्रोत प्रदान किया जाता है। कूलिंग वाटर की आवश्यकताएं: इनलेट पानी का तापमान 31 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं, इनलेट पानी का दबाव 0.15 से 0.25 MPa, और कुल प्रवाह दर 20 एम³/घंटा। प्रत्येक कूलिंग वाटर शाखा व्यक्तिगत प्रवाह समायोजन के लिए अलग इनलेट और आउटलेट वाल्व से सुसज्जित है। उपकरण से जुड़े सभी कूलिंग वाटर पाइप, वाल्व और फिटिंग स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं।
असामान्य इनलेट दबाव की स्थिति में अलार्म के लिए मुख्य इनलेट पाइप पर एक इलेक्ट्रिकल कॉन्टैक्ट प्रेशर गेज स्थापित किया गया है, और नियंत्रण प्रणाली संबंधित सुरक्षात्मक कार्रवाई करेगी। मुख्य जल इनलेट पाइप पर एक बैकअप जल इनलेट वाल्व स्थापित किया गया है - जो उपयोगकर्ता के नल के पानी के पाइप से जुड़ा हुआ है - अप्रत्याशित बिजली आउटेज या पानी की आउटेज की स्थिति में, फर्नेस बॉडी को नल के पानी से ठंडा किया जा सकता है।
सिस्टम में ओवर-टेम्परेचर, ओवर-प्रेशर, थर्मोकपल क्षति, पानी की कमी और फेज लॉस के लिए अलार्म फ़ंक्शन हैं, जिनमें श्रव्य और दृश्य अलार्म और नियंत्रण इंटरफ़ेस अलार्म दोनों हैं, जो विशिष्ट समस्याओं के अनुसार पावर-ऑन को प्रतिबंधित करने, हीटिंग को प्रतिबंधित करने, हीटिंग को काटने या फिर से शुरू करने जैसी संबंधित सुरक्षात्मक कार्रवाई करते हैं।
नियंत्रण प्रणाली उपकरण की खराबी का स्व-निदान कर सकती है, जिससे उपयोगकर्ताओं को संबंधित खराबी बिंदुओं की जांच और मरम्मत करने के लिए प्रेरित किया जाता है। जब कोई खराबी होती है, तो सिस्टम स्वचालित रूप से सभी वाल्व बंद कर देता है। वैक्यूम सिस्टम में अनुक्रमिक स्टार्ट और स्टॉप फ़ंक्शन होते हैं, जो एक पूर्ण इंटरलॉकिंग और पारस्परिक इंटरलॉकिंग तंत्र से सुसज्जित होते हैं, जिसमें सभी वाल्व पावर-ऑफ शट-ऑफ प्रकार के होते हैं।
