12T真空等離子焊箱的研制

張寶文 陳妍麗 王軍寧

摘 要：文章介紹了12T真空等離子焊箱的技術(shù)性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)，說明了本設(shè)備的工作過程和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：焊箱；真空；傳動(dòng)；焊槍

1 概述

目前隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新的技術(shù)革命正日新月異，特別在航空、航天、電子技術(shù)及核技術(shù)等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展更快，正是由于這些行業(yè)的發(fā)展加速了新材料、新設(shè)備的研制。真空焊箱作為一種在真空狀態(tài)下焊接材料的設(shè)備而得到了廣泛的應(yīng)用。文章介紹一種我們自行研制的真空等離子焊箱。

2 設(shè)備的性能參數(shù)及構(gòu)成

2.1 設(shè)備的性能參數(shù)

（1）最大焊接重量：≤12噸；（2）可焊電極規(guī)格：φ190～φ860mm×6000mm；（3）裝出料運(yùn)行速度：8000mm/min 無級調(diào)速；（4）箱體尺寸規(guī)格：φ2100mm×10750mm；（5）焊接電流：200-600A連續(xù)可調(diào)（保證在600A電流下連續(xù)可靠的焊接）；（6）焊接電壓：30-50V；（7）等離子焊槍結(jié)構(gòu)形式：水冷銅頭；（8）等離子焊槍數(shù)量：3支；（9）等離子槍焊接速度：50-100mm/min（連續(xù)可調(diào)）；（10）極限真空：1×10-2mbar；（11）供電電源：380V/50Hz 330KVA；（12）焊箱占地面積：長23000mm×寬10000mm×高5500mm。

2.2 設(shè)備的構(gòu)成

該設(shè)備主要組成（見圖1、圖2）：（1）爐室；（2）真空系統(tǒng)；（3）等離子槍；（4）電極夾具；（5）傳動(dòng)系統(tǒng)；（6）水、氣系統(tǒng)；（7）電控系統(tǒng)。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如三維立體圖所示。

3 設(shè)備各部分工作過程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 爐室

爐室為局部雙層水套結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為不銹鋼，外層為碳鋼，夾套間通水冷卻，爐門法蘭為不銹鋼也通水冷。爐室直徑Φ2100mm，壁厚18mm，長10750mm，爐室兩端設(shè)有爐門，爐門打開均采用電動(dòng)側(cè)向推拉方式，爐門的鎖緊采用氣缸鎖緊，供裝出料和清洗檢修使用，當(dāng)關(guān)閉爐門時(shí)爐體上的六個(gè)氣缸將爐門拉緊以保證真空密封。中部設(shè)有三個(gè)等離子槍接口以及抽真空接口。爐體上還設(shè)有人工及攝像觀察窗。爐焊室內(nèi)和料接觸的部分、爐內(nèi)軌道等均為不銹鋼。

3.2 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)主要是為了預(yù)先抽除箱內(nèi)以及電機(jī)的氣體，以便在焊接過程中保持箱內(nèi)必要的含氧量，防止電極被氧化。真空系統(tǒng)的配置為兩臺(tái)ZJ-2500羅茨泵、四臺(tái)H-150滑閥泵，以及一臺(tái)2x-30旋片泵。真空系統(tǒng)各泵閥的開啟和停止在計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)控操作，泵閥的開啟有封爐開關(guān)和真空度聯(lián)鎖保護(hù)裝置，確保操作安全可靠。配有動(dòng)態(tài)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用2x-30旋片泵維持爐內(nèi)真空，整個(gè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

3.3 等離子槍

為避免焊接時(shí)的高密度鎢夾雜，滿足航空材料的高標(biāo)準(zhǔn)要求，等離子槍陽極設(shè)計(jì)成銅頭結(jié)構(gòu)，確保無鎢夾雜，其結(jié)構(gòu)采用特殊設(shè)計(jì)，以保證冷卻效果好。槍體內(nèi)導(dǎo)電管為純銅管，外管為不銹鋼管，兩管之間為冷卻水。槍頭上用特殊銅合金制作的正極頭和噴嘴。此外焊槍系統(tǒng)上還包括有高頻起弧裝置等。

槍的上下移動(dòng)采用交流數(shù)字伺服電機(jī)來控制，其精度高、反應(yīng)速度快，能很好的跟蹤焊接電壓的變化。

3.4 電極夾具

電極夾具采用標(biāo)準(zhǔn)方鋼管進(jìn)行焊接加固，對其撓度、剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確保長期使用不變形，針對不同的電極直徑采用不同的方式來快速固定。使電極塊縱向、橫向接觸面緊密結(jié)合，確保電極塊間的電流通導(dǎo)良好。

3.5 傳動(dòng)系統(tǒng)

料車縱向移動(dòng)和料架旋轉(zhuǎn)采用交流數(shù)字伺服電機(jī)來控制。為適應(yīng)不同直徑的電極，電極托輥由電機(jī)帶動(dòng)正反向絲杠調(diào)節(jié)中心距。電極的縱向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力以及托輥電機(jī)均放在料車上。

3.6 水、氣系統(tǒng)

冷卻水系統(tǒng)主要用于箱體、等離子槍、真空泵的冷卻，采取帶壓供給、自流排出的方式。由水箱、水泵、加熱器、換熱器、測溫裝置、壓力監(jiān)測及管道、閥門等構(gòu)成。

壓縮空氣系統(tǒng)由三聯(lián)體、閥門、電解點(diǎn)壓力表、管路等組成，為整個(gè)焊箱的氣動(dòng)操作提供動(dòng)力。

3.7 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)用于控制整個(gè)焊接工作過程，采用德國西門子公司SIMATIC S7-300可編程控制器，實(shí)現(xiàn)邏輯控制；采用伺服調(diào)速器，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、平移的高精度速度控制；運(yùn)用集散控制（DCS）和profbusDP分站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊和控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息和工藝、生產(chǎn)過程信息的共享。可在操作臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，同時(shí)設(shè)有爐前操作盒，可就近操作，焊接過程采用弧壓自動(dòng)控制，包括抽真空、焊接過程自動(dòng)控制及自動(dòng)檢測、記錄打印工藝參數(shù)。設(shè)有水、氣、壓力、電流的異常報(bào)警及必要的聯(lián)鎖保護(hù)功能。焊接速度、焊縫深度、焊縫寬度、真空度、行程能自動(dòng)可調(diào)。進(jìn)料、抽真空、焊接、充氬、冷卻、沖洗、排放、出料等各項(xiàng)動(dòng)作，可采用點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)四種運(yùn)行操作方式。具有事故報(bào)警、緊急停車及齊全可靠的安全聯(lián)鎖保護(hù)裝置。具有觸摸屏和彩色電視屏監(jiān)控系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4 結(jié)束語

該設(shè)備設(shè)計(jì)科學(xué)合理，技術(shù)參數(shù)達(dá)標(biāo)，在滿足經(jīng)濟(jì)、工作能力的同時(shí)也著重了其結(jié)構(gòu)的合理性、可靠性、易操作、易維修等方面的內(nèi)容，對以后設(shè)備操作的培訓(xùn)、維修、安全等方面的工作都有長遠(yuǎn)、有益的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊（第三版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.