江智軒

(昌河飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333002)

復(fù)合材料是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料[1]，迄今為止，航空航天領(lǐng)域要求高承載的絕大多數(shù)復(fù)合材料構(gòu)件都是采用熱壓罐成型工藝，如飛機(jī)的槳葉、骨架、整流罩等部位，逐漸取代老舊的金屬材料，具有重量輕、承受力強(qiáng)、可修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)[2]。而復(fù)合材料的固化是零件加工過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)，固化的效果直接決定復(fù)合材料的使用性能。熱壓罐作為復(fù)合材料固化設(shè)備，已成為各制造企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，而降溫冷卻系統(tǒng)對保障其穩(wěn)定運(yùn)行起著極為重要作用。

1 故障現(xiàn)象

我公司現(xiàn)有4臺熱壓罐設(shè)備，其中有一臺尺寸為φ1.5 m×3 m熱壓罐在加工零件時出現(xiàn)降溫速率十分緩慢異常現(xiàn)象，如圖1所示。在進(jìn)行空載降溫測試時，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)空氣溫度由120 ℃降至60 ℃需要長達(dá)70 min，帶零件降溫甚至需要120 min以上，嚴(yán)重影響使用車間生產(chǎn)任務(wù)，同時對零件固化質(zhì)量也無法得到保障。

2 故障原因分析及處理

目前，熱壓罐設(shè)備一般會在罐體尾部裝有一冷卻器，降溫原理為：溫控儀表通過輸出4～20 mA的電流信號控制冷卻水管路上的主冷進(jìn)水閥(氣動薄膜閥)開度行程，將大量冷卻水注入至冷卻器中，同時通過循環(huán)風(fēng)機(jī)大流量吹冷風(fēng)帶走熱量。因此，針對降溫速率異常的可能原因及處理措施有以下幾點(diǎn)：

圖1 熱壓罐降溫異常圖表Fig.1 Chart of abnormal cooling of autoclave

2.1 進(jìn)水壓力不足、進(jìn)水溫度過高導(dǎo)致冷卻效果不佳

觀察進(jìn)水管路上的壓力儀表，顯示進(jìn)水壓力達(dá)到4 bar，同時觀察進(jìn)水溫度顯示儀表顯示冷卻水溫為18 ℃，與其他幾臺正常熱壓罐設(shè)備基本一致。因此，可以排除因進(jìn)水壓力不足與進(jìn)水溫度過高導(dǎo)致冷卻效果不佳的可能。

2.2 循環(huán)風(fēng)機(jī)異常

首先設(shè)備無風(fēng)機(jī)報警提示，其次在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時聲音正常無異響，變頻器顯示50 Hz，排除循環(huán)風(fēng)機(jī)異常的原因。

2.3 主冷進(jìn)水閥、回水閥開度異常導(dǎo)致通過冷卻器的水流量低，冷卻效果不佳

設(shè)備降溫時現(xiàn)場觀察主冷進(jìn)水閥動作，發(fā)現(xiàn)主冷進(jìn)水閥未完全開啟，如圖2所示，只開啟了全行程的50%，導(dǎo)致進(jìn)水流量不足，影響冷卻效果。該閥體由溫控儀表4～20 mA電流信號控制行程[3]，壓縮空氣執(zhí)行動作。造成閥體行程未完全開啟的原因有以下幾點(diǎn)：

(1)壓縮空氣不足。檢查連接氣路無泄漏，壓力達(dá)到4 bar，滿足氣動薄膜閥使用要求，故排除因氣壓不足導(dǎo)致閥體未完全打開的原因；

(2)控制儀表輸出信號異常。設(shè)備溫控儀表使用霍尼韋爾UDC2500系列儀表，具有雙回路控制，一路4～20 mA用于控制加熱， 另外一路4～20 mA用于控制冷卻[4]。正常情況應(yīng)是在降溫時溫控儀表輸出功率為0%，對應(yīng)輸出20 mA電流控制主冷閥體全開行程。在實際降溫過程中，按照工藝降溫速率SP值已經(jīng)到達(dá)20 ℃，但實際罐內(nèi)溫度為73.1 ℃，儀表輸出應(yīng)為0%，輸出20 mA，但通過儀表DISPALY按鍵檢查輸出功率發(fā)現(xiàn)儀表OT輸出功率為7.6%，并非0%，見圖3。進(jìn)一步檢查溫控儀表內(nèi)部設(shè)定參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在儀表CONTRL菜單中-OUT LO子菜單項中儀表最低輸出設(shè)置為7.6，將其修改至0后，儀表顯示輸出為0%，主冷閥開度變大，但仍未完全開啟，如圖4所示。閥體仍未完全開啟可能是長期使用后機(jī)械位置偏移，需要人工校準(zhǔn)[5]，通過閥體自帶的行程調(diào)整旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)零位與全行程位，使閥體開打達(dá)到最大，如圖5所示，但降溫速率并未明顯提高。

圖2 主冷閥開啟50%Fig.2 The main cooling valve open 50%

圖3 儀表輸出功率Fig.3 Output power of the instrument

圖4 主冷閥開啟70%Fig.4 The main cooling valve open 70%

圖5 閥體機(jī)械調(diào)整旋鈕Fig.5 Mechanical adjusting knob of valve

繼續(xù)檢查回水管路，回水管路中使用的回水閥是一種二位氣動閥，由外部氣動電磁閥控制開啟與閉合，可能由于回水閥未完全開啟，導(dǎo)致回水不暢影響冷卻效果，故對回水閥進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)閥體動作時并無卡滯現(xiàn)象，能夠完全開啟，控制氣路無泄漏，故排除因回水不暢影響降溫速率的原因。

2.4 冷卻器內(nèi)部有大量水垢堵塞造成冷卻效果不佳

由于該熱壓罐設(shè)備體積較小，直徑僅為φ1.5 m，安裝使用的冷卻器尺寸也相應(yīng)較小。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)熱壓罐設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)均配備普通自來水，并非去離子水，容易形成水垢，同時又因為本臺熱壓罐使用的冷卻器尺寸較小，及易堵塞冷卻器內(nèi)部的冷卻管與冷卻孔，影響冷卻效果。對冷卻器進(jìn)行拆卸檢查，如圖6、圖7所示，發(fā)現(xiàn)在冷卻器內(nèi)部已經(jīng)存有大量水垢、污泥，嚴(yán)重堵塞冷卻管路及冷卻小孔，影響冷卻效果，故確定冷卻器堵塞是造成罐體降溫慢的根本原因。重新安裝更換冷卻器后進(jìn)行降溫試驗，速率明顯提高，罐內(nèi)溫度從120 ℃降到60 ℃僅需30 min，速率提高一倍以上，如圖8所示。

圖6 罐尾冷卻器Fig.6 The cooler at the end of autoclave

圖7 水垢堵塞冷卻孔Fig.7 Scale blockage cooling hole

圖8 更換冷卻器后降溫測試圖表Fig.8 Cooling test chart after replacement cooler

3 總結(jié)

通過本次故障處理案例，可以發(fā)現(xiàn)，熱處理設(shè)備冷卻系統(tǒng)對冷卻水質(zhì)的處理尤為重要，不能使用普通自來水進(jìn)行冷卻，否則極易形成水垢影響冷卻效果，甚至產(chǎn)生銹蝕管路、殼體等現(xiàn)象。為此，需對熱壓罐設(shè)備冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行整體改造，徹底杜絕因水質(zhì)問題影響熱壓罐設(shè)備降溫速率的隱患。