等离子焊接机炉腔氧含量测量装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及氧气测试领域，具体为一种等离子焊接机炉腔氧含量测量装置及其使用方法。一种等离子焊接机炉腔氧含量测量装置，包括取样点(1)，其特征是：还包括过滤器(2)、取样泵(3)、冷却单元(4)、氧传感器(5)、氩气吹扫单元(6)、标定单元(7)、计算机(8)和报警器(9)，取样点(1)的出气端通过管道串联过滤器(2)，过滤器(2)的出气端通过管道串联取样泵(3)，取样泵(3)的出气端通过管道串联冷却单元(4)，冷却单元(4)的出气端通过管道串联过滤器(2)，过滤器(2)的出气端通过管道分别连接氧传感器(5)、氩气吹扫单元(6)和标定单元(7)。本发明专利技术使用寿命长，运行稳定，测量准确。测量准确。测量准确。

【技术实现步骤摘要】
等离子焊接机炉腔氧含量测量装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及氧气测试领域，具体为一种等离子焊接机炉腔氧含量测量装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金具有许多优异的性能，例如低密度，高熔点、高比强度、耐腐蚀、高低温性能好、无磁性、声波和振动的低阻尼特性，生物相容性好，与碳复材料的相容性好，具有超导特性、形状记忆和吸氢特性等，而被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、电力、人体生物材料、体育休闲业、汽车等领域有着越来越广泛的用途。钛合金的冶炼和加工是一个技术含量很高的工艺过程，目前，世界上只有美国、俄罗斯、日本和中国具有冶炼-加工-应用-科研这一完整的钛工业体系。
[0003]航空、航天工程所用的钛合金材料，对质量要求非常苛刻。钛合金材料中出现的高、低密度夹杂缺陷，是零部件出现疲劳裂纹的源头，会大幅降低零部件的使用寿命。如果缺陷未被检测并用于航空发动机，可能引起机毁人亡的重大灾难。根据美国FAA（联邦航空局）报道，从1962年到1990年，共有25起飞行事故与钛合金的冶金缺陷有关，这些都是由于钛合金零件存在夹杂引发断裂，导致发动机失效而引发的恶性事故，造成极大的损失。钛合金中的夹杂物一般分为两类，即低密度夹杂物（LDI，Low Density Inclusions）和高密度夹杂物（HDI，High Density Inclusions）。常见的LDI主要是钛的氧化物或氮化物，尽管钛的氧化物和氮化物的密度还略高于钛基体，但因与HDI相比要低得多，故称之为低密度夹杂。低密度夹杂目前还没有有效的手段进行检测，有数据统计表明，能被检测出硬α夹杂只占总数的十万分之一，大部分的硬α夹杂无法被检测出来。HDI主要是指熔炼过程中因未完全熔解而残余的高熔点金属或金属间化合物，常见的有Mo、Ta、W、WC等。相关研究结果表明，尺寸为0.6mm的WC颗粒，两次VAR可溶解掉约90%，三次VAR可全部消除，但0.8mm或者更大尺寸的WC 颗粒经过三次VAR 也无法充分溶解。为了解决钛及钛合金在自耗熔炼过程中带入的夹杂问题，需要在全流程消除可能的隐患。
[0004]钛合金的生产过程一般可以分为海绵钛的提炼、钛铸锭冶炼、锻造成型和轧制几个主要步骤。钛铸锭的熔炼包括了海绵钛的压制、压块料焊接成自耗电极、自耗炉重熔三个主要工序。等离子焊接机是海绵钛压块料焊接成自耗电极的一个关键设备。为了防止在焊接过程中带入低密度夹杂，如氮化钛和二氧化钛，等离子焊接机采用了气体保护（氦气或者氩气）的方式。尽管采用了气体保护，由于焊接腔室非常大，仍然存在大气中的空气泄露进入保护气氛的可能性。并且焊接机经受高温的部件非常多，存在漏水的可能性，泄漏的水气化后会被等离子体分解成氧和氢。氧在高温下会与钛直接反应生成二氧化钛并进入到焊接电极中。这些都给等离子焊接过程带来了低密度夹杂的隐患。而自耗炉重熔过程一般无法将这些夹杂物去除。
[0005]目前国内的等离子焊接机都没有相关的检测手段来保证保护气氛的氛围，焊接的过程无法受控。国外有采用直接在腔室内壁增加氧含量传感器的方法进行检测，这种方法
能够测得传感器附近的氛围中氧含量，无法测得整个过程的准确氧含量数据，并且由于焊接过程灰尘较大，传感器容易受到污染，寿命短，误差大。由于这些限制，等离子焊接机在焊接钛及钛合金压制电极过程中无法准确监控腔室内的氧含量，必然给钛及钛合金铸锭的熔炼带来很大的夹杂风险。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的缺陷，提供一种使用寿命长、运行稳定、测量准确的监控设备，本专利技术公开了一种等离子焊接机炉腔氧含量测量装置及其使用方法。
[0007]本专利技术通过如下技术方案达到专利技术目的：一种等离子焊接机炉腔氧含量测量装置，包括取样点，取样点设于等离子焊接机气体内循环出口盲板上，其特征是：还包括过滤器、取样泵、冷却单元、氧传感器、氩气吹扫单元、标定单元、计算机和报警器，取样点的出气端通过管道串联过滤器，过滤器的出气端通过管道串联取样泵，取样泵的出气端通过管道串联冷却单元，冷却单元的出气端通过管道串联过滤器，过滤器的出气端通过管道分别连接氧传感器、氩气吹扫单元和标定单元，氧传感器和取样泵都通过信号线连接计算机，计算机还通过信号线连接报警器。
[0008]取样点设于等离子焊接机气体内循环出口盲板上，安装方便，不需要从水冷壁开孔，成本低。气体循环管道的作用是将保护气体从腔室内的抽出，经过灰尘过滤后返回到腔室。这样设计取样点，一方面可以获得流动的具有代表性的气体，并且由于气体循环管道具备灰尘过滤功能，可以避免灰尘对取样管路的污染。
[0009]所述的等离子焊接机炉腔氧含量测量装置，其特征是：冷却单元选用水冷却器，氧传感器选用原电池式氧传感器，报警器选用声光报警器。
[0010]氧含量传感器一般有热磁式氧传感器、原电池式氧传感器、氧化锆氧传感器、光纤式氧传感器、可调谐激光式氧传感器等几种形式。本专利技术从准确性、响应速度、积极性等多个方面考虑，选取原电池式氧传感器。
[0011]所述的等离子焊接机炉腔氧含量测量装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：目标气体在取样点采取，目标气体由取样泵加压后经管路上的冷却单元冷却和过滤器过滤后输入氧传感器，氧传感器检测后将信号上传到计算机，计算机根据检测结果判断是否控制报警器报警，所述管路上的氩气吹扫单元吹出氩气防止灰尘堵塞管路或者阀门，所述管路上的标定单元用以后续过程中对氧传感器(5)进行标定。
[0012]所述的等离子焊接机炉腔氧含量测量装置的使用方法，其特征是：目标气体从取样点经取样泵抽吸取样并经过滤器过滤后采取。抽取样气的方式可以使得气体的检测更加连续性和代表性，能够准确地反应炉腔内气体的氧含量情况。
[0013]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术设计了一种全新的等离子焊接机氧含量测量装置，以解决目前国内等离子焊接机没有氧含量测量的问题，使得钛及钛合金压制电极在焊接过程中的质量得到监控，提升钛及钛合金铸锭的质量稳定性。
[0014]本专利技术可以解决目前国内等离子焊接机没有氧含量测量的问题，使得钛及钛合金压制电极在焊接过程中的质量得到监控，提升钛及钛合金铸锭的质量稳定性。其特征在于：
分布式采取具有代表性的炉腔内气体，将其净化后检测其氧含量，并将数据输出进行保存，设置可调节的报警点，超出后进行声光报警。
[0015]本专利技术的设计结构获得等离子焊接机炉腔内的气体进行连续测量，测得的数据真实有效，具有代表性。
[0016]本专利技术解决了传感器直接安装在炉腔内引起的高温和粉尘损坏传感器问题，传感器寿命长，运行稳定。
[0017]本专利技术采用了多重过滤和冷却单元，对炉腔内产生的金属粉尘进行了有效过滤，并通过冷却单元降低了炉腔内气体的温度，可以有效延长氧含量传感器的寿命，降低运行成本。
[0018]本专利技术设计了吹扫单元和标定单元，吹扫单元可定期对取样管路进行吹扫，防止金属粉尘堵塞管路，吹扫气体采用氩气可以避免对传感器的消耗。标定单元可定期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子焊接机炉腔氧含量测量装置，包括取样点(1)，取样点(1)设于等离子焊接机气体内循环出口盲板上，其特征是：还包括过滤器(2)、取样泵(3)、冷却单元(4)、氧传感器(5)、氩气吹扫单元(6)、标定单元(7)、计算机(8)和报警器(9)，取样点(1)的出气端通过管道串联过滤器(2)，过滤器(2)的出气端通过管道串联取样泵(3)，取样泵(3)的出气端通过管道串联冷却单元(4)，冷却单元(4)的出气端通过管道串联过滤器(2)，过滤器(2)的出气端通过管道分别连接氧传感器(5)、氩气吹扫单元(6)和标定单元(7)，氧传感器(5)和取样泵(3)都通过信号线连接计算机(8)，计算机(8)还通过信号线连接报警器(9)。2.如权利要求1所述的等离子焊接机炉腔氧含量测量装置，其特征是：冷却单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆艳，
申请(专利权)人：宝钢工程技术集团有限公司，
类型：发明
国别省市：