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    案例分享:真空釬焊爐中大流量“真空-正壓”循環控制的解決方案
    標簽: 真空釬焊
    2022-08-03  閱讀

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      【康沃真空網】一、問題的提出

      真空釬焊屬于固相連接,它與熔焊方法不同,真空釬焊時母材不熔化,由于采用比母材熔化溫度低的釬料,在真空釬焊爐加熱室里加熱溫度采取低于母材固相線而高于釬料液粗線的一種連接方法。由此,相應的真空釬焊爐可以進行真空釬焊、真空退火、真空時效等多種加工。真空釬焊爐最重要的兩個性能是真空度和溫度,但目前國內外的真空釬焊爐還存在以下需要進一步解決的問題:

     ?。?)在小型真空釬焊爐中,電氣比例閥作為壓力控制的重要部件,可分別為真空爐膛提供需要的工作壓力(負壓或正壓)。但是目前常規電氣比例閥存在普遍流量較低的問題,最大流量不超過100L/min。對于高流量需求的真空釬焊爐,電氣比例閥已不能滿足其用氣需求。

     ?。?)為了實現高流量的壓力控制器,通常都會選用流量放大器技術,即采用電氣比例閥作為先導閥來驅動高流量閥。此方法,雖然能夠保證真空釬焊爐正常氣體流量需求,但是結構過于復雜,氣路連接和電氣控制繁瑣,為工件制造和設備操作造成很大不便。而且,這些流量放大閥僅能滿足真空爐膛正壓控制的需求。當需用真空壓力時,即使在真空釬焊爐后部增加真空,流量放大閥也無法進行精的真空壓力控制。

      為了滿足真空釬焊爐對大流量正負壓循環控制的需要,本文提出了一種真空背壓閥解決方案,即采用一種大流量并可工作在負壓和正壓范圍的背壓閥,同時采用電氣比例閥作為先導閥進行驅動,可精確控制釬焊爐內正負壓的循環變化。

      二、正負壓控制原理

      正負壓區間連續控制的基本原理如圖1所示,其目的是精密控制真空壓力容器內的氣壓從負壓到正壓(或從正壓到負壓)的連續單調變化(或往復交變)。

    案例分享:真空釬焊爐中大流量“真空-正壓”循環控制的解決方案

    圖1 真空釬焊爐正負壓控制原理示意圖

      以下為控制原理具體內容:

     ?。?)控制原理基于真空釬焊爐進氣和出氣的動態平衡法,是一個典型的閉環控制回路。PID控制器采集壓力傳感器信號并與設定值進行比較并調節進氣和抽氣調節閥的開度,最終使傳感器測量值與設定值相對而實現真空壓力準確控制。

     ?。?)為了覆蓋負壓到正壓的整個真空壓力范圍,至少配置兩個真空壓力傳感器分別負責負壓和正壓。PID控制器為雙通道同時控制以對應低壓和高壓區間的控制。

     ?。?)控制回路中分別配備了真空泵(負壓源)和高壓氣源(正壓源),以提供足夠的低壓和高壓能力。

     ?。?)當控制是從低壓到高壓進行變化時,一開始的進氣調節閥開度(進氣流量)要遠小于抽氣調節閥開度(抽氣流量),通過自動調節進出氣流量達到不同的平衡狀態來實現不同的真空壓力控制,最終進氣調節閥開度逐漸要遠大于抽氣調節閥開度,由此實現低壓到高壓范圍內一系列設定點的連續精密控制。對于從高壓到低壓的變化控制,上述過程正好相反。

      三、技術方案

      安裝上述的大流量正負壓控制原理,具體的技術方案如圖2所示。

    案例分享:真空釬焊爐中大流量“真空-正壓”循環控制的解決方案

    圖2 真空釬焊爐大流量正負壓控制系統結構示意圖

      圖2所示的正負壓控制系統中,采用了真空型背壓閥來對進出氣流量進行調節,對背壓閥的驅動則使用了氣控先導閥。由于采用了氣控式真空型背壓閥,可將高壓控制范圍提升到了15bar,但相應的負壓同樣也被提升到了15mbar。如果需要,還可以進一步抬高高壓上限,但低壓下限也會隨之提升。

      在圖2所示的這種先導閥驅動背壓閥控制方法中,除了將整個控制區間向高壓端平移之外,還具有兩個特點,一是背壓閥可制作成較大通徑而適用于較大容器的真空壓力控制,二是背壓閥的響應速度很快可滿足正負壓往復交變的快速控制。

      四、總結

      通過上述技術方案,完全可以實現正負壓范圍內真空壓力的連續控制和往復交變控制,并且可以達到很高的控制精度和速度。

      本文解決方案的技術成熟度很高,方案中所涉及的背壓閥和PID控制器,都是目前依陽實業特有的標準產品,其他的真空計、壓力計、電氣比例閥、真空泵和高壓起源等也是目前市場上的標準產品。

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