冷卻器結(jié)構(gòu)及焊接工藝改進(jìn)

毛穎 呂鳳雷 陳玉環(huán)

我廠制造應(yīng)用于采煤機(jī)內(nèi)部的冷卻器，原結(jié)構(gòu)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(guī)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(dòng)CO2焊接，焊絲為ER50—6。焊后進(jìn)行4MPa水壓試驗(yàn)，產(chǎn)品合格率僅為70%，漏水部位出現(xiàn)在座與管焊縫之間，只有極少數(shù)出現(xiàn)在端蓋與座焊縫之間，經(jīng)返修處理后仍有20%不合格。

1.原因分析

（1）結(jié)構(gòu)缺陷 第一，座內(nèi)徑φ43mm，焊縫在座孔內(nèi)，孔深25mm，焊接空間小，不便于焊接操作，易產(chǎn)生焊接缺陷。第二，冷卻管外徑與座內(nèi)徑局部僅1mm間隙，焊接過程中焊絲不能伸達(dá)焊縫根部，使局部焊縫未熔合。第三，焊縫金屬填充少，產(chǎn)生虛焊現(xiàn)象。

（2）異種材質(zhì) 35鋼與1Cr18Ni9Ti是兩種不同材質(zhì)，當(dāng)異種材料的熔化溫度、線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率不同時(shí)，會(huì)造成較大的焊接殘余應(yīng)力和變形，使焊縫區(qū)和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。

（3）保護(hù)氣體 焊接保護(hù)氣體純度太低，不符合要求，致使焊縫產(chǎn)生氣孔。

2.冷卻器結(jié)構(gòu)、材料及焊接工藝的改進(jìn)

（1）結(jié)構(gòu)改進(jìn) 將座與密封堵、端蓋改為一體，并將焊縫改在座的外側(cè)，如圖2所示。

（2）焊接工藝改進(jìn) 冷卻器在工作中被固定在殼體內(nèi)部，工作中所受力主要為管內(nèi)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(shí)難免要掰動(dòng)兩端，為保證冷卻器在安裝使用過程中焊縫有足夠的強(qiáng)度，故釬料選用標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)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(jié)構(gòu)

圖2 改進(jìn)后冷卻器結(jié)構(gòu)

第四，釬焊實(shí)施過程：焊縫在外側(cè)采用火焰釬焊的難點(diǎn)是四根管間隙小，圖3內(nèi)側(cè)局部焊縫焊不到。為此我們先將三根管穿入座內(nèi)，采用氧乙炔將焊接部位和焊絲預(yù)熱至850℃，焊接時(shí)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(nèi)深度標(biāo)記，在標(biāo)記兩側(cè)上端釬焊堆成厚4mm，長8mm環(huán)帶。然后將管插入座內(nèi)蘸釬劑分別加熱兩端堆焊環(huán)帶使其熔化，從而將第四根管環(huán)焊縫焊好。

圖3 冷卻管內(nèi)側(cè)焊縫示意

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

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

3.結(jié)語

將冷卻器結(jié)構(gòu)中座與密封堵、端蓋改為一體，減少兩道半自動(dòng)CO2環(huán)焊縫，采用釬焊焊接座與冷卻管，焊縫成形良好，按圖樣規(guī)定進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力4MPa，產(chǎn)品一次交檢合格率達(dá)到了96%。冷卻器在采煤機(jī)一年大修期內(nèi)仍能正常工作，從而證明上述改進(jìn)措施是完全可行的，能夠滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。