真空釬焊爐控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　1、概述
　　
　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 真空釬焊在一些高精度及貴金屬材料的零部件焊接上的優(yōu)勢越發(fā)明顯。采用此種焊接工藝具有焊縫致密、焊合率高、變形量小等特點。因此真空釬焊已廣泛地應(yīng)用于發(fā)電、軍工及航空航天等領(lǐng)域。針對目前國內(nèi)市場需求， 筆者研制了一臺VBF-120 型真空高溫釬焊爐， 用于Cu與貴重非鐵金屬氧化物特殊電極材料進行真空釬焊。經(jīng)測試， 該設(shè)備的各項性能指標(biāo)、控制方式及釬焊質(zhì)量都合格， 滿足了軍工、發(fā)電站等大型電力開關(guān)特殊釬焊的技術(shù)要求。
　　
　　2、真空釬焊爐的主要結(jié)構(gòu)
　　
　　真空釬焊爐主機為臥式、單室內(nèi)加熱結(jié)構(gòu)， 由爐體、加熱室、真空系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、分壓系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)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。爐殼、爐門、電機罩的殼體均由雙層筒體、雙層橢圓形封頭及法蘭用氣密性焊縫焊成。雙層筒體間為水道， 內(nèi)通冷卻水。爐蓋采用鎖緊圈鎖緊結(jié)構(gòu)。加熱室設(shè)計成圓筒形， 由框架和石墨氈組成隔熱屏。
　　
　　2.2、加熱系統(tǒng)
　　
　　加熱系統(tǒng)包括加熱電源、溫控系統(tǒng)及加熱元件。加熱電源選用磁性調(diào)壓器， 其電壓調(diào)節(jié)由直流激磁來控制， 按不同的控制信號實現(xiàn)閉環(huán)自控， 直流激磁電源由雙向晶閘管控制。溫控儀表具有自整定功能， 熱電偶將電爐內(nèi)部的溫度轉(zhuǎn)換成電信號， 將檢測到的爐溫當(dāng)前值與設(shè)定值之差， 經(jīng)PID 運算后作為輸出信號， 控制雙向晶閘管的導(dǎo)通角， 從而有效地控制加熱元件的平均加熱功率， 使得爐溫與設(shè)定的加熱曲線相吻合。加熱元件為18 根石墨管， 采用三角形接法，沿?zé)釁^(qū)圓周均勻分布， 以提供良好的爐溫均勻性。加熱元件通過3 個水冷電極與外部接線聯(lián)接。
　　
　　2.3、真空系統(tǒng)
　　
　　機組主泵為KT-500 型擴散泵， 前級泵為ZJ-600型羅茨泵和2X-70 型旋片式機械泵。分別配有高真空閥、主路閥、旁路閥及與機械泵聯(lián)動的電磁壓差閥。機械泵為粗真空裝置， 機械泵的后一級串有羅茨泵， 羅茨泵具有較高的抽氣速率， 因此可以將真空系統(tǒng)抽到較高的真空度； 但只有在被抽系統(tǒng)中的壓力達到羅茨泵允許入口壓力時， 羅茨泵才能開始工作， 否則將會因過載和過熱而損壞。擴散泵為高真空裝置，它是通過將真空系統(tǒng)中的氣體分子向高速油蒸汽射流中擴散， 并由前級泵排至空氣中， 完成抽氣動作。
　　
　　2.4、風(fēng)冷系統(tǒng)
　　
　　在真空爐主體的后部， 裝有1 臺三相異步電動機， 氣體由熱交換器降低溫度后經(jīng)導(dǎo)流罩、進氣口、葉輪通過隔熱門進入爐內(nèi)工作區(qū)， 再返回散熱器， 實施循環(huán)冷卻。
　　
　　2.5、水冷系統(tǒng)
　　
　　水冷系統(tǒng)由不銹鋼截止閥、進水口、排水箱、水壓電接點壓力表等組成。進水口設(shè)有63.5 mm (2.5in) 不銹鋼球閥、排水口設(shè)有101.6 mm (4 in) 法蘭，只需與用戶循環(huán)水系統(tǒng)接口連接即可。
　　
　　2.6、分壓系統(tǒng)
　　
　　分壓系統(tǒng)由電磁真空充氣閥、可調(diào)節(jié)針閥等組成。在銅釬焊過程中需要分壓控制時可充入高純氮氣或氬氣， 分壓范圍控制在5~500 Pa。
　　
　　2.7、充氣系統(tǒng)
　　
　　充氣系統(tǒng)由大通徑充氣截止閥、集氣匯流排、真空電接點壓力表等組成。
　　
　　3、電控系統(tǒng)
　　
　　3.1、控制系統(tǒng)的設(shè)計
　　
　　電氣控制系統(tǒng)是由工控機和PLC 組成的計算測控系統(tǒng)為控制中心， 工控機對加熱區(qū)溫度進行閉環(huán)控制， PLC 對真空系統(tǒng)和強冷系統(tǒng)進行控制； 計算機測控系統(tǒng)包括上位計算機、溫度數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)、開關(guān)量檢測及控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備等。上位機和外設(shè)主要完成人機對話、工藝參數(shù)設(shè)定及存儲記憶、過程參數(shù)顯示和存儲記錄及打印輸出、設(shè)備運行時各部分的工作狀態(tài)、故障報警的顯示等功能。
　　
　　溫度數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)主要完成加熱室熱電偶、工件熱電偶的數(shù)據(jù)采集、熱電偶溫度冷端補償、非線性補償?shù)热蝿?wù)。
　　
　　開關(guān)量檢測及控制系統(tǒng)作為動作信號的連接，使工件的釬焊過程完全實現(xiàn)了自動化。電控柜內(nèi)部裝有PLC、接觸器、熔斷器、繼電器、可控整流器等元件， 各種操作按鈕、指示燈、溫控儀表、真空度顯示儀、壓力控制儀、電壓表和電流表均安裝在電控柜外表面， 以便于操作。真空釬焊爐系統(tǒng)的檢測元件主要有熱電偶、真空計、電離規(guī)和水壓表，分別對溫度、真空度、充氣、分壓、冷卻系統(tǒng)及爐門運動系統(tǒng)進行控制。對于爐溫、水壓， 設(shè)有檢測及報警裝置， 從而保證了設(shè)備使用過程的安全性。具有手動、自動轉(zhuǎn)換功能， 手動操作主要用于調(diào)試和維護真空爐； 正常運行狀態(tài)下采用自動操作， 它是通過檢測到的自動控制信號， 傳輸?shù)絇LC， 根據(jù)應(yīng)用程序進行自動控制。
　　
　　3.2、控制系統(tǒng)原理
　　
　　該控制系統(tǒng)選用1 個60 點可編程序控制器PLC，分為輸入端和輸出端， 當(dāng)輸入端得到電信號后， 通過PLC 內(nèi)部程序給輸出端1 個相應(yīng)的執(zhí)行信號。輸入端包括： 壓力控制回路、各種執(zhí)行元件的開關(guān)、鎖圈狀態(tài)、各種閥的工作狀態(tài)及報警信號輸入回路等。控制原理圖如圖1 所示。