冷卻器結構及焊接工藝改進

毛穎 呂鳳雷 陳玉環

我廠制造應用于采煤機內部的冷卻器，原結構如圖1所示。該類型冷卻器徑向尺寸相同，軸向長度為1500～2500mm，由端蓋、座、密封堵（材料均為35鋼）和四根φ14mm×2mm規格的1Cr18Ni9Ti不銹管焊接而成，工作壓力2MPa。35鋼座與1Cr18Ni9Ti鋼管采用手工氬弧焊焊接，焊絲為ER308。座與端蓋和密封堵采用半自動CO2焊接，焊絲為ER50—6。焊后進行4MPa水壓試驗，產品合格率僅為70%，漏水部位出現在座與管焊縫之間，只有極少數出現在端蓋與座焊縫之間，經返修處理后仍有20%不合格。

1.原因分析

（1）結構缺陷 第一，座內徑φ43mm，焊縫在座孔內，孔深25mm，焊接空間小，不便于焊接操作，易產生焊接缺陷。第二，冷卻管外徑與座內徑局部僅1mm間隙，焊接過程中焊絲不能伸達焊縫根部，使局部焊縫未熔合。第三，焊縫金屬填充少，產生虛焊現象。

（2）異種材質 35鋼與1Cr18Ni9Ti是兩種不同材質，當異種材料的熔化溫度、線膨脹系數、熱導率不同時，會造成較大的焊接殘余應力和變形，使焊縫區和熱影響區產生裂紋。

（3）保護氣體 焊接保護氣體純度太低，不符合要求，致使焊縫產生氣孔。

2.冷卻器結構、材料及焊接工藝的改進

（1）結構改進 將座與密封堵、端蓋改為一體，并將焊縫改在座的外側，如圖2所示。

（2）焊接工藝改進 冷卻器在工作中被固定在殼體內部，工作中所受力主要為管內部液體壓力，受力較小，為此我們采用火焰釬焊焊接座與管之間的焊縫。

（3）焊接工藝確定 第一，由于冷卻器較長，焊后兩端不可能同軸，安裝時難免要掰動兩端，為保證冷卻器在安裝使用過程中焊縫有足夠的強度，故釬料選用標準牌號BCu58ZnMn(料105)焊絲、φ3mm，釬劑選用硼砂與硼酸混合物。

第二，釬焊溫度：選定的釬料為銅基釬料和硼砂釬劑，銅基釬料的液相線為909℃，最終將釬焊溫度定為930～950℃。

第三，母材處理：將管焊接表面清理干凈，座的孔鉆成φ16mm，倒C3角，去除毛刺。

圖1 冷卻器結構

圖2 改進后冷卻器結構

第四，釬焊實施過程：焊縫在外側采用火焰釬焊的難點是四根管間隙小，圖3內側局部焊縫焊不到。為此我們先將三根管穿入座內，采用氧乙炔將焊接部位和焊絲預熱至850℃，焊接時選用中性焰，邊焊接邊蘸釬劑。焊好三根管后，再將第四根管兩端作好穿入座內深度標記，在標記兩側上端釬焊堆成厚4mm，長8mm環帶。然后將管插入座內蘸釬劑分別加熱兩端堆焊環帶使其熔化，從而將第四根管環焊縫焊好。

圖3 冷卻管內側焊縫示意

采用上述工藝方法，產品一次交檢合格率為90%。其余10%不合格出現的原因主要是在焊接第四根管和返修過程中因反復加熱，溫度過高，使不銹鋼管在熱影響區內產生了裂紋。

（4）改進冷卻管的材料 將冷卻管的材料改為純銅管，仍用上述改進工藝進行焊接，產品一次交檢合格率達到了96%。

3.結語

將冷卻器結構中座與密封堵、端蓋改為一體，減少兩道半自動CO2環焊縫，采用釬焊焊接座與冷卻管，焊縫成形良好，按圖樣規定進行水壓試驗，試驗壓力4MPa，產品一次交檢合格率達到了96%。冷卻器在采煤機一年大修期內仍能正常工作，從而證明上述改進措施是完全可行的，能夠滿足產品的質量要求。