GENERATIONⅡ型充氮烘烤箱故障分析

王天旭

一、概述

GENERATIONⅡ型充氮烘烤密封焊接箱，美國(guó)BENCHMARK公司生產(chǎn)，由烘烤箱、手套箱和傳遞箱三個(gè)箱體組成，配有真空、加熱烘烤、充氮、焊接、干燥過(guò)濾、冷卻、露點(diǎn)監(jiān)測(cè)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該設(shè)備集熱能、焊接、氣動(dòng)、真空、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)于一身，主要用于氣密密封產(chǎn)品的加工裝配。

二、工作原理

啟動(dòng)電源開機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)入自檢程序；關(guān)閉所有箱門，兩臺(tái)真空泵分別對(duì)烘烤箱和傳遞箱抽真空，當(dāng)箱內(nèi)真空值達(dá)到設(shè)定值之后，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。與此同時(shí)手套箱內(nèi)隨氣壓的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫?，以保證手套箱內(nèi)維持正壓狀態(tài)（氣壓約高于本地氣壓），干燥過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)手套箱內(nèi)的氮?dú)膺M(jìn)行干燥過(guò)濾，保證箱內(nèi)露點(diǎn)滿足工藝要求。加工時(shí)，打開烘烤箱外門，將產(chǎn)品零件放入烘烤箱內(nèi)，關(guān)閉箱門，調(diào)用或編制烘烤程序，運(yùn)行。在烘烤箱內(nèi)完成抽真空、加熱烘烤、充氮、保溫和降溫等過(guò)程后，按烘烤箱內(nèi)門開啟按鈕，內(nèi)門自動(dòng)打開，將產(chǎn)品零件轉(zhuǎn)入手套箱內(nèi)，關(guān)閉烘烤箱內(nèi)門。在手套箱內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品零件焊接、封裝等加工裝配工序。加工裝配完畢，開啟傳遞箱內(nèi)門，將加工完畢的產(chǎn)品放入傳遞箱內(nèi)，關(guān)閉傳遞箱內(nèi)門，然后打開傳遞箱外門，取出產(chǎn)品、關(guān)閉箱門，完成加工過(guò)程。在零件傳遞過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)各箱內(nèi)壓力，維持壓力平衡。

三、故障原因分析、判斷與修理

1.真空度到16Pa后數(shù)值不再減少反而緩慢增加

抽烘烤箱真空時(shí)，電腦屏幕顯示其空壓力16Pa后，數(shù)值不再減少，反而緩慢增加。 烘烤產(chǎn)品零件時(shí)，烘烤箱內(nèi)真空度要求達(dá)到2.6Pa以下。初步分析有四個(gè)因素可能引起這種現(xiàn)象：①真空泵性能下降；②管路漏氣；③真空檢測(cè)元件老化、性能不穩(wěn)定；④烘烤箱密封不嚴(yán)。

通過(guò)觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)真空泵有異常情況，進(jìn)一步對(duì)真空泵進(jìn)行測(cè)試，泵所抽壓力可達(dá)到0.1Pa，與設(shè)備剛購(gòu)進(jìn)驗(yàn)收時(shí)所測(cè)壓力值一致，說(shuō)明真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常。檢查管路，沒(méi)有松動(dòng)、變形和裂縫現(xiàn)象，再使用壓力法檢查管路，沒(méi)有漏點(diǎn)，相關(guān)控制閥關(guān)閉可靠。采用對(duì)比法檢查，將真空測(cè)試儀器通過(guò)一個(gè)三通管與設(shè)備真空檢測(cè)管路并聯(lián)在一起，抽真空時(shí)，觀察設(shè)備上電腦屏幕顯示值與真空測(cè)試儀器顯示值是否一致。經(jīng)檢測(cè)，兩者顯示值相等，說(shuō)明真空檢測(cè)元件性能穩(wěn)定。烘烤箱是一個(gè)長(zhǎng)方形不銹鋼箱體，內(nèi)部被四塊隔板（加熱板）分成五層，工作區(qū)域?yàn)橹虚g三層，箱體兩端各開一扇門，如圖1所示，左邊是外門，采用鉸鏈旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，是裝載零件的進(jìn)口；右邊是內(nèi)門，采用氣動(dòng)活塞移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，是烘烤零件進(jìn)入手套箱的唯一通道。烘烤箱內(nèi)只有這兩扇門和一個(gè)圓管孔（既用于抽真空，又用于充入氮?dú)猓┡c外界相通。由于烘烤箱長(zhǎng)時(shí)間處于加熱烘烤狀態(tài)，可能使門上的密封圈變形、破損或老化，失去密封性能。經(jīng)檢查，門上的密封圈沒(méi)有破損、變形和老化現(xiàn)象，門和門框也沒(méi)有出現(xiàn)任何變形。用酒精噴霧法檢查外門，真空值顯示無(wú)明顯突變，說(shuō)明外門無(wú)泄漏；對(duì)于內(nèi)門，將其關(guān)閉充入手套箱內(nèi)的氮?dú)猓婵鞠涑檎婵?，若手套箱上的手套被吸入，說(shuō)明內(nèi)門有泄漏。經(jīng)測(cè)試，手套箱上的手套被慢慢地吸入箱內(nèi)，此現(xiàn)象說(shuō)明烘烤箱與手套箱之間的內(nèi)門密封不嚴(yán)。查看關(guān)門的氣源壓力，顯示值為2×105Pa。根據(jù)設(shè)備使用要求將壓力值調(diào)到6×105Pa，然后抽真空，故障現(xiàn)象消除，電腦屏幕顯示值為0.9Pa，符合設(shè)備使用要求。

通過(guò)以上分析、檢查，造成本次故障現(xiàn)象的根本原因是烘烤箱內(nèi)門的關(guān)門氣壓調(diào)節(jié)過(guò)低。

2.手套箱上的手套被吸入箱內(nèi)發(fā)生爆裂

設(shè)備正常工作時(shí)，手套箱內(nèi)充入的是氮?dú)?，箱?nèi)壓力為正壓（壓力約高于本地大氣壓力）。當(dāng)箱內(nèi)壓力降到系統(tǒng)設(shè)定的下限時(shí)，如圖2，控制系統(tǒng)自動(dòng)打開電磁閥S2充入氮?dú)?，維持箱內(nèi)正壓狀態(tài)。當(dāng)箱內(nèi)壓力突然增加（如將手套向箱內(nèi)伸進(jìn)）超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的壓力值時(shí)，單向排氣閥或電磁閥S4、S5自動(dòng)打開卸壓。若當(dāng)氣瓶不能給設(shè)備提供氮?dú)鈺r(shí)，即氣體耗盡或氣瓶總閥被關(guān)閉，設(shè)備執(zhí)行充氮程序，電磁閥S1打開，氣瓶不能提供氮?dú)?，此時(shí)當(dāng)電磁閥S2也處于打開狀態(tài)，即手套箱內(nèi)正處于補(bǔ)充氮?dú)鉅顟B(tài)，箱體之間就通過(guò)電磁閥S1或S3、減壓閥、電磁閥S2、過(guò)濾器互相聯(lián)通，手套箱內(nèi)的氣體就流入烘烤箱或傳遞箱，電磁閥S2因手套箱內(nèi)壓力低于系統(tǒng)設(shè)定的下限而處于常開狀態(tài)。由于零件在烘烤箱內(nèi)，要反復(fù)執(zhí)行抽真空和充氮等程序，而傳遞箱內(nèi)通常保持真空狀態(tài)，電磁閥S3處于常閉，因此手套箱內(nèi)的氣體主要經(jīng)過(guò)電磁閥S1被一次次抽走，箱內(nèi)的壓力降低，手套被吸入箱內(nèi)，超過(guò)橡膠手套膨脹極限后，發(fā)生爆裂。另外，當(dāng)內(nèi)門關(guān)閉不嚴(yán)，手套箱內(nèi)沒(méi)有氮?dú)庋a(bǔ)充時(shí)，也會(huì)造成類似現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)察看，爆裂的手套被吸入箱內(nèi)，氮?dú)馄可蠚鈮罕韷毫χ羔樦傅搅恕?”位，說(shuō)明氣瓶?jī)?nèi)的氮?dú)庖押谋M。更換新手套和氮?dú)馄?，試機(jī)，沒(méi)有出現(xiàn)手套被吸入和爆裂現(xiàn)象。為了進(jìn)一步證實(shí)前面的分析，關(guān)閉氮?dú)馄可系目傞y門后觀察現(xiàn)象，烘烤箱在抽真空時(shí)，手套沒(méi)有發(fā)生任何變化，當(dāng)執(zhí)行充氮程序時(shí)，手套被慢慢吸入箱內(nèi)膨脹。當(dāng)打開氣瓶總閥門，手套又恢復(fù)到正常狀態(tài)。經(jīng)了解，手套發(fā)生幾次爆裂都是操作人員不在場(chǎng)時(shí)發(fā)生的。由于設(shè)備烘烤零件時(shí)間較長(zhǎng)，值班操作人員長(zhǎng)時(shí)間不在現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)?shù)獨(dú)夂谋M后沒(méi)人及時(shí)采取措施，致使手套爆裂。針對(duì)此原因，規(guī)定操作人員定時(shí)巡視制度，觀察氣瓶?jī)?nèi)氮?dú)庀那闆r。執(zhí)行定時(shí)巡視制度后，很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有出現(xiàn)手套爆裂問(wèn)題，但操作人員發(fā)現(xiàn)剛更換的氮?dú)?，沒(méi)用多久就消耗完了，手套又發(fā)生爆裂現(xiàn)象。對(duì)此進(jìn)行檢查，裝上新手套，又接上一瓶滿的氮?dú)庠嚈C(jī)檢查，通過(guò)顯示屏發(fā)現(xiàn)：烘烤箱內(nèi)的真空壓力很快達(dá)到0.9Pa，而傳遞箱內(nèi)的真空壓力顯示仍為“HIGH”（＜266.7Pa才顯示具體數(shù)值），說(shuō)明傳遞箱的真空系統(tǒng)有問(wèn)題。檢查系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，電磁閥S3的線圈處于通電狀態(tài)，使不該此時(shí)打開的電磁閥S3打開了。查找電磁閥S3導(dǎo)通的原因，由于控制電磁閥S3的固態(tài)繼電器損壞，固態(tài)繼電器的主觸點(diǎn)處于接通狀態(tài)，線圈一直通電，造成電磁閥S3打開。氣瓶?jī)?nèi)的氮?dú)饨?jīng)電磁閥S3進(jìn)入傳遞箱，故傳遞箱內(nèi)的真空壓力達(dá)不到規(guī)定值。當(dāng)真空泵抽走氣瓶?jī)?nèi)的所有氮?dú)夂螅懊娣治鲆粯?，最后連手套箱內(nèi)的氣體也被抽走，造成手套出現(xiàn)爆裂。

經(jīng)換上新的固態(tài)繼電器試機(jī)，傳遞箱內(nèi)的真空壓力很快達(dá)到規(guī)定值，設(shè)備工作正常。

3.從烘烤箱內(nèi)取出的零件表面出現(xiàn)氧化現(xiàn)象

出現(xiàn)氧化現(xiàn)象可能有三個(gè)因素：①被烘烤的產(chǎn)品零件表面太臟；②烘烤箱密封不嚴(yán)；③烘烤箱內(nèi)充入的氮?dú)赓|(zhì)量差或混入了其他腐蝕性物質(zhì)。

在對(duì)箱體檢查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隔板（加熱板）上有黃褐色類似油膩之類的物質(zhì)。放入烘烤箱內(nèi)的零件和載體應(yīng)該都是清洗干凈的，觀察設(shè)備供氮管路，發(fā)現(xiàn)充入烘烤箱內(nèi)的氮?dú)鈴臍馄康皆O(shè)備經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)約12m、直徑20mm的新管路。為了消除管道過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的影響，將氣瓶移到設(shè)備旁邊，直接用干凈的短管與設(shè)備相連。將烘烤箱內(nèi)部徹底清洗、擦拭干凈，然后經(jīng)過(guò)幾次抽真空→充氮→空箱加熱烘烤操作后，箱內(nèi)再?zèng)]有發(fā)現(xiàn)黃褐色物質(zhì)。放入零件按烘烤程序進(jìn)行烘烤，零件表面沒(méi)有出現(xiàn)任何氧化現(xiàn)象，故障現(xiàn)象消除。對(duì)原長(zhǎng)管道內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁粘著許多黃色污物。經(jīng)調(diào)查，在安裝管道時(shí)，安裝人員沒(méi)有對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行清洗去污處理。在充氮烘烤過(guò)程中，氮?dú)鈱⒐軆?nèi)贓物帶入烘烤箱內(nèi)，造成零件表面氧化。

為防止此問(wèn)題再次發(fā)生，采取預(yù)防措施：①采用清潔干凈的管道作為供氣管道；②縮短供氣管道長(zhǎng)度，以減少更換氮?dú)馄繒r(shí)管道內(nèi)進(jìn)入的空氣量；③做好設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)工作，確保設(shè)備內(nèi)外干凈整潔。