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BENCHMARK公司生產，由烘烤箱、手套箱和傳遞箱三個箱體組成，配有真空、加熱烘烤、充氮、焊接、干燥過濾、冷卻、露點監測及計算機控制系統。該設備集熱能、焊接、氣動、真空、計算機控制技術于一身，主要用于氣密密封產品的加工裝配。

二、工作原理

啟動電源開機，系統進入自檢程序；關閉所有箱門，兩臺真空泵分別對烘烤箱和傳遞箱抽真空，當箱內真空值達到設定值之后，設備進入待機狀態。與此同時手套箱內隨氣壓的變化自動調節氮氣壓力，以保證手套箱內維持正壓狀態（氣壓約高于本地氣壓），干燥過濾系統對手套箱內的氮氣進行干燥過濾，保證箱內露點滿足工藝要求。加工時，打開烘烤箱外門，將產品零件放入烘烤箱內，關閉箱門，調用或編制烘烤程序，運行。在烘烤箱內完成抽真空、加熱烘烤、充氮、保溫和降溫等過程后，按烘烤箱內門開啟按鈕，內門自動打開，將產品零件轉入手套箱內，關閉烘烤箱內門。在手套箱內進行產品零件焊接、封裝等加工裝配工序。加工裝配完畢，開啟傳遞箱內門，將加工完畢的產品放入傳遞箱內，關閉傳遞箱內門，然后打開傳遞箱外門，取出產品、關閉箱門，完成加工過程。在零件傳遞過程中，系統自動調節各箱內壓力，維持壓力平衡。

三、故障原因分析、判斷與修理

1.真空度到16Pa后數值不再減少反而緩慢增加

抽烘烤箱真空時，電腦屏幕顯示其空壓力16Pa后，數值不再減少，反而緩慢增加。 烘烤產品零件時，烘烤箱內真空度要求達到2.6Pa以下。初步分析有四個因素可能引起這種現象：①真空泵性能下降；②管路漏氣；③真空檢測元件老化、性能不穩定；④烘烤箱密封不嚴。

通過觀察沒有發現真空泵有異常情況，進一步對真空泵進行測試，泵所抽壓力可達到0.1Pa，與設備剛購進驗收時所測壓力值一致，說明真空泵運轉正常。檢查管路，沒有松動、變形和裂縫現象，再使用壓力法檢查管路，沒有漏點，相關控制閥關閉可靠。采用對比法檢查，將真空測試儀器通過一個三通管與設備真空檢測管路并聯在一起，抽真空時，觀察設備上電腦屏幕顯示值與真空測試儀器顯示值是否一致。經檢測，兩者顯示值相等，說明真空檢測元件性能穩定。烘烤箱是一個長方形不銹鋼箱體，內部被四塊隔板（加熱板）分成五層，工作區域為中間三層，箱體兩端各開一扇門，如圖1所示，左邊是外門，采用鉸鏈旋轉式結構，是裝載零件的進口；右邊是內門，采用氣動活塞移動式結構，是烘烤零件進入手套箱的唯一通道。烘烤箱內只有這兩扇門和一個圓管孔（既用于抽真空，又用于充入氮氣）與外界相通。由于烘烤箱長時間處于加熱烘烤狀態，可能使門上的密封圈變形、破損或老化，失去密封性能。經檢查，門上的密封圈沒有破損、變形和老化現象，門和門框也沒有出現任何變形。用酒精噴霧法檢查外門，真空值顯示無明顯突變，說明外門無泄漏；對于內門，將其關閉充入手套箱內的氮氣，烘烤箱抽真空，若手套箱上的手套被吸入，說明內門有泄漏。經測試，手套箱上的手套被慢慢地吸入箱內，此現象說明烘烤箱與手套箱之間的內門密封不嚴。查看關門的氣源壓力，顯示值為2×105Pa。根據設備使用要求將壓力值調到6×105Pa，然后抽真空，故障現象消除，電腦屏幕顯示值為0.9Pa，符合設備使用要求。

通過以上分析、檢查，造成本次故障現象的根本原因是烘烤箱內門的關門氣壓調節過低。

2.手套箱上的手套被吸入箱內發生爆裂

設備正常工作時，手套箱內充入的是氮氣，箱內壓力為正壓（壓力約高于本地大氣壓力）。當箱內壓力降到系統設定的下限時，如圖2，控制系統自動打開電磁閥S2充入氮氣，維持箱內正壓狀態。當箱內壓力突然增加（如將手套向箱內伸進）超過系統設定的壓力值時，單向排氣閥或電磁閥S4、S5自動打開卸壓。若當氣瓶不能給設備提供氮氣時，即氣體耗盡或氣瓶總閥被關閉，設備執行充氮程序，電磁閥S1打開，氣瓶不能提供氮氣，此時當電磁閥S2也處于打開狀態，即手套箱內正處于補充氮氣狀態，箱體之間就通過電磁閥S1或S3、減壓閥、電磁閥S2、過濾器互相聯通，手套箱內的氣體就流入烘烤箱或傳遞箱，電磁閥S2因手套箱內壓力低于系統設定的下限而處于常開狀態。由于零件在烘烤箱內，要反復執行抽真空和充氮等程序，而傳遞箱內通常保持真空狀態，電磁閥S3處于常閉，因此手套箱內的氣體主要經過電磁閥S1被一次次抽走，箱內的壓力降低，手套被吸入箱內，超過橡膠手套膨脹極限后，發生爆裂。另外，當內門關閉不嚴，手套箱內沒有氮氣補充時，也會造成類似現象。

經現場察看，爆裂的手套被吸入箱內，氮氣瓶上氣壓表壓力指針指到了“0”位，說明氣瓶內的氮氣已耗盡。更換新手套和氮氣瓶，試機，沒有出現手套被吸入和爆裂現象。為了進一步證實前面的分析，關閉氮氣瓶上的總閥門后觀察現象，烘烤箱在抽真空時，手套沒有發生任何變化，當執行充氮程序時，手套被慢慢吸入箱內膨脹。當打開氣瓶總閥門，手套又恢復到正常狀態。經了解，手套發生幾次爆裂都是操作人員不在場時發生的。由于設備烘烤零件時間較長，值班操作人員長時間不在現場，當氮氣耗盡后沒人及時采取措施，致使手套爆裂。針對此原因，規定操作人員定時巡視制度，觀察氣瓶內氮氣消耗情況。執行定時巡視制度后，很長時間沒有出現手套爆裂問題，但操作人員發現剛更換的氮氣，沒用多久就消耗完了，手套又發生爆裂現象。對此進行檢查，裝上新手套，又接上一瓶滿的氮氣試機檢查，通過顯示屏發現：烘烤箱內的真空壓力很快達到0.9Pa，而傳遞箱內的真空壓力顯示仍為“HIGH”（＜266.7Pa才顯示具體數值），說明傳遞箱的真空系統有問題。檢查系統發現，電磁閥S3的線圈處于通電狀態，使不該此時打開的電磁閥S3打開了。查找電磁閥S3導通的原因，由于控制電磁閥S3的固態繼電器損壞，固態繼電器的主觸點處于接通狀態，線圈一直通電，造成電磁閥S3打開。氣瓶內的氮氣經電磁閥S3進入傳遞箱，故傳遞箱內的真空壓力達不到規定值。當真空泵抽走氣瓶內的所有氮氣后，同前面分析一樣，最后連手套箱內的氣體也被抽走，造成手套出現爆裂。

經換上新的固態繼電器試機，傳遞箱內的真空壓力很快達到規定值，設備工作正常。

3.從烘烤箱內取出的零件表面出現氧化現象

出現氧化現象可能有三個因素：①被烘烤的產品零件表面太臟；②烘烤箱密封不嚴；③烘烤箱內充入的氮氣質量差或混入了其他腐蝕性物質。

在對箱體檢查過程中，發現隔板（加熱板）上有黃褐色類似油膩之類的物質。放入烘烤箱內的零件和載體應該都是清洗干凈的，觀察設備供氮管路，發現充入烘烤箱內的氮氣從氣瓶到設備經過了長約12m、直徑20mm的新管路。為了消除管道過長帶來的影響，將氣瓶移到設備旁邊，直接用干凈的短管與設備相連。將烘烤箱內部徹底清洗、擦拭干凈，然后經過幾次抽真空→充氮→空箱加熱烘烤操作后，箱內再沒有發現黃褐色物質。放入零件按烘烤程序進行烘烤，零件表面沒有出現任何氧化現象，故障現象消除。對原長管道內部進行檢查，發現管內壁粘著許多黃色污物。經調查，在安裝管道時，安裝人員沒有對管道內部進行清洗去污處理。在充氮烘烤過程中，氮氣將管內贓物帶入烘烤箱內，造成零件表面氧化。

為防止此問題再次發生，采取預防措施：①采用清潔干凈的管道作為供氣管道；②縮短供氣管道長度，以減少更換氮氣瓶時管道內進入的空氣量；③做好設備日常維護保養工作，確保設備內外干凈整潔。