กรณีศึกษานี้เกี่ยวข้องกับเตาอบไนไตรดิ้งด้วยไอออนอัจฉริยะอัตโนมัติเต็มรูปแบบ รุ่น WDL-IV-30A ซึ่งใช้โครงสร้างแบบทรงกระบอกเดี่ยวแบบตั้งตรง สถานีเดียว อุปกรณ์นี้สามารถทำการไนไตรดิ้งด้วยไอออนและไนไตรดิ้งด้วยไอออนแบบอ่อนสำหรับโลหะผสมไทเทเนียม เหล็กกล้าผสม เหล็กกล้าแม่พิมพ์ และเหล็กกล้าไร้สนิม
พื้นที่ทำงานที่มีประสิทธิภาพของตัวเตาอบมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มม. และความสูง 400 มม. พร้อมความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด 100 กก. ช่วงอุณหภูมิการทำงานทั่วไปอยู่ที่ 500 ถึง 600°C โดยมีอุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่ 650°C ระดับสุญญากาศสูงสุดไม่เกิน 6.7 Pa อัตราการเพิ่มขึ้นของความดันไม่เกิน 5 Pa/h และเวลาที่ต้องใช้ในการปั๊มจากความดันบรรยากาศถึงสุญญากาศสูงสุดไม่เกิน 30 นาที อุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกเตาอบไม่เกิน 55°C
ในการระบุรุ่น IV หมายถึงระบบควบคุมดิจิทัลรุ่นที่สี่ 30 หมายถึงกระแสเฉลี่ยสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟพัลส์ที่ 30 แอมแปร์ และ A หมายถึงประเภทอัจฉริยะอัตโนมัติเต็มรูปแบบ
การไนไตรดิ้งด้วยไอออนดำเนินการในสภาพแวดล้อมการปล่อยก๊าซแรงดันต่ำ และเส้นโค้งลักษณะแรงดันไฟฟ้า-กระแสไม่เป็นเชิงเส้น การไนไตรดิ้งด้วยไอออนของวัสดุโลหะโดยทั่วไปจะทำงานในส่วน "การปล่อยประจุผิดปกติ" ของเส้นโค้งลักษณะแรงดันไฟฟ้า-กระแส และจุดสิ้นสุดด้านบน G ของส่วนนี้เป็นจุดเปลี่ยนที่อันตราย การปล่อยประจุก๊าซในฐานะแหล่งพลังงานจะแสดงโหลดที่มีลักษณะความต้านทานเชิงลบ ชิ้นงานซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทด มีรูปร่างพื้นผิวและสภาพแวดล้อมโดยรอบ (การวางซ้อนชิ้นงาน) ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นกระแสพื้นผิว
ลักษณะทางกายภาพเหล่านี้กำหนดว่าแหล่งจ่ายไฟไอออนต้องเอาชนะความยากทางเทคนิคสามประการ ประการแรกคือการเกิดอาร์ค: เมื่อพื้นผิวชิ้นงานไม่สะอาด ฟิล์มน้ำมันที่ไม่นำไฟฟ้าสามารถก่อตัวได้ง่าย เมื่อประจุสะสมบนพื้นผิวถึงระดับหนึ่ง มันจะแตกตัวและก่อให้เกิดการปล่อยประจุที่มีกระแสสูงชั่วขณะ ทำให้เกิดประกายไฟพลังงานสูง หากไม่ตัดออกอย่างรวดเร็ว จะทำให้ไฟดับและชิ้นงานเสียหาย ประการที่สองคือผลกระทบแคโทดกลวง: เมื่อชิ้นงานมีรูหรือช่องว่างระหว่างชิ้นงาน หรือส่วนโค้งที่ไม่สม่ำเสมอ สภาวะวิกฤตของการทับซ้อนของการปล่อยประจุเรืองแสงจะเกิดขึ้นที่ความดันก๊าซบางค่า สิ่งนี้แสดงออกมาเป็นความสว่างของการปล่อยประจุเรืองแสงที่ไม่สม่ำเสมอบนพื้นผิวชิ้นงาน ซึ่งสอดคล้องกับความหนาแน่นกระแสพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ ประการที่สามคือความสัมพันธ์ของการเชื่อมโยงระหว่างความหนาแน่นกระแสและความดันก๊าซ: ความดันก๊าซส่งผลต่อความหนาของเรืองแสง ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นกระแส – ความดันที่สูงขึ้นจะทำให้เรืองแสงบางลง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม เมื่อความดันสูงพอที่จะครอบคลุมพื้นผิวร่องและรูทั้งหมดอย่างสม่ำเสมอ กระแสจะเกินกำลังที่ต้องการสำหรับฉนวนชิ้นงานอย่างมาก
แหล่งจ่ายไฟพัลส์ที่กำหนดค่าสำหรับอุปกรณ์นี้มีความถี่เอาต์พุต 20,000 Hz รูปแบบคลื่นเอาต์พุตเป็นสี่เหลี่ยม แรงดันเอาต์พุตปรับได้อย่างต่อเนื่องตั้งแต่ 0 ถึง 900 V โดยไม่มีการกระโดดอย่างกะทันหันเกิน 200 V รอบการทำงานปรับได้อย่างต่อเนื่องในช่วง 10% ถึง 85% กระแสเฉลี่ยเอาต์พุตพัลส์สูงสุด 30 A และเวลาดับอาร์คไม่เกิน 2 μs
รอบการทำงานถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของเวลาเปิดต่อคาบพัลส์ กำลังความร้อนเฉลี่ยเท่ากับแรงดันสูงสุดคูณด้วยกระแส แล้วคูณด้วยรอบการทำงาน การนำรอบการทำงานที่ปรับได้มาใช้ในแหล่งจ่ายไฟพัลส์ช่วยแก้ไขความขัดแย้งระหว่างกำลังความร้อนเฉลี่ยและเงื่อนไขขีดจำกัดที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ – สาระสำคัญของความขัดแย้งนี้คือ เพื่อให้เป็นไปตามความหนาแน่นกระแสที่จำเป็นสำหรับการครอบคลุมเรืองแสงที่สม่ำเสมอ กำลังความร้อนอาจเกินกำลังที่จำเป็นในการรักษาอุณหภูมิชิ้นงาน และการปรับรอบการทำงานช่วยให้ทั้งสองสิ่งนี้แยกออกจากกันได้
การดับอาร์คอย่างรวดเร็วทำได้โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรการปล่อยประจุเพื่อตรวจจับสัญญาณอาร์คได้อย่างรวดเร็ว (โดยแทบไม่มีความล่าช้า) จากนั้นจึงควบคุมสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงของวงจรหลักกระแสผ่านอุปกรณ์ลอจิกดิจิทัลความเร็วสูง ดับอาร์คภายใน 2 μs
การใช้แหล่งจ่ายไฟพัลส์ยังให้ผลลัพธ์ของกระบวนการหลายประการ: เวลาปิดของพัลส์สัมบูรณ์ค่อนข้างสั้น และหลังจากปิดเครื่อง ความเข้มข้นของอนุภาคที่มีประจุจะไม่ลดลงเป็นศูนย์ทันที แต่จะลดลงอย่างช้าๆ ก่อนที่จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ พัลส์ถัดไปจะมาถึง ส่งผลให้ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนเฉลี่ยสูงขึ้นและอัตราการแตกตัวเป็นไอออนเพิ่มขึ้น ผลกระทบแคโทดกลวงจะถูกยับยั้งอย่างมีประสิทธิภาพ และเนื่องจากแหล่งจ่ายไฟพัลส์ช่วยเพิ่มช่วงการปรับพารามิเตอร์กระบวนการไนไตรดิ้ง โดยแต่ละพารามิเตอร์สามารถปรับได้อย่างอิสระ จึงสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของการครอบคลุมเรืองแสงบนชิ้นงานที่มีรูปร่างพื้นผิวซับซ้อน ซึ่งจะช่วยเพิ่มคุณภาพชั้นการแทรกซึมและความเรียบของพื้นผิว
ระบบควบคุมใช้ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้และหน้าจอสัมผัสเป็นศูนย์กลางการควบคุมหลัก PLC เป็นหน่วยซีรีส์ FX3G ที่มีความจุหน่วยความจำโปรแกรม 32K สเต็ป ความเร็วในการประมวลผลคำสั่งพื้นฐาน 0.21 μs และอินเทอร์เฟซการสื่อสารความเร็วสูงสองช่อง (RS422 และ USB) หน้าจอสัมผัสเป็น TFT LCD ขนาด 12 นิ้ว ความละเอียด 1920×1080 ระบบสัมผัสแบบต้านทานสี่สาย ความถี่หลัก 1 GHz และซอฟต์แวร์กำหนดค่า McgsPro ที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้า
ระบบใช้สถาปัตยกรรมดิจิทัลเต็มรูปแบบแบบหลายงาน การจัดการแบบรวมศูนย์ และการควบคุมแบบกระจาย ซึ่งสามารถบรรลุการควบคุมแบบวงปิดของพารามิเตอร์สำคัญสามประการในการไนไตรดิ้งด้วยไอออนพร้อมกัน: ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ ±1°C ความแม่นยำในการควบคุมความดัน ±1 Pa และความแม่นยำในการควบคุมการไหล ±0.5%
การควบคุมอุณหภูมิใช้ตัวควบคุมดิจิทัลซีรีส์ Shimaden SRS13 ของญี่ปุ่นพร้อมการควบคุม PID ซึ่งสร้างระบบควบคุมแบบวงปิดอุณหภูมิร่วมกับวงจรควบคุมอุณหภูมิและเทอร์โมคัปเปิล การควบคุมความดันก็ใช้ตัวควบคุมดิจิทัล Shimaden SRS13 เช่นกัน ซึ่งสร้างระบบควบคุมแบบวงปิดความดันร่วมกับตัวแปลงความถี่และเซ็นเซอร์วัดความดัน การควบคุมการไหลถูกกำหนดค่าด้วยเครื่องวัดการไหลมวลเฉพาะหนึ่งเครื่องเพื่อควบคุมการไหลของก๊าซ
เส้นทางการใช้งานแบบวงปิดความดันมีดังนี้: เครื่องส่งสัญญาณความดันวัดความดันในเตาอบและส่งสัญญาณกระแสมาตรฐานไปยังตัวควบคุมดิจิทัล ตัวควบคุมจะทำการคำนวณ PID ตามค่าความดันที่ตั้งไว้และค่าที่สุ่มได้แบบเรียลไทม์ จากนั้นจึงส่งสัญญาณกระแสมาตรฐานไปยังตัวแปลงความถี่ โดยการปรับความเร็วของมอเตอร์ปั๊มสุญญากาศ จะปรับความเร็วในการปั๊ม ซึ่งจะทำให้ความดันในเตาอบคงที่ที่ค่าที่ตั้งไว้ของกระบวนการ วิธีการควบคุมนี้ให้ความแม่นยำ ±1 Pa ในขณะที่การใช้ปั๊มสุญญากาศและตัวแปลงความถี่ร่วมกันช่วยลดการสึกหรอทางกลของตัวปั๊มได้อย่างมากระหว่างการสตาร์ท และการทำงานด้วยความเร็วต่ำในระยะยาวสามารถยืดอายุการใช้งานได้อย่างมาก
การควบคุมการไหลใช้เครื่องวัดการไหลมวลซีรีส์ HORIBA S500 ของญี่ปุ่น โดยมีเวลาตอบสนองน้อยกว่า 0.3 ±2% วินาที จากสถานะปิดสนิทถึงจุดตั้งค่าเมื่อเริ่มควบคุมและเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงจุดตั้งค่าระหว่างการควบคุม ช่วงการควบคุมครอบคลุม 1 ถึง 100% ของสเกลเต็ม ทำงานจากแหล่งจ่ายไฟ DC24V สากลเพียงแหล่งเดียว โดยวงจรไฟฟ้าภายในแยกออกจากวงจรขาเข้าและขาออก
ตัวเตาอบใช้โครงสร้างแบบทรงกระบอกตั้งตรง ประกอบด้วยสองส่วน: ทรงกระบอกและฐาน ทรงกระบอกทรงกระบอกใช้โครงสร้างผนังสองชั้นระบายความร้อนด้วยน้ำและระบบระบายความร้อนด้วยน้ำหลายช่องทางเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของเตาอบสม่ำเสมอ มีแผ่นกันความร้อนสแตนเลส 310S หกชั้นติดตั้งอยู่ภายในทรงกระบอก และแผ่นกันความร้อนสแตนเลสสองชั้นติดตั้งอยู่ที่ส่วนบนของฐานเตาอบ ทำให้สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงในระยะยาวและประหยัดพลังงานได้อย่างมาก มีการเพิ่มชั้นของฉนวนใยแก้วอะลูมิเนียมซิลิเกตหนา 20 มม. ไว้ภายในชั้นฉนวนใกล้กับผนังเตาอบ
แผ่นแคโทดรองรับอยู่บนฐานเตาอบด้วยไมกาหล่อคุณภาพสูงสามชุด พร้อมปรับความสูงได้ แผ่นแคโทดทำจากแผ่นสแตนเลส 310S ที่มีความหนาไม่น้อยกว่า 30 มม. โครงยึดถาดวัสดุที่สัมผัสกับชิ้นงานก็ทำจากสแตนเลส 310S เช่นกัน อุปกรณ์เชื่อมต่อแคโทดได้รับการออกแบบให้เป็นการเชื่อมต่อแบบแข็งเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาความร้อนสูงเกินไปที่เกิดจากการเชื่อมต่อแบบเร็วหลวม
เทอร์โมคัปเปิลสองตัวถูกนำเข้ามาจากแผ่นฐานเตาอบและวางไว้ตรงกลางแผ่นแคโทดเพื่อจำลองหัววัดอุณหภูมิ ตัวหนึ่งใช้สำหรับการควบคุมอุณหภูมิโดยแหล่งจ่ายไฟพัลส์ความร้อนไอออน และอีกตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องมือเตือนภัยสำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิหลายทิศทาง ตรงกลางฐานมีช่องดูดสุญญากาศและช่องรับแคโทด เชื่อมต่อด้วยหน้าแปลน ท่อสแตนเลสผนังหนา และท่อสแตนเลสแบบยืดหยุ่น พร้อมการปิดผนึกด้วยวงแหวนปิดผนึกฟลูออโรรับเบอร์ทนความร้อนสูง
ระบบสุญญากาศใช้สำหรับการดูดสุญญากาศเบื้องต้นของตัวเตาอบ และสำหรับการเปลี่ยนบรรยากาศและการระบายก๊าซไอเสียระหว่างกระบวนการไนไตรดิ้ง ระบบติดตั้งปั๊มโรตารี่แวน 2X15 หนึ่งเครื่องเป็นหน่วยสุญญากาศ ชุดปั๊มประกอบด้วยปั๊มสุญญากาศแม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมวาล์วเติมลมและวาล์วผีเสื้อสุญญากาศสูงหนึ่งตัว ปั๊มโรตารี่แวนเป็นหน่วยซีรีส์ Xunda 2X ของกวางตุ้ง ทนทานต่อการกัดกร่อนของก๊าซในกระบวนการ ควบคุมด้วยตัวแปลงความถี่ และติดตั้งวาล์วผีเสื้อสุญญากาศสูง GI-50 เป็นวาล์วควบคุมหลัก
การวัดสุญญากาศใช้เครื่องส่งสัญญาณความดันสัมบูรณ์แบบไดอะแฟรมคาปาซิทีฟชนิด ZJ-1C มาตรวัดสุญญากาศนี้ไม่ได้รับผลกระทบจากชนิดและองค์ประกอบของตัวกลางที่วัด ให้การวัดที่แม่นยำและเชื่อถือได้ โดยค่าที่วัดได้จะแสดงโดยเครื่องวัดดิจิทัลและมีส่วนร่วมในการควบคุมความดันในเตาอบ
ระบบกระจายก๊าซใช้สำหรับควบคุมการนำก๊าซในกระบวนการเข้าสู่เตาอบ ประกอบด้วยแหล่งก๊าซ เครื่องวัดการไหล และท่อที่เกี่ยวข้อง ก๊าซในกระบวนการ (เช่น แอมโมเนีย) จัดหาโดยผู้ใช้ ผ่านเครื่องวัดการไหลมวล แล้วนำเข้าสู่ตัวเตาอบผ่านถังผสมเฉพาะตามสูตรกระบวนการ ท่อก๊าซทำจากสแตนเลส โดยแต่ละสายก๊าซมีวาล์วลดแรงดัน วาล์วปิดด้วยมือ ตัวกรอง เกจวัดแรงดัน และโซลินอยด์วาล์ว
ระบบน้ำหล่อเย็นใช้วิธีการหมุนเวียน โดยแหล่งน้ำมาจากหอหล่อเย็นและปั๊มน้ำ (ความรับผิดชอบของผู้ซื้อ) ข้อกำหนดน้ำหล่อเย็น: อุณหภูมิน้ำเข้าไม่เกิน 31°C แรงดันน้ำเข้า 0.15 ถึง 0.25 MPa และอัตราการไหลรวม 20 m³/h แต่ละสาขาน้ำหล่อเย็นมีวาล์วทางเข้าและทางออกแยกต่างหากสำหรับการปรับการไหลแต่ละครั้ง ท่อน้ำหล่อเย็น วาล์ว และข้อต่อทั้งหมดที่ติดอยู่กับอุปกรณ์ทำจากสแตนเลส
ติดตั้งเกจวัดแรงดันแบบหน้าสัมผัสไฟฟ้าบนท่อทางเข้าหลักสำหรับสัญญาณเตือนในกรณีที่แรงดันทางเข้าผิดปกติ และระบบควบคุมจะดำเนินการป้องกันที่สอดคล้องกัน ติดตั้งวาล์วน้ำเข้าสำรองที่ท่อทางเข้าหลัก เชื่อมต่อกับท่อน้ำประปาของผู้ใช้ – ในกรณีที่ไฟฟ้าดับหรือน้ำดับโดยไม่คาดคิด ตัวเตาอบสามารถหล่อเย็นด้วยน้ำประปาได้
ระบบมีฟังก์ชันเตือนสำหรับอุณหภูมิเกิน ความดันเกิน เทอร์โมคัปเปิลเสียหาย น้ำขาด และเฟสหาย โดยมีทั้งสัญญาณเตือนด้วยเสียงและภาพ และสัญญาณเตือนบนอินเทอร์เฟซควบคุม ดำเนินการป้องกันที่สอดคล้องกัน เช่น ห้ามเปิดเครื่อง ห้ามให้ความร้อน ตัดหรือกลับมาให้ความร้อนตามปัญหาเฉพาะ
ระบบควบคุมสามารถวินิจฉัยตนเองของข้อผิดพลาดของอุปกรณ์ แจ้งให้ผู้ใช้ตรวจสอบและซ่อมแซมจุดที่เกิดข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน เมื่อเกิดข้อผิดพลาด ระบบจะปิดวาล์วทั้งหมดโดยอัตโนมัติ ระบบสุญญากาศมีฟังก์ชันสตาร์ทและหยุดตามลำดับ ติดตั้งกลไกการทำงานร่วมกันและการทำงานร่วมกันที่สมบูรณ์ โดยวาล์วทั้งหมดเป็นแบบปิดเมื่อไม่มีไฟ
กรณีศึกษานี้เกี่ยวข้องกับเตาอบไนไตรดิ้งด้วยไอออนอัจฉริยะอัตโนมัติเต็มรูปแบบ รุ่น WDL-IV-30A ซึ่งใช้โครงสร้างแบบทรงกระบอกเดี่ยวแบบตั้งตรง สถานีเดียว อุปกรณ์นี้สามารถทำการไนไตรดิ้งด้วยไอออนและไนไตรดิ้งด้วยไอออนแบบอ่อนสำหรับโลหะผสมไทเทเนียม เหล็กกล้าผสม เหล็กกล้าแม่พิมพ์ และเหล็กกล้าไร้สนิม
พื้นที่ทำงานที่มีประสิทธิภาพของตัวเตาอบมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มม. และความสูง 400 มม. พร้อมความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด 100 กก. ช่วงอุณหภูมิการทำงานทั่วไปอยู่ที่ 500 ถึง 600°C โดยมีอุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่ 650°C ระดับสุญญากาศสูงสุดไม่เกิน 6.7 Pa อัตราการเพิ่มขึ้นของความดันไม่เกิน 5 Pa/h และเวลาที่ต้องใช้ในการปั๊มจากความดันบรรยากาศถึงสุญญากาศสูงสุดไม่เกิน 30 นาที อุณหภูมิพื้นผิวของเปลือกเตาอบไม่เกิน 55°C
ในการระบุรุ่น IV หมายถึงระบบควบคุมดิจิทัลรุ่นที่สี่ 30 หมายถึงกระแสเฉลี่ยสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟพัลส์ที่ 30 แอมแปร์ และ A หมายถึงประเภทอัจฉริยะอัตโนมัติเต็มรูปแบบ
การไนไตรดิ้งด้วยไอออนดำเนินการในสภาพแวดล้อมการปล่อยก๊าซแรงดันต่ำ และเส้นโค้งลักษณะแรงดันไฟฟ้า-กระแสไม่เป็นเชิงเส้น การไนไตรดิ้งด้วยไอออนของวัสดุโลหะโดยทั่วไปจะทำงานในส่วน "การปล่อยประจุผิดปกติ" ของเส้นโค้งลักษณะแรงดันไฟฟ้า-กระแส และจุดสิ้นสุดด้านบน G ของส่วนนี้เป็นจุดเปลี่ยนที่อันตราย การปล่อยประจุก๊าซในฐานะแหล่งพลังงานจะแสดงโหลดที่มีลักษณะความต้านทานเชิงลบ ชิ้นงานซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทด มีรูปร่างพื้นผิวและสภาพแวดล้อมโดยรอบ (การวางซ้อนชิ้นงาน) ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นกระแสพื้นผิว
ลักษณะทางกายภาพเหล่านี้กำหนดว่าแหล่งจ่ายไฟไอออนต้องเอาชนะความยากทางเทคนิคสามประการ ประการแรกคือการเกิดอาร์ค: เมื่อพื้นผิวชิ้นงานไม่สะอาด ฟิล์มน้ำมันที่ไม่นำไฟฟ้าสามารถก่อตัวได้ง่าย เมื่อประจุสะสมบนพื้นผิวถึงระดับหนึ่ง มันจะแตกตัวและก่อให้เกิดการปล่อยประจุที่มีกระแสสูงชั่วขณะ ทำให้เกิดประกายไฟพลังงานสูง หากไม่ตัดออกอย่างรวดเร็ว จะทำให้ไฟดับและชิ้นงานเสียหาย ประการที่สองคือผลกระทบแคโทดกลวง: เมื่อชิ้นงานมีรูหรือช่องว่างระหว่างชิ้นงาน หรือส่วนโค้งที่ไม่สม่ำเสมอ สภาวะวิกฤตของการทับซ้อนของการปล่อยประจุเรืองแสงจะเกิดขึ้นที่ความดันก๊าซบางค่า สิ่งนี้แสดงออกมาเป็นความสว่างของการปล่อยประจุเรืองแสงที่ไม่สม่ำเสมอบนพื้นผิวชิ้นงาน ซึ่งสอดคล้องกับความหนาแน่นกระแสพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ ประการที่สามคือความสัมพันธ์ของการเชื่อมโยงระหว่างความหนาแน่นกระแสและความดันก๊าซ: ความดันก๊าซส่งผลต่อความหนาของเรืองแสง ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นกระแส – ความดันที่สูงขึ้นจะทำให้เรืองแสงบางลง ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ อย่างไรก็ตาม เมื่อความดันสูงพอที่จะครอบคลุมพื้นผิวร่องและรูทั้งหมดอย่างสม่ำเสมอ กระแสจะเกินกำลังที่ต้องการสำหรับฉนวนชิ้นงานอย่างมาก
แหล่งจ่ายไฟพัลส์ที่กำหนดค่าสำหรับอุปกรณ์นี้มีความถี่เอาต์พุต 20,000 Hz รูปแบบคลื่นเอาต์พุตเป็นสี่เหลี่ยม แรงดันเอาต์พุตปรับได้อย่างต่อเนื่องตั้งแต่ 0 ถึง 900 V โดยไม่มีการกระโดดอย่างกะทันหันเกิน 200 V รอบการทำงานปรับได้อย่างต่อเนื่องในช่วง 10% ถึง 85% กระแสเฉลี่ยเอาต์พุตพัลส์สูงสุด 30 A และเวลาดับอาร์คไม่เกิน 2 μs
รอบการทำงานถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของเวลาเปิดต่อคาบพัลส์ กำลังความร้อนเฉลี่ยเท่ากับแรงดันสูงสุดคูณด้วยกระแส แล้วคูณด้วยรอบการทำงาน การนำรอบการทำงานที่ปรับได้มาใช้ในแหล่งจ่ายไฟพัลส์ช่วยแก้ไขความขัดแย้งระหว่างกำลังความร้อนเฉลี่ยและเงื่อนไขขีดจำกัดที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ – สาระสำคัญของความขัดแย้งนี้คือ เพื่อให้เป็นไปตามความหนาแน่นกระแสที่จำเป็นสำหรับการครอบคลุมเรืองแสงที่สม่ำเสมอ กำลังความร้อนอาจเกินกำลังที่จำเป็นในการรักษาอุณหภูมิชิ้นงาน และการปรับรอบการทำงานช่วยให้ทั้งสองสิ่งนี้แยกออกจากกันได้
การดับอาร์คอย่างรวดเร็วทำได้โดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรการปล่อยประจุเพื่อตรวจจับสัญญาณอาร์คได้อย่างรวดเร็ว (โดยแทบไม่มีความล่าช้า) จากนั้นจึงควบคุมสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงของวงจรหลักกระแสผ่านอุปกรณ์ลอจิกดิจิทัลความเร็วสูง ดับอาร์คภายใน 2 μs
การใช้แหล่งจ่ายไฟพัลส์ยังให้ผลลัพธ์ของกระบวนการหลายประการ: เวลาปิดของพัลส์สัมบูรณ์ค่อนข้างสั้น และหลังจากปิดเครื่อง ความเข้มข้นของอนุภาคที่มีประจุจะไม่ลดลงเป็นศูนย์ทันที แต่จะลดลงอย่างช้าๆ ก่อนที่จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ พัลส์ถัดไปจะมาถึง ส่งผลให้ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนเฉลี่ยสูงขึ้นและอัตราการแตกตัวเป็นไอออนเพิ่มขึ้น ผลกระทบแคโทดกลวงจะถูกยับยั้งอย่างมีประสิทธิภาพ และเนื่องจากแหล่งจ่ายไฟพัลส์ช่วยเพิ่มช่วงการปรับพารามิเตอร์กระบวนการไนไตรดิ้ง โดยแต่ละพารามิเตอร์สามารถปรับได้อย่างอิสระ จึงสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของการครอบคลุมเรืองแสงบนชิ้นงานที่มีรูปร่างพื้นผิวซับซ้อน ซึ่งจะช่วยเพิ่มคุณภาพชั้นการแทรกซึมและความเรียบของพื้นผิว
ระบบควบคุมใช้ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้และหน้าจอสัมผัสเป็นศูนย์กลางการควบคุมหลัก PLC เป็นหน่วยซีรีส์ FX3G ที่มีความจุหน่วยความจำโปรแกรม 32K สเต็ป ความเร็วในการประมวลผลคำสั่งพื้นฐาน 0.21 μs และอินเทอร์เฟซการสื่อสารความเร็วสูงสองช่อง (RS422 และ USB) หน้าจอสัมผัสเป็น TFT LCD ขนาด 12 นิ้ว ความละเอียด 1920×1080 ระบบสัมผัสแบบต้านทานสี่สาย ความถี่หลัก 1 GHz และซอฟต์แวร์กำหนดค่า McgsPro ที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้า
ระบบใช้สถาปัตยกรรมดิจิทัลเต็มรูปแบบแบบหลายงาน การจัดการแบบรวมศูนย์ และการควบคุมแบบกระจาย ซึ่งสามารถบรรลุการควบคุมแบบวงปิดของพารามิเตอร์สำคัญสามประการในการไนไตรดิ้งด้วยไอออนพร้อมกัน: ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิ ±1°C ความแม่นยำในการควบคุมความดัน ±1 Pa และความแม่นยำในการควบคุมการไหล ±0.5%
การควบคุมอุณหภูมิใช้ตัวควบคุมดิจิทัลซีรีส์ Shimaden SRS13 ของญี่ปุ่นพร้อมการควบคุม PID ซึ่งสร้างระบบควบคุมแบบวงปิดอุณหภูมิร่วมกับวงจรควบคุมอุณหภูมิและเทอร์โมคัปเปิล การควบคุมความดันก็ใช้ตัวควบคุมดิจิทัล Shimaden SRS13 เช่นกัน ซึ่งสร้างระบบควบคุมแบบวงปิดความดันร่วมกับตัวแปลงความถี่และเซ็นเซอร์วัดความดัน การควบคุมการไหลถูกกำหนดค่าด้วยเครื่องวัดการไหลมวลเฉพาะหนึ่งเครื่องเพื่อควบคุมการไหลของก๊าซ
เส้นทางการใช้งานแบบวงปิดความดันมีดังนี้: เครื่องส่งสัญญาณความดันวัดความดันในเตาอบและส่งสัญญาณกระแสมาตรฐานไปยังตัวควบคุมดิจิทัล ตัวควบคุมจะทำการคำนวณ PID ตามค่าความดันที่ตั้งไว้และค่าที่สุ่มได้แบบเรียลไทม์ จากนั้นจึงส่งสัญญาณกระแสมาตรฐานไปยังตัวแปลงความถี่ โดยการปรับความเร็วของมอเตอร์ปั๊มสุญญากาศ จะปรับความเร็วในการปั๊ม ซึ่งจะทำให้ความดันในเตาอบคงที่ที่ค่าที่ตั้งไว้ของกระบวนการ วิธีการควบคุมนี้ให้ความแม่นยำ ±1 Pa ในขณะที่การใช้ปั๊มสุญญากาศและตัวแปลงความถี่ร่วมกันช่วยลดการสึกหรอทางกลของตัวปั๊มได้อย่างมากระหว่างการสตาร์ท และการทำงานด้วยความเร็วต่ำในระยะยาวสามารถยืดอายุการใช้งานได้อย่างมาก
การควบคุมการไหลใช้เครื่องวัดการไหลมวลซีรีส์ HORIBA S500 ของญี่ปุ่น โดยมีเวลาตอบสนองน้อยกว่า 0.3 ±2% วินาที จากสถานะปิดสนิทถึงจุดตั้งค่าเมื่อเริ่มควบคุมและเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงจุดตั้งค่าระหว่างการควบคุม ช่วงการควบคุมครอบคลุม 1 ถึง 100% ของสเกลเต็ม ทำงานจากแหล่งจ่ายไฟ DC24V สากลเพียงแหล่งเดียว โดยวงจรไฟฟ้าภายในแยกออกจากวงจรขาเข้าและขาออก
ตัวเตาอบใช้โครงสร้างแบบทรงกระบอกตั้งตรง ประกอบด้วยสองส่วน: ทรงกระบอกและฐาน ทรงกระบอกทรงกระบอกใช้โครงสร้างผนังสองชั้นระบายความร้อนด้วยน้ำและระบบระบายความร้อนด้วยน้ำหลายช่องทางเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของเตาอบสม่ำเสมอ มีแผ่นกันความร้อนสแตนเลส 310S หกชั้นติดตั้งอยู่ภายในทรงกระบอก และแผ่นกันความร้อนสแตนเลสสองชั้นติดตั้งอยู่ที่ส่วนบนของฐานเตาอบ ทำให้สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงในระยะยาวและประหยัดพลังงานได้อย่างมาก มีการเพิ่มชั้นของฉนวนใยแก้วอะลูมิเนียมซิลิเกตหนา 20 มม. ไว้ภายในชั้นฉนวนใกล้กับผนังเตาอบ
แผ่นแคโทดรองรับอยู่บนฐานเตาอบด้วยไมกาหล่อคุณภาพสูงสามชุด พร้อมปรับความสูงได้ แผ่นแคโทดทำจากแผ่นสแตนเลส 310S ที่มีความหนาไม่น้อยกว่า 30 มม. โครงยึดถาดวัสดุที่สัมผัสกับชิ้นงานก็ทำจากสแตนเลส 310S เช่นกัน อุปกรณ์เชื่อมต่อแคโทดได้รับการออกแบบให้เป็นการเชื่อมต่อแบบแข็งเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาความร้อนสูงเกินไปที่เกิดจากการเชื่อมต่อแบบเร็วหลวม
เทอร์โมคัปเปิลสองตัวถูกนำเข้ามาจากแผ่นฐานเตาอบและวางไว้ตรงกลางแผ่นแคโทดเพื่อจำลองหัววัดอุณหภูมิ ตัวหนึ่งใช้สำหรับการควบคุมอุณหภูมิโดยแหล่งจ่ายไฟพัลส์ความร้อนไอออน และอีกตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องมือเตือนภัยสำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิหลายทิศทาง ตรงกลางฐานมีช่องดูดสุญญากาศและช่องรับแคโทด เชื่อมต่อด้วยหน้าแปลน ท่อสแตนเลสผนังหนา และท่อสแตนเลสแบบยืดหยุ่น พร้อมการปิดผนึกด้วยวงแหวนปิดผนึกฟลูออโรรับเบอร์ทนความร้อนสูง
ระบบสุญญากาศใช้สำหรับการดูดสุญญากาศเบื้องต้นของตัวเตาอบ และสำหรับการเปลี่ยนบรรยากาศและการระบายก๊าซไอเสียระหว่างกระบวนการไนไตรดิ้ง ระบบติดตั้งปั๊มโรตารี่แวน 2X15 หนึ่งเครื่องเป็นหน่วยสุญญากาศ ชุดปั๊มประกอบด้วยปั๊มสุญญากาศแม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมวาล์วเติมลมและวาล์วผีเสื้อสุญญากาศสูงหนึ่งตัว ปั๊มโรตารี่แวนเป็นหน่วยซีรีส์ Xunda 2X ของกวางตุ้ง ทนทานต่อการกัดกร่อนของก๊าซในกระบวนการ ควบคุมด้วยตัวแปลงความถี่ และติดตั้งวาล์วผีเสื้อสุญญากาศสูง GI-50 เป็นวาล์วควบคุมหลัก
การวัดสุญญากาศใช้เครื่องส่งสัญญาณความดันสัมบูรณ์แบบไดอะแฟรมคาปาซิทีฟชนิด ZJ-1C มาตรวัดสุญญากาศนี้ไม่ได้รับผลกระทบจากชนิดและองค์ประกอบของตัวกลางที่วัด ให้การวัดที่แม่นยำและเชื่อถือได้ โดยค่าที่วัดได้จะแสดงโดยเครื่องวัดดิจิทัลและมีส่วนร่วมในการควบคุมความดันในเตาอบ
ระบบกระจายก๊าซใช้สำหรับควบคุมการนำก๊าซในกระบวนการเข้าสู่เตาอบ ประกอบด้วยแหล่งก๊าซ เครื่องวัดการไหล และท่อที่เกี่ยวข้อง ก๊าซในกระบวนการ (เช่น แอมโมเนีย) จัดหาโดยผู้ใช้ ผ่านเครื่องวัดการไหลมวล แล้วนำเข้าสู่ตัวเตาอบผ่านถังผสมเฉพาะตามสูตรกระบวนการ ท่อก๊าซทำจากสแตนเลส โดยแต่ละสายก๊าซมีวาล์วลดแรงดัน วาล์วปิดด้วยมือ ตัวกรอง เกจวัดแรงดัน และโซลินอยด์วาล์ว
ระบบน้ำหล่อเย็นใช้วิธีการหมุนเวียน โดยแหล่งน้ำมาจากหอหล่อเย็นและปั๊มน้ำ (ความรับผิดชอบของผู้ซื้อ) ข้อกำหนดน้ำหล่อเย็น: อุณหภูมิน้ำเข้าไม่เกิน 31°C แรงดันน้ำเข้า 0.15 ถึง 0.25 MPa และอัตราการไหลรวม 20 m³/h แต่ละสาขาน้ำหล่อเย็นมีวาล์วทางเข้าและทางออกแยกต่างหากสำหรับการปรับการไหลแต่ละครั้ง ท่อน้ำหล่อเย็น วาล์ว และข้อต่อทั้งหมดที่ติดอยู่กับอุปกรณ์ทำจากสแตนเลส
ติดตั้งเกจวัดแรงดันแบบหน้าสัมผัสไฟฟ้าบนท่อทางเข้าหลักสำหรับสัญญาณเตือนในกรณีที่แรงดันทางเข้าผิดปกติ และระบบควบคุมจะดำเนินการป้องกันที่สอดคล้องกัน ติดตั้งวาล์วน้ำเข้าสำรองที่ท่อทางเข้าหลัก เชื่อมต่อกับท่อน้ำประปาของผู้ใช้ – ในกรณีที่ไฟฟ้าดับหรือน้ำดับโดยไม่คาดคิด ตัวเตาอบสามารถหล่อเย็นด้วยน้ำประปาได้
ระบบมีฟังก์ชันเตือนสำหรับอุณหภูมิเกิน ความดันเกิน เทอร์โมคัปเปิลเสียหาย น้ำขาด และเฟสหาย โดยมีทั้งสัญญาณเตือนด้วยเสียงและภาพ และสัญญาณเตือนบนอินเทอร์เฟซควบคุม ดำเนินการป้องกันที่สอดคล้องกัน เช่น ห้ามเปิดเครื่อง ห้ามให้ความร้อน ตัดหรือกลับมาให้ความร้อนตามปัญหาเฉพาะ
ระบบควบคุมสามารถวินิจฉัยตนเองของข้อผิดพลาดของอุปกรณ์ แจ้งให้ผู้ใช้ตรวจสอบและซ่อมแซมจุดที่เกิดข้อผิดพลาดที่สอดคล้องกัน เมื่อเกิดข้อผิดพลาด ระบบจะปิดวาล์วทั้งหมดโดยอัตโนมัติ ระบบสุญญากาศมีฟังก์ชันสตาร์ทและหยุดตามลำดับ ติดตั้งกลไกการทำงานร่วมกันและการทำงานร่วมกันที่สมบูรณ์ โดยวาล์วทั้งหมดเป็นแบบปิดเมื่อไม่มีไฟ
