磁力驅(qū)動化工泵中內(nèi)磁體焊接工藝

葉益民，吳永福

1. 江蘇大學基礎工程訓練中心 江蘇鎮(zhèn)江 212013

2. 中國中車集團南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇南京 211800

1 序言

泵、閥是化學工業(yè)、核動力工業(yè)、石油化學工業(yè)、冶金工業(yè)及制藥工程等生產(chǎn)領域中常用的基本裝備。一般來說，用于生產(chǎn)過程中為輸送流體和進行化學反應所裝備的泵、閥均采用軸封式的，這一類泵、閥中轉(zhuǎn)軸的密封方式采用機械密封或填料密封。這種采用轉(zhuǎn)軸密封方式的裝置最容易出現(xiàn)的問題就是泄漏，這是因為它必須利用工作介質(zhì)或輸送介質(zhì)的泄漏來潤滑轉(zhuǎn)軸的密封部位，但是隨著軸封在高速運轉(zhuǎn)中的不斷被磨損，工作介質(zhì)或輸送介質(zhì)的泄漏量也隨著磨損量的增大而增大。尤其是當工作介質(zhì)或輸送介質(zhì)為易燃、易爆、有毒或有害介質(zhì)時，其泄漏既會對環(huán)境造成影響，又會危及到生產(chǎn)安全和操作人員的健康。

磁力驅(qū)動泵因其不易泄漏、密封性好等優(yōu)點，在運送高壓、高溫、危險及貴重的流體介質(zhì)時得到廣泛應用，特別是隨著磁力驅(qū)動技術(shù)的日益成熟，各類磁力驅(qū)動泵在石油、化工、軍工及醫(yī)藥等工業(yè)領域發(fā)揮著重要作用[1]。

2 磁力泵的基本原理

磁力驅(qū)動泵是一種無泄漏泵。它利用磁體可以吸引鐵磁性物質(zhì)以及磁體與磁場之間存在磁力作用，而非鐵磁物質(zhì)不受磁力影響或影響很小，因此外磁體產(chǎn)生的磁場可以無接觸地透過非磁導體（隔離套），帶動內(nèi)磁轉(zhuǎn)子作同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)動力傳輸[2-3]。磁力驅(qū)動泵主要由電動機、泵體、隔離套、磁性聯(lián)軸器及葉輪等組成。電動機通過聯(lián)軸器與外磁轉(zhuǎn)子連在一起，葉輪與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子通過葉輪螺母和泵的內(nèi)軸組成一體，裝配在由泵體和隔離套組成的密封體內(nèi)。運行時，電動機帶動外磁轉(zhuǎn)子，外磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場帶動內(nèi)磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，從而使葉輪一起同步旋轉(zhuǎn)[2，4]。

3 磁轉(zhuǎn)子部件存在的焊接難點

深圳科捷機械有限公司生產(chǎn)的磁力驅(qū)動化工泵，其磁力傳動裝置采用獨特的密集型聚磁式拉推磁路耦合結(jié)構(gòu)，驅(qū)動化工泵的結(jié)構(gòu)和實物如圖1和圖2所示。該磁力泵的泵軸與電動機轉(zhuǎn)軸之間是利用磁力耦合，屬于無接觸的柔性連接。因此，泵在運轉(zhuǎn)中基本不存在機械磨損，自然磨損率低，故障率底，無需維護的周期長。

內(nèi)磁體是磁力驅(qū)動化工泵中最為關(guān)鍵的部件，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。如果焊接過程中產(chǎn)生退磁或配合不好時都會影響它的密封效果，可以說內(nèi)磁體焊接質(zhì)量的好壞將直接影響磁力驅(qū)動化工泵的使用壽命。

圖1 驅(qū)動化工泵的結(jié)構(gòu)示意

圖2 驅(qū)動化工泵

圖3 內(nèi)磁體結(jié)構(gòu)

內(nèi)磁轉(zhuǎn)子一般選用剩磁及矯頑力較大的硬磁材料。在對內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的端蓋與包套進行焊接時，由于受磁場的影響，不僅焊槍會偏離焊縫軌跡線，焊接電弧也容易產(chǎn)生漂移，造成焊接過程不穩(wěn)定，而且焊接熔池中的熔融金屬在磁場的作用下不易凝固在一起，從而使焊縫位置產(chǎn)生嚴重的泄漏問題[5]。解決方法有：一是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在裝配、封閉焊接后進行整體充磁，但這種工藝比較復雜，實施難度大；二是根據(jù)磁性材料B－H磁滯回線和基本磁化曲線的特性，在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子裝配前先進行退磁處理，然后在裝配焊接結(jié)束后再進行充磁，這種方法不但增加了工作量，也增大了成本。

現(xiàn)今，德國克勞斯（KLAUS UNION）泵閥有限公司對于磁力泵的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的焊接采用壓焊方法。但壓焊設備體積龐大，對不同型號和尺寸的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子焊接時，又需要采用不同規(guī)格的專業(yè)模具和夾具，設備價格高，必然使磁力驅(qū)動化工泵生產(chǎn)成本提高。

4 內(nèi)磁轉(zhuǎn)子部件的焊接方法

本內(nèi)磁轉(zhuǎn)子采用鎢極氬弧焊自熔化焊方法，并將加工好的缸套裝上磁條后放入裝有水的水槽里進行焊接。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在焊接時由于磁場作用容易產(chǎn)生以下問題：①焊接電弧偏弧現(xiàn)象嚴重。②鎢棒在電磁場作用下被吸出。另外，在磁場作用下，手工鎢極氬弧焊焊接速度的快慢不容易掌握，焊出的焊縫高度參差不齊，成形不美觀；而且多次焊補也容易造成焊接時間長、焊接位置溫度過高，從而造成磁缸內(nèi)磁條退磁，影響磁力驅(qū)動化工泵效果。

經(jīng)過長期的摸索和實踐，在內(nèi)磁體上采用隔離套配合以及自動回轉(zhuǎn)工作臺的方法進行鎢極氬弧焊的焊接方法，可以減小磁場作用而產(chǎn)生焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。采用隔離套的優(yōu)點如下：①隔離套可以起到散熱作用，焊接過程中產(chǎn)生的熱量可以經(jīng)過熱傳導傳遞到金屬隔離套上，實現(xiàn)散熱，從而避免熱量到內(nèi)磁體里使磁缸內(nèi)磁條退磁。②隔離套起到屏蔽磁場的作用，避免由于內(nèi)磁體磁場作用引起的電弧漂移和偏弧現(xiàn)象。③采用隔離套焊接時氬氣保護均勻，從而有效地保護焊縫。

自動回轉(zhuǎn)工作臺可以利用銑床上的回轉(zhuǎn)工作臺。對于不同型號和尺寸的內(nèi)磁體，按內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸孔尺寸先車出相應直徑的階梯軸，然后將內(nèi)磁體與階梯軸配合好后，再放在回轉(zhuǎn)工作臺上夾緊?；剞D(zhuǎn)工作臺動力部分采用直流電動機帶動，控制部分則采用電位器進行無極變速，鎢極氬弧焊的焊槍固定在金屬支撐桿上，以便于調(diào)節(jié)鎢極氬弧焊焊嘴中的鎢極與焊件之間的高度。

由于不同型號和尺寸大小的內(nèi)磁體材料厚度不同，所以焊接電流大小及旋轉(zhuǎn)速度也將不同，不同型號內(nèi)磁體焊接參數(shù)見表1。

通過以上焊接方法，很好地解決了內(nèi)磁體的焊接問題，也確保了內(nèi)磁體的焊接質(zhì)量。焊接后的內(nèi)磁體如圖4所示。

表1 不同型號內(nèi)磁體焊接參數(shù)

圖4 焊接后的內(nèi)磁體