真空釬焊爐零件變色故障診斷與處理

陸英韜，王德林，陳 穎，李 軍，佟 巖，梁鑫昇，池景淑

（中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司運(yùn)行保障中心，遼寧沈陽(yáng) 110043）

真空釬焊爐零件變色故障診斷與處理

陸英韜，王德林，陳 穎，李 軍，佟 巖，梁鑫昇，池景淑

（中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司運(yùn)行保障中心，遼寧沈陽(yáng) 110043）

真空釬焊爐結(jié)構(gòu)原理。研究零件變色故障原因及快速診斷方法，闡明理論依據(jù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)維修經(jīng)驗(yàn)，分析對(duì)應(yīng)的檢修及預(yù)防措施，提高零件加工質(zhì)量和效率。

真空釬焊爐；壓升率；真空泵；故障處理

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.29

0 引言

近年來(lái)，真空爐在工廠廣泛應(yīng)用，一些長(zhǎng)年使用的老爐，在加工過(guò)程中容易出現(xiàn)零件氧化變色等問(wèn)題，嚴(yán)重影響零件加工質(zhì)量和效率。以下介紹快速判斷零件變色的故障原因，以及采取相應(yīng)的維修預(yù)防措施。本文涉及的真空術(shù)語(yǔ)，參照《真空技術(shù) 術(shù)語(yǔ)GB/T3163-2007》標(biāo)準(zhǔn)，文中所引用的各項(xiàng)釬焊爐技術(shù)指標(biāo)，參照北京華海釬焊爐技術(shù)手冊(cè)。

1 真空釬焊爐工作原理

真空釬焊爐典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，爐子的真空系統(tǒng)主要由真空室、泵系統(tǒng)、各控制閥及熱交換器組成。工作時(shí)，首先啟動(dòng)機(jī)械泵，打開(kāi)旁路閥，對(duì)真空室及管路抽真空。當(dāng)真空壓力低于系統(tǒng)某一規(guī)定值（如800 Pa）時(shí)，啟動(dòng)羅茨泵，打開(kāi)主路閥（對(duì)擴(kuò)散泵抽真空）。當(dāng)真空壓力低于擴(kuò)散泵廠家允許值（如30 Pa）時(shí)，接通加熱按鈕，對(duì)擴(kuò)散泵進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)擴(kuò)散泵預(yù)熱至規(guī)定溫度（如235℃）并且真空壓力低于系統(tǒng)規(guī)定值（如5 Pa）時(shí)，打開(kāi)高真空閥，對(duì)真空室抽高真空（如＜10-4Pa）。

圖1 真空釬焊爐典型結(jié)構(gòu)

2 零件變色原因分析

零件變色是由于在釬焊過(guò)程中，零件在高溫時(shí)氧化造成的零件變黑、變藍(lán)、變灰等顏色變化，不能滿足工藝檢驗(yàn)要求。其主要原因有漏氣、漏水、泵效率低、氬氣不純和爐內(nèi)返油等。也有一些其他原因，如夾具或零件未清洗干凈、長(zhǎng)期停用或雨季爐內(nèi)返潮加工之前未烘爐、焊料、操作等問(wèn)題。

3 快速診斷零件變色的方法

3.1 漏氣

漏氣會(huì)使極限真空度下降，真空度跳動(dòng)不明顯（但當(dāng)真空規(guī)管內(nèi)部破裂漏氣發(fā)黑時(shí)，真空度也會(huì)跳動(dòng)，應(yīng)首先排除），可用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏。漏氣主要發(fā)生在爐體爐門(mén)與外界連接處的密封膠圈，常見(jiàn)部位有爐門(mén)膠圈、高真空閥氣缸、水冷電極、測(cè)溫電偶座等膠圈密封處。真空規(guī)管由于溫度冷熱交變，規(guī)管內(nèi)玻璃壁破裂漏氣，造成發(fā)黑。

3.2 漏水

極限真空度下降不明顯（但漏水嚴(yán)重可見(jiàn)液體水時(shí)除外），有時(shí)只有半個(gè)數(shù)量級(jí)，可見(jiàn)：在升溫過(guò)程中真空度“跳動(dòng)”（瞬間下降又回升）；爐壁內(nèi)側(cè)表面有自上而下的白色印跡，漏水蒸發(fā)后的痕跡（但漏孔微小時(shí)不明顯）。常見(jiàn)部位有：換熱器、換熱器連接管路及焊縫、水冷電極、爐體內(nèi)壁。

3.3 泵效率低

抽速會(huì)變慢，具體可通過(guò)檢測(cè)裝置測(cè)量三級(jí)泵效率。機(jī)械泵的工作溫度通常要求≤75℃，可借助“便攜式紅外測(cè)溫儀”測(cè)量溫度。

3.4 氬氣純度的檢測(cè)方法

使用露點(diǎn)儀，要求≤-54℃，最好≤-58℃；使用微量氧測(cè)試儀，要求氧含量≤2×10-6；氬氣不純?cè)斐闪慵兩珪r(shí)，可采取隨爐冷（慢冷）方式，或待爐內(nèi)溫度適當(dāng)降低后，再開(kāi)始?xì)鍤饪炖??？赏ㄟ^(guò)零件顏色改善，借此判斷故障。

3.5 返油

?？梢?jiàn)爐體爐壁內(nèi)側(cè)（靠近擴(kuò)散泵通道）、散熱器、冷風(fēng)機(jī)及冷壁管路等處表面，附著有黑色凝固或半凝固狀態(tài)的液體油。

（1）機(jī)械泵返油。爐內(nèi)真空度比機(jī)械泵管路真空度高時(shí)，當(dāng)旁路閥關(guān)閉不嚴(yán)或被打開(kāi)，會(huì)造成機(jī)械泵返油。

（2）擴(kuò)散泵返油原因。①單開(kāi)機(jī)械泵羅茨泵時(shí)，高真空閥關(guān)閉不嚴(yán)；②擴(kuò)散泵工作時(shí)，擴(kuò)散泵外壁、冷井或冷水擋板處水冷能力不足時(shí)。

4 檢修措施

4.1 漏氣的檢修方法

（1）推薦使用氦質(zhì)譜檢漏儀。氦質(zhì)譜檢漏儀（以下簡(jiǎn)稱檢漏儀）就是用氦氣做示漏氣體的質(zhì)譜檢漏儀，是真空檢漏中靈敏度最高、用得最普遍的一種檢漏儀器。檢漏儀有“真空”和“吸槍”兩種操作模式。在漏氣檢測(cè)時(shí)，通常采用真空模式（圖2）。

圖2 檢漏儀真空操作模式

（2）真空爐與檢漏儀的連接方法。在爐子真空室與泵之間的管路上，一般都會(huì)有“廠家預(yù)留的檢測(cè)接口”。將“檢漏儀測(cè)試口”與真空爐廠家預(yù)留的檢測(cè)接口連接。

（3）檢漏過(guò)程中的注意事項(xiàng)。當(dāng)檢漏儀連接好以后，注意讓爐子先抽一會(huì)真空，待爐內(nèi)真空壓力低于檢漏儀的“進(jìn)口壓力”要求（如HLT560型檢漏儀進(jìn)口壓力要求＜1800 Pa）時(shí)，方可打開(kāi)測(cè)試口的旋轉(zhuǎn)閥門(mén)。注意：檢漏儀在工作狀態(tài)下要避免振動(dòng)，停機(jī)20 min以后才允許移動(dòng)。

4.2 漏水的檢修方法

冷卻循環(huán)水在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，水中的鈣離子會(huì)吸附在夾層及水管的內(nèi)表面形成水垢，水垢不僅使水流速變慢、換熱能力下降、溫度升高，還會(huì)產(chǎn)生垢下腐蝕；水中的氯離子對(duì)金屬有腐蝕作用，溫度越高水流速越慢、腐蝕性越強(qiáng)。在以上兩者長(zhǎng)期作用下，就會(huì)造成夾層、管路及焊縫等處，受到腐蝕而出現(xiàn)滲水漏水問(wèn)題。

有時(shí)在常溫下水中的雜質(zhì)會(huì)將微漏孔堵死，看不見(jiàn)漏水。但當(dāng)釬焊爐工作時(shí)，在受到爐內(nèi)高溫和壓差（爐內(nèi)夾層和水管內(nèi)有水壓，爐體內(nèi)部處于真空狀態(tài)）的雙重作用下，微漏孔逐漸變化，出現(xiàn)滲水，所加工的零件會(huì)氧化變黑。過(guò)程中可見(jiàn)真空度在升溫過(guò)程中跳動(dòng)，真空度瞬間下降又回升。

（1）查找漏點(diǎn)方法。漏水嚴(yán)重時(shí)，可直接看見(jiàn)漏點(diǎn)，但通常也需要拆卸熱區(qū)、換熱器、蓋板等遮擋物。在檢查換熱器時(shí)，通常將換熱器放入水槽，充氣打壓后，觀察氣泡現(xiàn)象，即為漏點(diǎn)。針對(duì)微小漏孔：將真空釬焊爐體夾層和水管內(nèi)的水用壓縮空氣吹凈，再用真空泵連接到爐體夾層及冷卻水管的進(jìn)水口或出水口，對(duì)爐體夾層和水冷管抽真空，以便對(duì)爐體夾層和水管檢漏，使用氦質(zhì)譜檢漏儀的吸槍模式（圖3）。操作過(guò)程：真空爐停水，放夾層中的冷卻水，充10 kg的壓縮空氣，用氦質(zhì)譜檢漏儀找到漏點(diǎn)。

（2）其他方法。在爐壁內(nèi)側(cè)涂一層紅藥水，將爐內(nèi)充正壓，再擦掉表面的紅藥水，觀察裂縫痕跡。

4.3 泵效率低的檢修方法

（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法。①機(jī)械泵、羅茨泵抽氣能力的判斷方法：在管路上安裝“低真空計(jì)”，關(guān)閉主路閥和旁路閥，依次開(kāi)啟機(jī)械泵、羅茨泵，分別記錄低真空計(jì)數(shù)值，對(duì)比泵型號(hào)的出廠指標(biāo)：極限壓力。②擴(kuò)散泵抽氣能力的判斷方法。開(kāi)啟前級(jí)泵，當(dāng)真空度符合啟動(dòng)條件（通常真空度＜5 Pa，油溫＞235℃），啟動(dòng)擴(kuò)散泵，一段時(shí)間內(nèi)，爐內(nèi)真空應(yīng)達(dá)到工藝要求或出廠指標(biāo)。

圖3 氦質(zhì)譜檢漏儀吸槍模式

（2）準(zhǔn)確測(cè)量方法。需制作相關(guān)測(cè)量裝置：機(jī)械泵參照《旋片式真空泵性能測(cè)量方法JB/T 6533—1997》《滑閥式真空泵性能測(cè)量方法JB/T 1246—1997》標(biāo)準(zhǔn)；羅茨泵參照《羅茨真空泵性能測(cè)量方法JB/T 7674—1995》標(biāo)準(zhǔn)；擴(kuò)散泵參照《蒸汽流真空泵性能測(cè)量方法JB/T 8272.1—1996》標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 氬氣純度的檢測(cè)方法

（1）使用露點(diǎn)儀。要求≤-54℃，最好≤-58℃。

（2）微量氧測(cè)試儀。要求氧含量≤2×10-6。操作者有時(shí)用氬氣罐里的氬氣吹零件上的灰塵，時(shí)間長(zhǎng)了罐內(nèi)的氬氣將耗盡，卻不知道給氬氣罐內(nèi)充氣。此時(shí)如果氬氣罐的檢修門(mén)或管路漏氣，空氣里的氧氣和水分子就會(huì)進(jìn)入氬氣罐內(nèi)混在氬氣中，在零件快冷時(shí)，造成零件氧化變色。

（3）對(duì)氬氣罐及管路檢漏?？捎梅试砼輽z查，觀察氣泡。

（4）可以改造氬氣罐管路，增加自動(dòng)充氬氣功能。一方面保證氬氣罐內(nèi)壓力符合工作要求，另一方面減少由于氬氣罐進(jìn)空氣造成快冷時(shí)零件氧化變色的情況。

4.5 爐內(nèi)返油的處理方法

（1）手工擦洗?？上扔脷夂福笥闷途凭茸鋈軇?，清除爐壁、水冷擋板、高真空閥、管道等處的油污。散熱器可將其拆卸，放入“超聲波清洗槽”清洗。但由于積油的地方多是熱量輻射不到的地方，也是手或一般工具不容易夠到的地方，比如多層反射板的層間夾縫等，清洗起來(lái)非常困難。

（2）在工作中摸索出的一種處理油污的簡(jiǎn)單方法。在烘爐或釬焊結(jié)束后，利用爐內(nèi)的熱量，利用氬氣冷卻過(guò)程，讓氬氣在爐內(nèi)的對(duì)流循環(huán)來(lái)傳導(dǎo)熱量，加熱爐內(nèi)的發(fā)射板等冷構(gòu)件，使其升溫到200℃以上，將其表面吸附的油污蒸發(fā)掉。用這種方法清除油污，效果很好，做起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。

5 真空釬焊爐維修后的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

盡管每臺(tái)釬焊爐均配有出廠標(biāo)牌（或驗(yàn)收文件），但是當(dāng)零件變色時(shí)，對(duì)應(yīng)按照標(biāo)牌（或驗(yàn)收文件）檢查，常會(huì)發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)都滿足設(shè)備出廠要求，但是零件表面還是變色，不能滿足工藝要求。原因是需要根據(jù)每臺(tái)爐子的實(shí)際情況，分別修改完善“維修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)”，而且每臺(tái)設(shè)備都不盡相同。以下是結(jié)合設(shè)備的具體情況和維修經(jīng)驗(yàn)，修改完善的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：①華海釬焊爐，編號(hào)13020075，型號(hào)VBFV-300。②極限真空度≤1×10-4Pa。③壓升率≤0.2 Pa/h。④9點(diǎn)測(cè)溫，溫差≤±5℃；⑤4169鎳基釬焊件，表面顏色符合工藝要求；⑥釬焊件，焊料融化均勻性符合工藝要求；⑦維修后，連續(xù)3爐釬焊件，符合工藝要求；⑧歷史參考數(shù)據(jù)：洗爐后，再次燒高溫至1250℃過(guò)程中，全程真空度≤3×10-3Pa；在隨爐冷降溫過(guò)程中，真空度全程穩(wěn)定在10-4Pa；⑨氬氣純度：用露點(diǎn)儀（要求≤-54℃），微量氧測(cè)試儀（要求氧含量≤2×10-6）。

6 真空釬焊爐故障維修案例

6.1 釬焊爐零件變色故障

（1）故障時(shí)設(shè)備狀態(tài)。①用氦質(zhì)譜檢漏儀，檢漏多次，未發(fā)現(xiàn)有明顯外漏部位（通常要求：爐體漏氣率≤1×10-4Pa·L/s）；②壓升率下降很快，僅0.5 h就從10-2下降了 20 Pa（正常時(shí)，壓升率≤0.2 Pa/h）；③打開(kāi)三級(jí)泵后，抽速慢，極限真空度僅能達(dá)到10-2Pa（正常時(shí)，極限真空度≤1×10-4Pa）；④爐壁內(nèi)側(cè)，雖然沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的液體水，但南側(cè)內(nèi)壁上有自上而下的白色印跡，疑似漏水蒸發(fā)后留下的痕跡。

（2）從②、④中分析原因。爐體內(nèi)部漏水，主要懷疑部位：頂部換熱器、連接管路（由于換熱器被頂部蓋板擋住，即使漏水也看不到）。

（3）維修措施。依次拆卸加熱室→頂部換熱器蓋板→銅換熱器→不銹鋼法蘭及管路，焊接并更換有裂縫的管路，使設(shè)備恢復(fù)正常。

6.2 釬焊爐表盤(pán)數(shù)據(jù)振幅較大高真空度跳動(dòng)故障

（1）故障時(shí)設(shè)備狀態(tài)。①零件顏色正常，檢漏未發(fā)現(xiàn)有外漏；②高真空計(jì)表頭連接線無(wú)松動(dòng)；③故障時(shí)也未進(jìn)行高真空閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

（2）根據(jù)現(xiàn)象分析故障原因。高真空規(guī)管或真空計(jì)表頭（CM51，COMBIVAC）內(nèi)部故障。

（3）維修措施。更換高真空規(guī)管（PR26，Laybold）后，設(shè)備恢復(fù)正常。

6.3 釬焊爐快冷時(shí)氬氣壓力不穩(wěn)定故障

（1）故障時(shí)設(shè)備狀態(tài)?？炖鋾r(shí)氬氣充氣壓力不穩(wěn)定，壓力低于正常值。

（2）分析氬氣充氣控制流程。面板按鈕→PLC I/O輸出→氬氣汽缸動(dòng)作→壓力變送器（壓力傳感器）→真空壓力顯示儀表。

（3）維修措施。逐一檢查，與設(shè)備連接的氬氣罐壓力表?yè)p壞，實(shí)際為罐內(nèi)氬氣壓力不足，更換壓力表，重新充氬氣后設(shè)備恢復(fù)正常。

6.4 釬焊爐加熱過(guò)程中真空度下降故障

（1）故障時(shí)設(shè)備狀態(tài)。①原設(shè)備擴(kuò)散泵外側(cè)冷水循環(huán)制冷能力不足，后經(jīng)改造，將擴(kuò)散泵冷水獨(dú)立循環(huán)，并單獨(dú)配置冷水機(jī)組對(duì)循環(huán)水制冷；②擴(kuò)散泵外壁溫度過(guò)高，導(dǎo)致擴(kuò)散泵過(guò)熱。

（2）根據(jù)現(xiàn)象分析故障原因。冷水機(jī)組制冷能力下降，擴(kuò)散泵內(nèi)的熱油蒸氣不能及時(shí)被冷壁冷卻變?yōu)橐后w油，使得擴(kuò)散泵抽氣效率下降，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)真空度下降。

（3）維修措施。檢查發(fā)現(xiàn)冷水機(jī)組的電路板損壞，不能制冷。更換冷水機(jī)組（杭州舜天工業(yè)冷水機(jī)）控制電路板后，設(shè)備恢復(fù)正常。

7 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題后，要根據(jù)設(shè)備狀態(tài)加以理論分析，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定維修方案。本文總結(jié)的方法和技巧，對(duì)真空釬焊爐零件變色故障診斷很有幫助，維修人員可參考借鑒。

［1］陸英韜，金輝，張荊德，等.工業(yè)爐真空系統(tǒng)故障診斷與測(cè)量［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2012（3）:52-54.

［2］達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

TQ051.4

B

〔編輯 凌 瑞〕