真空钎焊炉零件变色故障诊断与处理

陆英韬，王德林，陈 颖，李 军，佟 岩，梁鑫昇，池景淑

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司运行保障中心，辽宁沈阳 110043）

真空钎焊炉零件变色故障诊断与处理

陆英韬，王德林，陈 颖，李 军，佟 岩，梁鑫昇，池景淑

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司运行保障中心，辽宁沈阳 110043）

真空钎焊炉结构原理。研究零件变色故障原因及快速诊断方法，阐明理论依据。结合现场维修经验，分析对应的检修及预防措施，提高零件加工质量和效率。

真空钎焊炉；压升率；真空泵；故障处理

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.29

0 引言

近年来，真空炉在工厂广泛应用，一些长年使用的老炉，在加工过程中容易出现零件氧化变色等问题，严重影响零件加工质量和效率。以下介绍快速判断零件变色的故障原因，以及采取相应的维修预防措施。本文涉及的真空术语，参照《真空技术 术语GB/T3163-2007》标准，文中所引用的各项钎焊炉技术指标，参照北京华海钎焊炉技术手册。

1 真空钎焊炉工作原理

真空钎焊炉典型结构如图1所示，炉子的真空系统主要由真空室、泵系统、各控制阀及热交换器组成。工作时，首先启动机械泵，打开旁路阀，对真空室及管路抽真空。当真空压力低于系统某一规定值（如800 Pa）时，启动罗茨泵，打开主路阀（对扩散泵抽真空）。当真空压力低于扩散泵厂家允许值（如30 Pa）时，接通加热按钮，对扩散泵进行预热。当扩散泵预热至规定温度（如235℃）并且真空压力低于系统规定值（如5 Pa）时，打开高真空阀，对真空室抽高真空（如＜10-4Pa）。

图1 真空钎焊炉典型结构

2 零件变色原因分析

零件变色是由于在钎焊过程中，零件在高温时氧化造成的零件变黑、变蓝、变灰等颜色变化，不能满足工艺检验要求。其主要原因有漏气、漏水、泵效率低、氩气不纯和炉内返油等。也有一些其他原因，如夹具或零件未清洗干净、长期停用或雨季炉内返潮加工之前未烘炉、焊料、操作等问题。

3 快速诊断零件变色的方法

3.1 漏气

漏气会使极限真空度下降，真空度跳动不明显（但当真空规管内部破裂漏气发黑时，真空度也会跳动，应首先排除），可用氦质谱检漏仪检漏。漏气主要发生在炉体炉门与外界连接处的密封胶圈，常见部位有炉门胶圈、高真空阀气缸、水冷电极、测温电偶座等胶圈密封处。真空规管由于温度冷热交变，规管内玻璃壁破裂漏气，造成发黑。

3.2 漏水

极限真空度下降不明显（但漏水严重可见液体水时除外），有时只有半个数量级，可见：在升温过程中真空度“跳动”（瞬间下降又回升）；炉壁内侧表面有自上而下的白色印迹，漏水蒸发后的痕迹（但漏孔微小时不明显）。常见部位有：换热器、换热器连接管路及焊缝、水冷电极、炉体内壁。

3.3 泵效率低

抽速会变慢，具体可通过检测装置测量三级泵效率。机械泵的工作温度通常要求≤75℃，可借助“便携式红外测温仪”测量温度。

3.4 氩气纯度的检测方法

使用露点仪，要求≤-54℃，最好≤-58℃；使用微量氧测试仪，要求氧含量≤2×10-6；氩气不纯造成零件变色时，可采取随炉冷（慢冷）方式，或待炉内温度适当降低后，再开始氩气快冷。可通过零件颜色改善，借此判断故障。

3.5 返油

常可见炉体炉壁内侧（靠近扩散泵通道）、散热器、冷风机及冷壁管路等处表面，附着有黑色凝固或半凝固状态的液体油。

（1）机械泵返油。炉内真空度比机械泵管路真空度高时，当旁路阀关闭不严或被打开，会造成机械泵返油。

（2）扩散泵返油原因。①单开机械泵罗茨泵时，高真空阀关闭不严；②扩散泵工作时，扩散泵外壁、冷井或冷水挡板处水冷能力不足时。

4 检修措施

4.1 漏气的检修方法

（1）推荐使用氦质谱检漏仪。氦质谱检漏仪（以下简称检漏仪）就是用氦气做示漏气体的质谱检漏仪，是真空检漏中灵敏度最高、用得最普遍的一种检漏仪器。检漏仪有“真空”和“吸枪”两种操作模式。在漏气检测时，通常采用真空模式（图2）。

图2 检漏仪真空操作模式

（2）真空炉与检漏仪的连接方法。在炉子真空室与泵之间的管路上，一般都会有“厂家预留的检测接口”。将“检漏仪测试口”与真空炉厂家预留的检测接口连接。

（3）检漏过程中的注意事项。当检漏仪连接好以后，注意让炉子先抽一会真空，待炉内真空压力低于检漏仪的“进口压力”要求（如HLT560型检漏仪进口压力要求＜1800 Pa）时，方可打开测试口的旋转阀门。注意：检漏仪在工作状态下要避免振动，停机20 min以后才允许移动。

4.2 漏水的检修方法

冷却循环水在长期使用过程中，水中的钙离子会吸附在夹层及水管的内表面形成水垢，水垢不仅使水流速变慢、换热能力下降、温度升高，还会产生垢下腐蚀；水中的氯离子对金属有腐蚀作用，温度越高水流速越慢、腐蚀性越强。在以上两者长期作用下，就会造成夹层、管路及焊缝等处，受到腐蚀而出现渗水漏水问题。

有时在常温下水中的杂质会将微漏孔堵死，看不见漏水。但当钎焊炉工作时，在受到炉内高温和压差（炉内夹层和水管内有水压，炉体内部处于真空状态）的双重作用下，微漏孔逐渐变化，出现渗水，所加工的零件会氧化变黑。过程中可见真空度在升温过程中跳动，真空度瞬间下降又回升。

（1）查找漏点方法。漏水严重时，可直接看见漏点，但通常也需要拆卸热区、换热器、盖板等遮挡物。在检查换热器时，通常将换热器放入水槽，充气打压后，观察气泡现象，即为漏点。针对微小漏孔：将真空钎焊炉体夹层和水管内的水用压缩空气吹净，再用真空泵连接到炉体夹层及冷却水管的进水口或出水口，对炉体夹层和水冷管抽真空，以便对炉体夹层和水管检漏，使用氦质谱检漏仪的吸枪模式（图3）。操作过程：真空炉停水，放夹层中的冷却水，充10 kg的压缩空气，用氦质谱检漏仪找到漏点。

（2）其他方法。在炉壁内侧涂一层红药水，将炉内充正压，再擦掉表面的红药水，观察裂缝痕迹。

4.3 泵效率低的检修方法

（1）现场测量方法。①机械泵、罗茨泵抽气能力的判断方法：在管路上安装“低真空计”，关闭主路阀和旁路阀，依次开启机械泵、罗茨泵，分别记录低真空计数值，对比泵型号的出厂指标：极限压力。②扩散泵抽气能力的判断方法。开启前级泵，当真空度符合启动条件（通常真空度＜5 Pa，油温＞235℃），启动扩散泵，一段时间内，炉内真空应达到工艺要求或出厂指标。

图3 氦质谱检漏仪吸枪模式

（2）准确测量方法。需制作相关测量装置：机械泵参照《旋片式真空泵性能测量方法JB/T 6533—1997》《滑阀式真空泵性能测量方法JB/T 1246—1997》标准；罗茨泵参照《罗茨真空泵性能测量方法JB/T 7674—1995》标准；扩散泵参照《蒸汽流真空泵性能测量方法JB/T 8272.1—1996》标准。

4.4 氩气纯度的检测方法

（1）使用露点仪。要求≤-54℃，最好≤-58℃。

（2）微量氧测试仪。要求氧含量≤2×10-6。操作者有时用氩气罐里的氩气吹零件上的灰尘，时间长了罐内的氩气将耗尽，却不知道给氩气罐内充气。此时如果氩气罐的检修门或管路漏气，空气里的氧气和水分子就会进入氩气罐内混在氩气中，在零件快冷时，造成零件氧化变色。

（3）对氩气罐及管路检漏。可用肥皂泡检查，观察气泡。

（4）可以改造氩气罐管路，增加自动充氩气功能。一方面保证氩气罐内压力符合工作要求，另一方面减少由于氩气罐进空气造成快冷时零件氧化变色的情况。

4.5 炉内返油的处理方法

（1）手工擦洗。可先用气焊，之后用汽油酒精丙酮等做溶剂，清除炉壁、水冷挡板、高真空阀、管道等处的油污。散热器可将其拆卸，放入“超声波清洗槽”清洗。但由于积油的地方多是热量辐射不到的地方，也是手或一般工具不容易够到的地方，比如多层反射板的层间夹缝等，清洗起来非常困难。

（2）在工作中摸索出的一种处理油污的简单方法。在烘炉或钎焊结束后，利用炉内的热量，利用氩气冷却过程，让氩气在炉内的对流循环来传导热量，加热炉内的发射板等冷构件，使其升温到200℃以上，将其表面吸附的油污蒸发掉。用这种方法清除油污，效果很好，做起来也比较简单。

5 真空钎焊炉维修后的验收标准

尽管每台钎焊炉均配有出厂标牌（或验收文件），但是当零件变色时，对应按照标牌（或验收文件）检查，常会发现各项指标都满足设备出厂要求，但是零件表面还是变色，不能满足工艺要求。原因是需要根据每台炉子的实际情况，分别修改完善“维修验收标准”，而且每台设备都不尽相同。以下是结合设备的具体情况和维修经验，修改完善的验收标准：①华海钎焊炉，编号13020075，型号VBFV-300。②极限真空度≤1×10-4Pa。③压升率≤0.2 Pa/h。④9点测温，温差≤±5℃；⑤4169镍基钎焊件，表面颜色符合工艺要求；⑥钎焊件，焊料融化均匀性符合工艺要求；⑦维修后，连续3炉钎焊件，符合工艺要求；⑧历史参考数据：洗炉后，再次烧高温至1250℃过程中，全程真空度≤3×10-3Pa；在随炉冷降温过程中，真空度全程稳定在10-4Pa；⑨氩气纯度：用露点仪（要求≤-54℃），微量氧测试仪（要求氧含量≤2×10-6）。

6 真空钎焊炉故障维修案例

6.1 钎焊炉零件变色故障

（1）故障时设备状态。①用氦质谱检漏仪，检漏多次，未发现有明显外漏部位（通常要求：炉体漏气率≤1×10-4Pa·L/s）；②压升率下降很快，仅0.5 h就从10-2下降了 20 Pa（正常时，压升率≤0.2 Pa/h）；③打开三级泵后，抽速慢，极限真空度仅能达到10-2Pa（正常时，极限真空度≤1×10-4Pa）；④炉壁内侧，虽然没有发现明显的液体水，但南侧内壁上有自上而下的白色印迹，疑似漏水蒸发后留下的痕迹。

（2）从②、④中分析原因。炉体内部漏水，主要怀疑部位：顶部换热器、连接管路（由于换热器被顶部盖板挡住，即使漏水也看不到）。

（3）维修措施。依次拆卸加热室→顶部换热器盖板→铜换热器→不锈钢法兰及管路，焊接并更换有裂缝的管路，使设备恢复正常。

6.2 钎焊炉表盘数据振幅较大高真空度跳动故障

（1）故障时设备状态。①零件颜色正常，检漏未发现有外漏；②高真空计表头连接线无松动；③故障时也未进行高真空阀开关动作。

（2）根据现象分析故障原因。高真空规管或真空计表头（CM51，COMBIVAC）内部故障。

（3）维修措施。更换高真空规管（PR26，Laybold）后，设备恢复正常。

6.3 钎焊炉快冷时氩气压力不稳定故障

（1）故障时设备状态。快冷时氩气充气压力不稳定，压力低于正常值。

（2）分析氩气充气控制流程。面板按钮→PLC I/O输出→氩气汽缸动作→压力变送器（压力传感器）→真空压力显示仪表。

（3）维修措施。逐一检查，与设备连接的氩气罐压力表损坏，实际为罐内氩气压力不足，更换压力表，重新充氩气后设备恢复正常。

6.4 钎焊炉加热过程中真空度下降故障

（1）故障时设备状态。①原设备扩散泵外侧冷水循环制冷能力不足，后经改造，将扩散泵冷水独立循环，并单独配置冷水机组对循环水制冷；②扩散泵外壁温度过高，导致扩散泵过热。

（2）根据现象分析故障原因。冷水机组制冷能力下降，扩散泵内的热油蒸气不能及时被冷壁冷却变为液体油，使得扩散泵抽气效率下降，导致炉内真空度下降。

（3）维修措施。检查发现冷水机组的电路板损坏，不能制冷。更换冷水机组（杭州舜天工业冷水机）控制电路板后，设备恢复正常。

7 结语

设备出现问题后，要根据设备状态加以理论分析，并结合实践经验制定维修方案。本文总结的方法和技巧，对真空钎焊炉零件变色故障诊断很有帮助，维修人员可参考借鉴。

［1］陆英韬，金辉，张荆德，等.工业炉真空系统故障诊断与测量［J］.中国设备工程，2012（3）:52-54.

［2］达道安.真空设计手册［M］.北京：国防工业出版社，2004.

TQ051.4

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〔编辑 凌 瑞〕