裝磷罐體焊接工藝技術(shù)研究

劉洪濤+張王生+崔英群+史曉峰

摘 要：裝磷罐體是薄壁類罐裝結(jié)構(gòu)角焊縫，采用CO2氣體保護(hù)焊的焊接工藝，本文針對(duì)引起焊接結(jié)構(gòu)失效的焊接裂紋、氣孔和焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變等主要原因展開焊接工藝技術(shù)的研究，通過優(yōu)化工藝，嚴(yán)格控制焊接過程質(zhì)量和結(jié)合行之有效的措施，解決失效問題。

關(guān)鍵詞：CO2氣體保護(hù)焊；MAG焊；焊接缺陷；工藝分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.033

0 前言

本研究重點(diǎn)闡述裝磷罐體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、焊接工藝流程、控制焊接缺陷及焊接變形的方法與措施及相關(guān)加工工藝。

1 零件結(jié)構(gòu)的特性與焊接工藝現(xiàn)狀調(diào)查

（1）焊接結(jié)構(gòu)技術(shù)要求。磷管焊接應(yīng)牢固，焊縫不準(zhǔn)有氣孔、夾渣、未焊透、接頭不良和表面裂紋等缺陷；磷管進(jìn)行密封性檢驗(yàn)，經(jīng)氣壓為0.4Mpa，持續(xù)時(shí)間30S不得漏氣；螺紋部位不得有變形和大的磕碰，焊接后要求用螺紋規(guī)檢驗(yàn)。

（2）零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。裝磷罐體由螺套、內(nèi)管和外管三個(gè)零件組成，通過兩條環(huán)形焊縫連接為一個(gè)整體，其中一條是內(nèi)管與螺套角接環(huán)焊縫，另一條是外管與螺套角接環(huán)焊縫。螺套采用35#結(jié)構(gòu)鋼，內(nèi)外管采用20#結(jié)構(gòu)鋼。

（3）焊接工藝現(xiàn)狀調(diào)查。通過連續(xù)生產(chǎn)年度的焊接工藝分析在焊接過程中容易出現(xiàn)的一些結(jié)構(gòu)失效問題，如氣孔和裂紋，直接導(dǎo)致產(chǎn)品密封性檢驗(yàn)不合格。裝磷罐體的零部件連接方法是光絲CO2氣體保護(hù)焊，該加工方法容易引起焊接結(jié)構(gòu)失效的形式主要有以下六種：焊接裂紋、焊縫中的夾雜和氣孔、焊接接頭的腐蝕及泄露、焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形、焊接結(jié)構(gòu)的脆性破壞和焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。

由表1可以看出，對(duì)于引起裝磷罐體焊接結(jié)構(gòu)失效的主要原因是焊接裂紋、氣孔和焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形。通過分析，明顯可以看到裝磷罐體焊接后氣密性檢驗(yàn)不合格，主要是由焊接氣孔和焊縫中的結(jié)晶裂紋造成的，如能通過焊接工藝技術(shù)解決這兩個(gè)問題，就能實(shí)現(xiàn)氣密性檢驗(yàn)合格率達(dá)到90%以上；螺紋檢驗(yàn)合格率低的原因是由焊接變形引起的，焊接生產(chǎn)中的焊接變形問題是一個(gè)無法回避的問題，我們只能從減小或相對(duì)消除其變形量方面來解決這個(gè)問題。

2 焊接結(jié)構(gòu)失效原因分析

（1）螺紋變形問題分析。變形是焊接冷熱交替產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力造成的應(yīng)力應(yīng)變，該零件螺紋變形問題也是這種情況造成的。我們焊接工藝一般采用反變形法和剛性固定法來解決焊接變形問題。按現(xiàn)狀調(diào)查情況得出的結(jié)論一是沒有采用有效的反變形法，二是冷卻速度快，內(nèi)應(yīng)力大，三是剛性固定夾具有很大的間隙。

（2）密封問題分析。CO2氣體中含H2O量大，是直接造成氫氣孔重要因素之一；在焊接生產(chǎn)中，焊槍噴嘴距離工件的距離過高，其相對(duì)角度不能有效進(jìn)入氣體形成保護(hù)，保護(hù)氣體不能形成保護(hù)層，空氣中含有的H2O就會(huì)進(jìn)入，從而在焊縫的表面及其內(nèi)部形成大量的氫氣孔。

在冶金因素中，磷是提高工件結(jié)晶裂紋敏感性的主要元素之一，而裝磷管罐體在焊接前，各零部件為了周轉(zhuǎn)過程中防銹，都進(jìn)行了表面磷化處理。表面磷沒有處理干凈就開始焊接，很容易形成熱裂紋。

3 焊接過程的質(zhì)量控制

（1）防止焊接變形的途徑和措施。防止焊接變形的途徑：一是設(shè)計(jì)焊接夾具，二是采用反變形法，三是盡量減小焊接線能量的輸入。由于是殼體類零件，采用內(nèi)支撐夾具很困難。其采用的措施首先應(yīng)對(duì)零件進(jìn)行定位，減小間隙量，增加剛性；其次是在車螺紋時(shí)將螺紋的尺寸公差控制在下線范圍，給焊接變形留一個(gè)相對(duì)變形空間，通過反變形法減小變形；然后是減小焊接線能量，但應(yīng)考慮焊縫氣孔的逸出問題，在兩者之間找到平衡點(diǎn)。

（2）防止焊縫氣孔的途徑和措施。防止焊縫氣孔的途徑就是限制氫、氧、氮等有害氣體的來源，特別是氫的來源。措施是對(duì)所有使用的焊接材料要求嚴(yán)格限制含水量，焊前進(jìn)行酸洗、打磨和清洗，并保持干燥。焊接時(shí)掌握好焊接線能量的輸入，在不引起過大變形和晶粒長(zhǎng)大的前提下，適當(dāng)延長(zhǎng)熔池存在的時(shí)間，以有利于氣泡浮出熔池。

（3）防止熱裂紋的途徑和措施。防止熱裂紋的途徑就是控制硫、磷的含量。因原材料采用軍工級(jí)優(yōu)質(zhì)母材，所以對(duì)硫、磷的含量要求控制的很低。產(chǎn)生熱裂紋的磷主要來源與磷化層的磷含量。措施就是焊接前將焊接部位處理干凈，焊接后應(yīng)緩慢冷卻。

4 焊前準(zhǔn)備和焊接工藝

（1）焊前準(zhǔn)備。采用Φ1.2mm的H08Mn2SiA焊絲，焊前烘干2小時(shí)，烘干溫度為80℃～150℃；焊接方法MAG焊，保護(hù)氣體為80% CO2 +20Ar，新購(gòu)進(jìn)的瓶裝氣體倒置1～2小時(shí)后使用，使用到表壓0.5MPa時(shí)應(yīng)停止使用；焊前清理，螺套、內(nèi)、外管應(yīng)將焊接部位的磷化層用鋼絲輪打磨干凈，露出金屬光澤。

（2）焊接工藝。焊接工藝流程：零件準(zhǔn)備 、打磨 、裝機(jī)定位 、焊接 、 緩冷處理 、檢驗(yàn)。焊接工藝參數(shù)：選用MAG焊（焊絲牌號(hào)CHW-50C2），焊絲直徑：1.2（ φ/mm），焊接電流：170～240（I/A），焊接電壓：20～30（U/V），氣體流量：15～20（Q/L·min-1），焊接速度：20～40（v/cm·min-1），電弧長(zhǎng)度： 4～5mm。

5 結(jié)論

目前采用的焊接工藝方法、鑒別結(jié)構(gòu)失效類型的技術(shù)、檢測(cè)及監(jiān)控失效的手段、改進(jìn)與預(yù)防失效的措施等與國(guó)內(nèi)同行業(yè)相比還很落后，所以我們要不斷創(chuàng)新與完善，加快現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展步伐。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：劉洪濤（1978-），男，內(nèi)蒙古海拉爾人，大專，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)。endprint