真空釺焊爐控製係統的設計

1、概述

隨著科學技術的不斷發展， 真空釺焊在（zài）一些高精度（dù）及貴金屬材料的零部件焊接上的優勢（shì）越發明顯。采用此（cǐ）種焊接工藝具有焊縫（féng）致密、焊合率高、變形量小等特點。因此真空釺焊已廣（guǎng）泛地應用於發電、軍工及航空航天等領域。針對（duì）目前國（guó）內（nèi）市場需求， 筆者研製了一台VBF-120 型真空高溫釺焊爐， 用於Cu與貴重非鐵金屬氧化（huà）物特殊電極材料進行（háng）真空釺（qiān）焊。經測試， 該設備的各項性能指標、控（kòng）製方式及釺焊質量都合格， 滿足了軍（jun1）工、發電站等大型電力開關特殊釺焊的技術要求。

2、真空釺（qiān）焊爐的主要結構；真空釺焊爐主機為臥式、單室（shì）內加（jiā）熱結構， 由爐體、加熱室、真空係統、風冷係統、充氣係統、分壓係統、水冷係統、電氣控製（zhì）係統等組成。

2.1、真空爐主體；真空爐主體由爐體和加熱室構（gòu）成（chéng）。爐殼、爐門、電機罩的殼體均由雙層筒體、雙層橢（tuǒ）圓形封頭及法蘭用氣密性焊縫焊成。雙層筒（tǒng）體間為水道， 內通冷卻水。爐蓋（gài）采用鎖緊圈鎖緊結構。加熱室設計成圓筒形， 由框架（jià）和石墨氈組成隔熱（rè）屏。

2.2、加熱係統；加熱係統包括加熱電源、溫控係統及加熱（rè）元件。加熱電源選用磁性調（diào）壓器， 其電壓調節由直流（liú）激磁來控製， 按不同的（de）控製信號實現閉（bì）環自控， 直流激磁電源由（yóu）雙（shuāng）向晶閘管控製。溫控儀表具有自整（zhěng）定功能， 熱電偶將（jiāng）電爐內部的溫度（dù）轉換成電信號， 將（jiāng）檢測到的爐溫當前值與設定值之差， 經PID 運算後作為輸出信號， 控製雙（shuāng）向（xiàng）晶閘管的導通角， 從而有（yǒu）效地控製（zhì）加熱（rè）元件的平均加熱功率， 使得爐溫與設定的加熱曲線相吻合。加熱元件為18 根石墨（mò）管， 采用（yòng）三（sān）角形接法，沿熱區圓周均（jun1）勻（yún）分布， 以提供良好的爐溫均（jun1）勻性。加熱元件通過3 個水冷電極與外部接線聯（lián）接。

2.3、真空（kōng）係統；機組主泵為KT-500 型（xíng）擴散泵（bèng）， 前級泵為ZJ-600型羅茨泵（bèng）和2X-70 型旋片式機械泵。分別配有高真空閥、主路（lù）閥、旁路閥及與機械（xiè）泵聯動的電磁壓差閥。機械泵為粗真（zhēn）空裝（zhuāng）置， 機械泵的後一級串有羅茨泵， 羅茨泵具有較高的抽氣速率， 因此可以將真空係統抽到較高的真空度； 但隻有在被（bèi）抽係統中的壓力達到羅茨泵允許入口壓力時， 羅茨泵才能開始工（gōng）作， 否則將會因過載和過熱而損壞。擴散泵為高（gāo）真空裝置，它是通過將真空係統中的氣體分（fèn）子向高速油蒸汽射流中擴散， 並由前級泵排至空氣中， 完成抽氣（qì）動作。

2.4、風冷係統；在真空爐（lú）主體的後部， 裝有1 台三相異步（bù）電動機， 氣體由熱交換器降低溫度後經導流罩、進氣口（kǒu）、葉輪通過隔熱門進入爐內工作區， 再返回散熱器， 實施循環冷卻。

2.5、水冷係統；水冷（lěng）係統由不鏽鋼截（jié）止閥、進水口、排水箱、水壓電接點壓力（lì）表等組成。進水口設有63.5 mm (2.5in) 不鏽鋼球閥、排水口設有101.6 mm (4 in) 法蘭，隻需與用戶（hù）循環水係（xì）統接口連接即可。

2.6、分壓係統；分壓係（xì）統由電磁真空充氣閥、可調節針閥等組成。在銅釺焊過程中需要分（fèn）壓控製時可（kě）充入高純氮氣或氬氣， 分壓（yā）範圍控製在5~500 Pa。

2.7、充氣（qì）係統；充氣係統由（yóu）大通徑充氣截止閥、集氣匯流（liú）排、真（zhēn）空電接點壓力（lì）表等組成。

3、電（diàn）控係統

3.1、控製係統（tǒng）的設計

電氣控製係統是由工控（kòng）機（jī）和PLC 組成（chéng）的計算測控係統為控製中心， 工控機對加熱區溫（wēn）度進行閉環控（kòng）製， PLC 對真空係統和（hé）強冷（lěng）係統（tǒng）進行（háng）控製； 計算機測控係統包括上位計算機（jī）、溫度數據采集及控製（zhì）係統、開關量檢測及控製係統和外圍設備等（děng）。上位機和外設主要完成人機對話、工藝參數設定及存儲記憶、過程參（cān）數顯示和存儲記錄及打印輸出、設備運行時各部分的工作狀（zhuàng）態、故障報警（jǐng）的顯示等功能。溫度數據采集及控製（zhì）係統主要完成加熱室（shì）熱電偶、工件熱電偶的數據（jù）采集、熱電偶溫度（dù）冷端補（bǔ）償、非線性補償等任務。開關量檢測及控製係統作為動作信號的（de）連接，使工件的釺焊過程完全實現了自動化。電控櫃內部（bù）裝有PLC、接觸器、熔斷器、繼電器（qì）、可控整（zhěng）流器等元件， 各種操作按鈕、指示（shì）燈、溫控儀表（biǎo）、真空度顯示儀、壓力（lì）控製儀、電壓表和電流表均安裝在電控櫃（guì）外表麵， 以便於（yú）操（cāo）作。真空釺焊爐係（xì）統的檢測（cè）元件主要有熱電（diàn）偶、真（zhēn）空計、電離規和水壓表，分別對溫度、真空度、充氣、分壓、冷卻係統（tǒng）及爐門運動係統進（jìn）行控製。對於爐（lú）溫、水壓， 設有檢測（cè）及報警裝置， 從而保（bǎo）證了設（shè）備使用過程的安全性。具有手動、自動轉換功能， 手動操作主要（yào）用（yòng）於調試和維護真空爐； 正常運行狀態下采用自動操作， 它（tā）是通過檢測到的自動控製信號， 傳輸到PLC， 根據應用程序進行自動控製。

3.2、控製係統原理

該控（kòng）製係統選（xuǎn）用1 個60 點可編程序控製器PLC，分為輸入端和輸出端， 當輸入端得到電信號（hào）後， 通過PLC 內部程序給輸出（chū）端1 個相應的執行信（xìn）號。輸入（rù）端包括： 壓力控製回路、各種（zhǒng）執行元件的開關、鎖圈狀態、各種閥的工作狀態及報警信號輸入回（huí）路等。