多晶硅尾氣過濾器焊接變形控制

王杰

最近，我公司承接了8臺多晶硅尾氣過濾器。過濾器采用我公司專利技術高效離心管束式結構，100%移除φ10μm及其以上尺寸大小的固體顆粒，且分離入口到出口的壓降＜7kPa，能夠較好分離尾氣中的固體雜質，為尾氣回收利用提供了保證。產品的結構如圖1所示，產品技術參數如表1所示。由圖1可看出，設備由兩大部分組成，一個是內部分離內件旋風管組件，一個是容器外殼。因設備材質是316不銹鋼且壁薄，按照以往產品的制作經驗，一定會產生較大的焊接變形，為此，我們制定了以下一系列焊接變形控制方案。

1. 旋風管組件焊接變形控制

根據圖樣要求，旋風管組件上部管板焊接后的公差要求為3mm，管板材質為316不銹鋼，厚度6mm，且是單面焊。這種工況下，要想保證較好的平面度，需要從以下幾個方面進行控制。

第一，選用熱輸入量較小的氣體保護焊以及焊接參數，具體如表2所示。

第二，設計合理的焊接順序，減少熱量集中。將整個管板分為4個區，1區與2區對稱焊接，3區與4區對稱焊接，從內向外按照扇形輻射方式進行（見圖2）。

第三，背面浸入水中，邊焊接邊冷卻。由于設備較小，所以只需制作一個水槽灌滿水，將設備浸入水中，管板下表面剛好貼著水面（見圖3）。

通過以上方案的實施，焊接變形控制在了2mm之內，完全滿足了圖樣要求。

2. 容器筒體焊接變形的控制

圖1

表1 設計技術參數

表2 焊接參數

眾所周知，6 mm以下的不銹鋼焊接最容易出現變形。一旦控制不好，焊接變形會很大，如果返修，返修后的焊縫變形更大。我們以前做過類似的產品，在某些方面還有考慮不周到之處。主要表現在：旋風管組件與容器組裝焊接后，在焊縫處出現“束腰”現象；焊接后的接管管座高度尺寸變小超差。

（1）焊縫“束腰”現象的控制 本產品采用高效分離旋風管組件，內件管板與筒體組裝焊接后，極易產生“束腰”變形現象。

以前的設計，管板離筒體環縫只有50mm，邊緣剛性差，焊接后，管板外側的筒體出現收口現象，與封頭組對后，錯邊量超差嚴重。為了避免這種現象，在設計之初與客戶進行了有效溝通，設計管板離環縫邊緣達120mm，大大增加了筒體邊緣的剛性，減少端面收口變形問題（見圖4）。

控制旋風管組件管板與筒體的間隙，以能裝進為宜。為此，我們改變了制作順序，增加了筒體卷制焊接圓度公差的控制。以前我們產品是內件與容器一起下料分別制作，那樣就會造成裝配時管板與筒體的間隙過大，有時每側間隙能達到5mm，這么大的間隙焊接起來一定會出現嚴重收縮變形。這次的方案是，先卷制筒體，并嚴格要求筒體的圓度，圓度控制在0.5%以下。等筒體成形后，根據筒體的外圓周長計算出直徑，這樣旋風管組件的管板外徑就確定了，配合后的間隙每側控制在1mm之內。焊后，我們進行了管板處筒體直線度的測量，“束腰”變形≤1mm，很好地解決了該問題。

（2）焊接變形后接管尺寸變短的控制 由于筒體開孔較大，焊接接管后會產生較大的焊接變形，筒體會出現內凹現象，接管高度也會隨著變短，不能滿足圖樣公差要求。

接管裝配后先進行一層氬弧焊打底，這一層焊接后，測量接管處筒壁的變形情況，幾乎沒有。所有接管進行氬弧焊打底完成后，將容器內灌滿水，然后再進行接管焊縫的蓋面焊接。這樣，邊焊邊進行水冷卻，較好地減少了接管的焊接變形。焊接參數如表3所示，充水后的設備焊接如圖5所示。

接管雖然采取了背面冷卻焊接，但還會有一定的變形，為了滿足圖樣要求的尺寸，我們對設備接管增加了焊接工藝余量，根據以往的經驗，接管下料長度都增加了2mm。

圖2

圖3

圖4

圖5

表3 焊接參數

3. 結語

通過上述措施，不銹鋼變形得到了有效控制。上海客戶現場見證并測量了所有尺寸，均滿足圖樣及標準要求，檢驗一次通過，并對產品的制作質量給予了較高的評價。同時，也為我們以后制作同樣類型的產品積累了豐富的經驗，為同行業產品的制造提供了借鑒。