12T真空等离子焊箱的研制

张宝文 陈妍丽 王军宁

摘 要：文章介绍了12T真空等离子焊箱的技术性能参数及结构，说明了本设备的工作过程和结构特点。

关键词：焊箱；真空；传动；焊枪

1 概述

目前随着世界经济的快速发展，新的技术革命正日新月异，特别在航空、航天、电子技术及核技术等高新技术领域发展更快，正是由于这些行业的发展加速了新材料、新设备的研制。真空焊箱作为一种在真空状态下焊接材料的设备而得到了广泛的应用。文章介绍一种我们自行研制的真空等离子焊箱。

2 设备的性能参数及构成

2.1 设备的性能参数

（1）最大焊接重量：≤12吨；（2）可焊电极规格：φ190～φ860mm×6000mm；（3）装出料运行速度：8000mm/min 无级调速；（4）箱体尺寸规格：φ2100mm×10750mm；（5）焊接电流：200-600A连续可调（保证在600A电流下连续可靠的焊接）；（6）焊接电压：30-50V；（7）等离子焊枪结构形式：水冷铜头；（8）等离子焊枪数量：3支；（9）等离子枪焊接速度：50-100mm/min（连续可调）；（10）极限真空：1×10-2mbar；（11）供电电源：380V/50Hz 330KVA；（12）焊箱占地面积：长23000mm×宽10000mm×高5500mm。

2.2 设备的构成

该设备主要组成（见图1、图2）：（1）炉室；（2）真空系统；（3）等离子枪；（4）电极夹具；（5）传动系统；（6）水、气系统；（7）电控系统。其详细结构如三维立体图所示。

3 设备各部分工作过程及结构特点

3.1 炉室

炉室为局部双层水套结构，内层为不锈钢，外层为碳钢，夹套间通水冷却，炉门法兰为不锈钢也通水冷。炉室直径Φ2100mm，壁厚18mm，长10750mm，炉室两端设有炉门，炉门打开均采用电动侧向推拉方式，炉门的锁紧采用气缸锁紧，供装出料和清洗检修使用，当关闭炉门时炉体上的六个气缸将炉门拉紧以保证真空密封。中部设有三个等离子枪接口以及抽真空接口。炉体上还设有人工及摄像观察窗。炉焊室内和料接触的部分、炉内轨道等均为不锈钢。

3.2 真空系统

真空系统主要是为了预先抽除箱内以及电机的气体，以便在焊接过程中保持箱内必要的含氧量，防止电极被氧化。真空系统的配置为两台ZJ-2500罗茨泵、四台H-150滑阀泵，以及一台2x-30旋片泵。真空系统各泵阀的开启和停止在计算机上远控操作，泵阀的开启有封炉开关和真空度联锁保护装置，确保操作安全可靠。配有动态压力调节系统，采用2x-30旋片泵维持炉内真空，整个系统可实现自动化操作。

3.3 等离子枪

为避免焊接时的高密度钨夹杂，满足航空材料的高标准要求，等离子枪阳极设计成铜头结构，确保无钨夹杂，其结构采用特殊设计，以保证冷却效果好。枪体内导电管为纯铜管，外管为不锈钢管，两管之间为冷却水。枪头上用特殊铜合金制作的正极头和喷嘴。此外焊枪系统上还包括有高频起弧装置等。

枪的上下移动采用交流数字伺服电机来控制，其精度高、反应速度快，能很好的跟踪焊接电压的变化。

3.4 电极夹具

电极夹具采用标准方钢管进行焊接加固，对其挠度、刚度进行设计计算，确保长期使用不变形，针对不同的电极直径采用不同的方式来快速固定。使电极块纵向、横向接触面紧密结合，确保电极块间的电流通导良好。

3.5 传动系统

料车纵向移动和料架旋转采用交流数字伺服电机来控制。为适应不同直径的电极，电极托辊由电机带动正反向丝杠调节中心距。电极的纵向移动和旋转的动力以及托辊电机均放在料车上。

3.6 水、气系统

冷却水系统主要用于箱体、等离子枪、真空泵的冷却，采取带压供给、自流排出的方式。由水箱、水泵、加热器、换热器、测温装置、压力监测及管道、阀门等构成。

压缩空气系统由三联体、阀门、电解点压力表、管路等组成，为整个焊箱的气动操作提供动力。

3.7 电控系统

电控系统用于控制整个焊接工作过程，采用德国西门子公司SIMATIC S7-300可编程控制器，实现逻辑控制；采用伺服调速器，可实现旋转、平移的高精度速度控制；运用集散控制（DCS）和profbusDP分站实现远程通讯和控制，可实现设备信息和工艺、生产过程信息的共享。可在操作台计算机上实现远程控制，同时设有炉前操作盒，可就近操作，焊接过程采用弧压自动控制，包括抽真空、焊接过程自动控制及自动检测、记录打印工艺参数。设有水、气、压力、电流的异常报警及必要的联锁保护功能。焊接速度、焊缝深度、焊缝宽度、真空度、行程能自动可调。进料、抽真空、焊接、充氩、冷却、冲洗、排放、出料等各项动作，可采用点动、手动、半自动、全自动四种运行操作方式。具有事故报警、紧急停车及齐全可靠的安全联锁保护装置。具有触摸屏和彩色电视屏监控系统，能实现远程监控。

4 结束语

该设备设计科学合理，技术参数达标，在满足经济、工作能力的同时也着重了其结构的合理性、可靠性、易操作、易维修等方面的内容，对以后设备操作的培训、维修、安全等方面的工作都有长远、有益的影响。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]达道安.真空设计手册（第三版）[M].北京：国防工业出版社，2004.