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

（中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司運行保障中心，遼寧沈陽 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

（中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司運行保障中心，遼寧沈陽 110043）

真空釬焊爐結構原理。研究零件變色故障原因及快速診斷方法，闡明理論依據。結合現場維修經驗，分析對應的檢修及預防措施，提高零件加工質量和效率。

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，真空爐在工廠廣泛應用，一些長年使用的老爐，在加工過程中容易出現零件氧化變色等問題，嚴重影響零件加工質量和效率。以下介紹快速判斷零件變色的故障原因，以及采取相應的維修預防措施。本文涉及的真空術語，參照《真空技術 術語GB/T3163-2007》標準，文中所引用的各項釬焊爐技術指標，參照北京華海釬焊爐技術手冊。

1 真空釬焊爐工作原理

真空釬焊爐典型結構如圖1所示，爐子的真空系統主要由真空室、泵系統、各控制閥及熱交換器組成。工作時，首先啟動機械泵，打開旁路閥，對真空室及管路抽真空。當真空壓力低于系統某一規定值（如800 Pa）時，啟動羅茨泵，打開主路閥（對擴散泵抽真空）。當真空壓力低于擴散泵廠家允許值（如30 Pa）時，接通加熱按鈕，對擴散泵進行預熱。當擴散泵預熱至規定溫度（如235℃）并且真空壓力低于系統規定值（如5 Pa）時，打開高真空閥，對真空室抽高真空（如＜10-4Pa）。

圖1 真空釬焊爐典型結構

2 零件變色原因分析

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

3 快速診斷零件變色的方法

3.1 漏氣

漏氣會使極限真空度下降，真空度跳動不明顯（但當真空規管內部破裂漏氣發黑時，真空度也會跳動，應首先排除），可用氦質譜檢漏儀檢漏。漏氣主要發生在爐體爐門與外界連接處的密封膠圈，常見部位有爐門膠圈、高真空閥氣缸、水冷電極、測溫電偶座等膠圈密封處。真空規管由于溫度冷熱交變，規管內玻璃壁破裂漏氣，造成發黑。

3.2 漏水

極限真空度下降不明顯（但漏水嚴重可見液體水時除外），有時只有半個數量級，可見：在升溫過程中真空度“跳動”（瞬間下降又回升）；爐壁內側表面有自上而下的白色印跡，漏水蒸發后的痕跡（但漏孔微小時不明顯）。常見部位有：換熱器、換熱器連接管路及焊縫、水冷電極、爐體內壁。

3.3 泵效率低

抽速會變慢，具體可通過檢測裝置測量三級泵效率。機械泵的工作溫度通常要求≤75℃，可借助“便攜式紅外測溫儀”測量溫度。

3.4 氬氣純度的檢測方法

使用露點儀，要求≤-54℃，最好≤-58℃；使用微量氧測試儀，要求氧含量≤2×10-6；氬氣不純造成零件變色時，可采取隨爐冷（慢冷）方式，或待爐內溫度適當降低后，再開始氬氣快冷。可通過零件顏色改善，借此判斷故障。

3.5 返油

常可見爐體爐壁內側（靠近擴散泵通道）、散熱器、冷風機及冷壁管路等處表面，附著有黑色凝固或半凝固狀態的液體油。

（1）機械泵返油。爐內真空度比機械泵管路真空度高時，當旁路閥關閉不嚴或被打開，會造成機械泵返油。

（2）擴散泵返油原因。①單開機械泵羅茨泵時，高真空閥關閉不嚴；②擴散泵工作時，擴散泵外壁、冷井或冷水擋板處水冷能力不足時。

4 檢修措施

4.1 漏氣的檢修方法

（1）推薦使用氦質譜檢漏儀。氦質譜檢漏儀（以下簡稱檢漏儀）就是用氦氣做示漏氣體的質譜檢漏儀，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。在漏氣檢測時，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，一般都會有“廠家預留的檢測接口”。將“檢漏儀測試口”與真空爐廠家預留的檢測接口連接。

（3）檢漏過程中的注意事項。當檢漏儀連接好以后，注意讓爐子先抽一會真空，待爐內真空壓力低于檢漏儀的“進口壓力”要求（如HLT560型檢漏儀進口壓力要求＜1800 Pa）時，方可打開測試口的旋轉閥門。注意：檢漏儀在工作狀態下要避免振動，停機20 min以后才允許移動。

4.2 漏水的檢修方法

冷卻循環水在長期使用過程中，水中的鈣離子會吸附在夾層及水管的內表面形成水垢，水垢不僅使水流速變慢、換熱能力下降、溫度升高，還會產生垢下腐蝕；水中的氯離子對金屬有腐蝕作用，溫度越高水流速越慢、腐蝕性越強。在以上兩者長期作用下，就會造成夾層、管路及焊縫等處，受到腐蝕而出現滲水漏水問題。

有時在常溫下水中的雜質會將微漏孔堵死，看不見漏水。但當釬焊爐工作時，在受到爐內高溫和壓差（爐內夾層和水管內有水壓，爐體內部處于真空狀態）的雙重作用下，微漏孔逐漸變化，出現滲水，所加工的零件會氧化變黑。過程中可見真空度在升溫過程中跳動，真空度瞬間下降又回升。

（1）查找漏點方法。漏水嚴重時，可直接看見漏點，但通常也需要拆卸熱區、換熱器、蓋板等遮擋物。在檢查換熱器時，通常將換熱器放入水槽，充氣打壓后，觀察氣泡現象，即為漏點。針對微小漏孔：將真空釬焊爐體夾層和水管內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水口或出水口，對爐體夾層和水冷管抽真空，以便對爐體夾層和水管檢漏，使用氦質譜檢漏儀的吸槍模式（圖3）。操作過程：真空爐停水，放夾層中的冷卻水，充10 kg的壓縮空氣，用氦質譜檢漏儀找到漏點。

（2）其他方法。在爐壁內側涂一層紅藥水，將爐內充正壓，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）現場測量方法。①機械泵、羅茨泵抽氣能力的判斷方法：在管路上安裝“低真空計”，關閉主路閥和旁路閥，依次開啟機械泵、羅茨泵，分別記錄低真空計數值，對比泵型號的出廠指標：極限壓力。②擴散泵抽氣能力的判斷方法。開啟前級泵，當真空度符合啟動條件（通常真空度＜5 Pa，油溫＞235℃），啟動擴散泵，一段時間內，爐內真空應達到工藝要求或出廠指標。

圖3 氦質譜檢漏儀吸槍模式

（2）準確測量方法。需制作相關測量裝置：機械泵參照《旋片式真空泵性能測量方法JB/T 6533—1997》《滑閥式真空泵性能測量方法JB/T 1246—1997》標準；羅茨泵參照《羅茨真空泵性能測量方法JB/T 7674—1995》標準；擴散泵參照《蒸汽流真空泵性能測量方法JB/T 8272.1—1996》標準。

4.4 氬氣純度的檢測方法

（1）使用露點儀。要求≤-54℃，最好≤-58℃。

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

（3）對氬氣罐及管路檢漏。可用肥皂泡檢查，觀察氣泡。

（4）可以改造氬氣罐管路，增加自動充氬氣功能。一方面保證氬氣罐內壓力符合工作要求，另一方面減少由于氬氣罐進空氣造成快冷時零件氧化變色的情況。

4.5 爐內返油的處理方法

（1）手工擦洗。可先用氣焊，之后用汽油酒精丙酮等做溶劑，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，清洗起來非常困難。

（2）在工作中摸索出的一種處理油污的簡單方法。在烘爐或釬焊結束后，利用爐內的熱量，利用氬氣冷卻過程，讓氬氣在爐內的對流循環來傳導熱量，加熱爐內的發射板等冷構件，使其升溫到200℃以上，將其表面吸附的油污蒸發掉。用這種方法清除油污，效果很好，做起來也比較簡單。

5 真空釬焊爐維修后的驗收標準

盡管每臺釬焊爐均配有出廠標牌（或驗收文件），但是當零件變色時，對應按照標牌（或驗收文件）檢查，常會發現各項指標都滿足設備出廠要求，但是零件表面還是變色，不能滿足工藝要求。原因是需要根據每臺爐子的實際情況，分別修改完善“維修驗收標準”，而且每臺設備都不盡相同。以下是結合設備的具體情況和維修經驗，修改完善的驗收標準：①華海釬焊爐，編號13020075，型號VBFV-300。②極限真空度≤1×10-4Pa。③壓升率≤0.2 Pa/h。④9點測溫，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3爐釬焊件，符合工藝要求；⑧歷史參考數據：洗爐后，再次燒高溫至1250℃過程中，全程真空度≤3×10-3Pa；在隨爐冷降溫過程中，真空度全程穩定在10-4Pa；⑨氬氣純度：用露點儀（要求≤-54℃），微量氧測試儀（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）故障時設備狀態。①用氦質譜檢漏儀，檢漏多次，未發現有明顯外漏部位（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，壓升率≤0.2 Pa/h）；③打開三級泵后，抽速慢，極限真空度僅能達到10-2Pa（正常時，極限真空度≤1×10-4Pa）；④爐壁內側，雖然沒有發現明顯的液體水，但南側內壁上有自上而下的白色印跡，疑似漏水蒸發后留下的痕跡。

（2）從②、④中分析原因。爐體內部漏水，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，使設備恢復正常。

6.2 釬焊爐表盤數據振幅較大高真空度跳動故障

（1）故障時設備狀態。①零件顏色正常，檢漏未發現有外漏；②高真空計表頭連接線無松動；③故障時也未進行高真空閥開關動作。

（2）根據現象分析故障原因。高真空規管或真空計表頭（CM51，COMBIVAC）內部故障。

（3）維修措施。更換高真空規管（PR26，Laybold）后，設備恢復正常。

6.3 釬焊爐快冷時氬氣壓力不穩定故障

（1）故障時設備狀態。快冷時氬氣充氣壓力不穩定，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，與設備連接的氬氣罐壓力表損壞，實際為罐內氬氣壓力不足，更換壓力表，重新充氬氣后設備恢復正常。

6.4 釬焊爐加熱過程中真空度下降故障

（1）故障時設備狀態。①原設備擴散泵外側冷水循環制冷能力不足，后經改造，將擴散泵冷水獨立循環，并單獨配置冷水機組對循環水制冷；②擴散泵外壁溫度過高，導致擴散泵過熱。

（2）根據現象分析故障原因。冷水機組制冷能力下降，擴散泵內的熱油蒸氣不能及時被冷壁冷卻變為液體油，使得擴散泵抽氣效率下降，導致爐內真空度下降。

（3）維修措施。檢查發現冷水機組的電路板損壞，不能制冷。更換冷水機組（杭州舜天工業冷水機）控制電路板后，設備恢復正常。

7 結語

設備出現問題后，要根據設備狀態加以理論分析，并結合實踐經驗制定維修方案。本文總結的方法和技巧，對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.工業爐真空系統故障診斷與測量［J］.中國設備工程，2012（3）:52-54.

［2］達道安.真空設計手冊［M］.北京：國防工業出版社，2004.

TQ051.4

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〔編輯 凌 瑞〕