GENERATIONⅡ型充氮烘烤箱故障分析

王天旭

一、概述

GENERATIONⅡ型充氮烘烤密封焊接箱，美国BENCHMARK公司生产，由烘烤箱、手套箱和传递箱三个箱体组成，配有真空、加热烘烤、充氮、焊接、干燥过滤、冷却、露点监测及计算机控制系统。该设备集热能、焊接、气动、真空、计算机控制技术于一身，主要用于气密密封产品的加工装配。

二、工作原理

启动电源开机，系统进入自检程序；关闭所有箱门，两台真空泵分别对烘烤箱和传递箱抽真空，当箱内真空值达到设定值之后，设备进入待机状态。与此同时手套箱内随气压的变化自动调节氮气压力，以保证手套箱内维持正压状态（气压约高于本地气压），干燥过滤系统对手套箱内的氮气进行干燥过滤，保证箱内露点满足工艺要求。加工时，打开烘烤箱外门，将产品零件放入烘烤箱内，关闭箱门，调用或编制烘烤程序，运行。在烘烤箱内完成抽真空、加热烘烤、充氮、保温和降温等过程后，按烘烤箱内门开启按钮，内门自动打开，将产品零件转入手套箱内，关闭烘烤箱内门。在手套箱内进行产品零件焊接、封装等加工装配工序。加工装配完毕，开启传递箱内门，将加工完毕的产品放入传递箱内，关闭传递箱内门，然后打开传递箱外门，取出产品、关闭箱门，完成加工过程。在零件传递过程中，系统自动调节各箱内压力，维持压力平衡。

三、故障原因分析、判断与修理

1.真空度到16Pa后数值不再减少反而缓慢增加

抽烘烤箱真空时，电脑屏幕显示其空压力16Pa后，数值不再减少，反而缓慢增加。 烘烤产品零件时，烘烤箱内真空度要求达到2.6Pa以下。初步分析有四个因素可能引起这种现象：①真空泵性能下降；②管路漏气；③真空检测元件老化、性能不稳定；④烘烤箱密封不严。

通过观察没有发现真空泵有异常情况，进一步对真空泵进行测试，泵所抽压力可达到0.1Pa，与设备刚购进验收时所测压力值一致，说明真空泵运转正常。检查管路，没有松动、变形和裂缝现象，再使用压力法检查管路，没有漏点，相关控制阀关闭可靠。采用对比法检查，将真空测试仪器通过一个三通管与设备真空检测管路并联在一起，抽真空时，观察设备上电脑屏幕显示值与真空测试仪器显示值是否一致。经检测，两者显示值相等，说明真空检测元件性能稳定。烘烤箱是一个长方形不锈钢箱体，内部被四块隔板（加热板）分成五层，工作区域为中间三层，箱体两端各开一扇门，如图1所示，左边是外门，采用铰链旋转式结构，是装载零件的进口；右边是内门，采用气动活塞移动式结构，是烘烤零件进入手套箱的唯一通道。烘烤箱内只有这两扇门和一个圆管孔（既用于抽真空，又用于充入氮气）与外界相通。由于烘烤箱长时间处于加热烘烤状态，可能使门上的密封圈变形、破损或老化，失去密封性能。经检查，门上的密封圈没有破损、变形和老化现象，门和门框也没有出现任何变形。用酒精喷雾法检查外门，真空值显示无明显突变，说明外门无泄漏；对于内门，将其关闭充入手套箱内的氮气，烘烤箱抽真空，若手套箱上的手套被吸入，说明内门有泄漏。经测试，手套箱上的手套被慢慢地吸入箱内，此现象说明烘烤箱与手套箱之间的内门密封不严。查看关门的气源压力，显示值为2×105Pa。根据设备使用要求将压力值调到6×105Pa，然后抽真空，故障现象消除，电脑屏幕显示值为0.9Pa，符合设备使用要求。

通过以上分析、检查，造成本次故障现象的根本原因是烘烤箱内门的关门气压调节过低。

2.手套箱上的手套被吸入箱内发生爆裂

设备正常工作时，手套箱内充入的是氮气，箱内压力为正压（压力约高于本地大气压力）。当箱内压力降到系统设定的下限时，如图2，控制系统自动打开电磁阀S2充入氮气，维持箱内正压状态。当箱内压力突然增加（如将手套向箱内伸进）超过系统设定的压力值时，单向排气阀或电磁阀S4、S5自动打开卸压。若当气瓶不能给设备提供氮气时，即气体耗尽或气瓶总阀被关闭，设备执行充氮程序，电磁阀S1打开，气瓶不能提供氮气，此时当电磁阀S2也处于打开状态，即手套箱内正处于补充氮气状态，箱体之间就通过电磁阀S1或S3、减压阀、电磁阀S2、过滤器互相联通，手套箱内的气体就流入烘烤箱或传递箱，电磁阀S2因手套箱内压力低于系统设定的下限而处于常开状态。由于零件在烘烤箱内，要反复执行抽真空和充氮等程序，而传递箱内通常保持真空状态，电磁阀S3处于常闭，因此手套箱内的气体主要经过电磁阀S1被一次次抽走，箱内的压力降低，手套被吸入箱内，超过橡胶手套膨胀极限后，发生爆裂。另外，当内门关闭不严，手套箱内没有氮气补充时，也会造成类似现象。

经现场察看，爆裂的手套被吸入箱内，氮气瓶上气压表压力指针指到了“0”位，说明气瓶内的氮气已耗尽。更换新手套和氮气瓶，试机，没有出现手套被吸入和爆裂现象。为了进一步证实前面的分析，关闭氮气瓶上的总阀门后观察现象，烘烤箱在抽真空时，手套没有发生任何变化，当执行充氮程序时，手套被慢慢吸入箱内膨胀。当打开气瓶总阀门，手套又恢复到正常状态。经了解，手套发生几次爆裂都是操作人员不在场时发生的。由于设备烘烤零件时间较长，值班操作人员长时间不在现场，当氮气耗尽后没人及时采取措施，致使手套爆裂。针对此原因，规定操作人员定时巡视制度，观察气瓶内氮气消耗情况。执行定时巡视制度后，很长时间没有出现手套爆裂问题，但操作人员发现刚更换的氮气，没用多久就消耗完了，手套又发生爆裂现象。对此进行检查，装上新手套，又接上一瓶满的氮气试机检查，通过显示屏发现：烘烤箱内的真空压力很快达到0.9Pa，而传递箱内的真空压力显示仍为“HIGH”（＜266.7Pa才显示具体数值），说明传递箱的真空系统有问题。检查系统发现，电磁阀S3的线圈处于通电状态，使不该此时打开的电磁阀S3打开了。查找电磁阀S3导通的原因，由于控制电磁阀S3的固态继电器损坏，固态继电器的主触点处于接通状态，线圈一直通电，造成电磁阀S3打开。气瓶内的氮气经电磁阀S3进入传递箱，故传递箱内的真空压力达不到规定值。当真空泵抽走气瓶内的所有氮气后，同前面分析一样，最后连手套箱内的气体也被抽走，造成手套出现爆裂。

经换上新的固态继电器试机，传递箱内的真空压力很快达到规定值，设备工作正常。

3.从烘烤箱内取出的零件表面出现氧化现象

出现氧化现象可能有三个因素：①被烘烤的产品零件表面太脏；②烘烤箱密封不严；③烘烤箱内充入的氮气质量差或混入了其他腐蚀性物质。

在对箱体检查过程中，发现隔板（加热板）上有黄褐色类似油腻之类的物质。放入烘烤箱内的零件和载体应该都是清洗干净的，观察设备供氮管路，发现充入烘烤箱内的氮气从气瓶到设备经过了长约12m、直径20mm的新管路。为了消除管道过长带来的影响，将气瓶移到设备旁边，直接用干净的短管与设备相连。将烘烤箱内部彻底清洗、擦拭干净，然后经过几次抽真空→充氮→空箱加热烘烤操作后，箱内再没有发现黄褐色物质。放入零件按烘烤程序进行烘烤，零件表面没有出现任何氧化现象，故障现象消除。对原长管道内部进行检查，发现管内壁粘着许多黄色污物。经调查，在安装管道时，安装人员没有对管道内部进行清洗去污处理。在充氮烘烤过程中，氮气将管内赃物带入烘烤箱内，造成零件表面氧化。

为防止此问题再次发生，采取预防措施：①采用清洁干净的管道作为供气管道；②缩短供气管道长度，以减少更换氮气瓶时管道内进入的空气量；③做好设备日常维护保养工作，确保设备内外干净整洁。