磁力驅動化工泵中內磁體焊接工藝

葉益民，吳永福

1. 江蘇大學基礎工程訓練中心 江蘇鎮江 212013

2. 中國中車集團南京浦鎮車輛有限公司 江蘇南京 211800

1 序言

泵、閥是化學工業、核動力工業、石油化學工業、冶金工業及制藥工程等生產領域中常用的基本裝備。一般來說，用于生產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、閥中轉軸的密封方式采用機械密封或填料密封。這種采用轉軸密封方式的裝置最容易出現的問題就是泄漏，這是因為它必須利用工作介質或輸送介質的泄漏來潤滑轉軸的密封部位，但是隨著軸封在高速運轉中的不斷被磨損，工作介質或輸送介質的泄漏量也隨著磨損量的增大而增大。尤其是當工作介質或輸送介質為易燃、易爆、有毒或有害介質時，其泄漏既會對環境造成影響，又會危及到生產安全和操作人員的健康。

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

2 磁力泵的基本原理

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

3 磁轉子部件存在的焊接難點

深圳科捷機械有限公司生產的磁力驅動化工泵，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構，驅動化工泵的結構和實物如圖1和圖2所示。該磁力泵的泵軸與電動機轉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。

內磁體是磁力驅動化工泵中最為關鍵的部件，其結構如圖3所示。如果焊接過程中產生退磁或配合不好時都會影響它的密封效果，可以說內磁體焊接質量的好壞將直接影響磁力驅動化工泵的使用壽命。

圖1 驅動化工泵的結構示意

圖2 驅動化工泵

圖3 內磁體結構

內磁轉子一般選用剩磁及矯頑力較大的硬磁材料。在對內磁轉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，焊接電弧也容易產生漂移，造成焊接過程不穩定，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，從而使焊縫位置產生嚴重的泄漏問題[5]。解決方法有：一是內磁轉子在裝配、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；二是根據磁性材料B－H磁滯回線和基本磁化曲線的特性，在內磁轉子裝配前先進行退磁處理，然后在裝配焊接結束后再進行充磁，這種方法不但增加了工作量，也增大了成本。

現今，德國克勞斯（KLAUS UNION）泵閥有限公司對于磁力泵的內磁轉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磁轉子焊接時，又需要采用不同規格的專業模具和夾具，設備價格高，必然使磁力驅動化工泵生產成本提高。

4 內磁轉子部件的焊接方法

本內磁轉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。內磁轉子在焊接時由于磁場作用容易產生以下問題：①焊接電弧偏弧現象嚴重。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，從而造成磁缸內磁條退磁，影響磁力驅動化工泵效果。

經過長期的摸索和實踐，在內磁體上采用隔離套配合以及自動回轉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生焊接質量不穩定的問題。采用隔離套的優點如下：①隔離套可以起到散熱作用，焊接過程中產生的熱量可以經過熱傳導傳遞到金屬隔離套上，實現散熱，從而避免熱量到內磁體里使磁缸內磁條退磁。②隔離套起到屏蔽磁場的作用，避免由于內磁體磁場作用引起的電弧漂移和偏弧現象。③采用隔離套焊接時氬氣保護均勻，從而有效地保護焊縫。

自動回轉工作臺可以利用銑床上的回轉工作臺。對于不同型號和尺寸的內磁體，按內磁轉子軸孔尺寸先車出相應直徑的階梯軸，然后將內磁體與階梯軸配合好后，再放在回轉工作臺上夾緊?；剞D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，以便于調節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磁體材料厚度不同，所以焊接電流大小及旋轉速度也將不同，不同型號內磁體焊接參數見表1。

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

表1 不同型號內磁體焊接參數

圖4 焊接后的內磁體