1、紫銅換熱器的焊接缺陷及焊接工藝優化摘要 分析研究紫銅換熱器的結構特點、性能、焊接缺陷與產生原因, 以及防止與消除其缺陷、優化制造施焊質量的工藝措施。為提高焊接一次合格率, 總結出若干優化措施及注意事項。紫銅換熱器的結構特點及焊接性分析工業生產設備中應用的銅及銅合金, 通常分為紫銅、黃銅、青銅和白銅四大類。紫銅是含銅量不低于99 5% 的工業純銅 , 廣泛用于制造電工器件、電線電纜、 熱交換器等。 紫銅有較高的加工硬化性能, 經過冷加工變形 , 強度可提高 1倍, 而塑性降低數倍。加工硬化后的紫銅可通過退火恢復其塑性, 退火溫度為550 660 。焊接結構一般采用軟態紫銅, 同時對紫銅的雜質含量

2、如氧、硫、鉛、鉍等控制在規定值以內。我國生產的工業用紫銅牌號有: 一號銅、二號銅、三號銅、四號銅( 1、2、3、4)以及無氧銅。紫銅的主要物理性能及力學性能見表1 。銅及銅合金的焊接性均較差, 接頭性能如力學性能、 導電性能及耐腐蝕性能均有所降低,焊接時低熔點合金元素蒸發, 氣孔敏感性較高 , 易產生裂紋、未焊透、未熔合等缺陷。制作設備用的紫銅焊縫及熱影響區晶粒易粗大, 接頭強度尤其是伸長率、冷彎角下降明顯。根據換熱器使用要求 , 必須保證各連接件的嚴密性與牢固性, 不得有過量變形及裂紋等缺陷, 否則將導致介質泄漏、加劇腐蝕等嚴重事故1 。2 換熱器制作的主要焊接工藝與優化對策列管式換熱器是化

3、工行業應用較多的設備之一。在某些強腐蝕性介質及惡劣的生產條件下, 過去大都采用不銹鋼等材料制造換熱器,事故率高 , 維修量大 , 使用壽命很短。 而紫銅換熱器由于其優良的性能, 大大提高了化工生產過程中的適應性與使用壽命。設備制造過程中, 焊接所占的比重較大, 過去多采用焊條電弧焊, 一是效率低 , 二是難以保證質量, 返修率高。實踐證明, 施工中采用改進后的不預熱單面焊雙面成形埋弧自動焊和焊條電弧焊結合的方法, 制造質量和效率可滿足要求。2 1換熱器的技術要求換熱器全部采用磷脫氧銅或2 紫銅制造 , 主體采用厚度8磷脫氧銅 ( ), 支座為厚度20 的 2 紫銅板 , 其他部位均采用一定規格

4、的紫銅板或紫銅管。換熱器結構示意圖如圖1 所示。設備結構要求焊縫強度不低于母材強度的85%,焊后無裂紋、氣孔、未焊透等缺陷, 焊后經0 15 水壓試驗不允許有滲漏現象。筒體及橢圓形封頭在制作過程中若銅板尺寸不夠, 可先進行平板拼接 , 然后再卷制或冷壓成形,焊接區不允許出現裂紋。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。2 2主要焊接工藝與優化措施2 2 1焊接方法及焊接材料的選擇銅板拼接、筒體縱縫和環縫采用不預熱單面焊雙面成形埋弧自動焊, 焊機為均勻調節式-1000 埋弧自動焊機 , 用 2( 1 亦可 ) 直徑 4 紫銅焊絲和 431焊劑。其他焊縫采用焊條電弧焊,焊機是 -500 直流焊機 , 銅 107焊條

5、 ( 焊芯為 2紫銅制造 )。222焊前準備及其組對1)坡口。埋弧自動焊筒節板對接采用形坡口, 坡口角度為 70° 90°,鈍邊 2 3 , 組對間隙 0 2 。焊條電弧焊采用雙面焊, 單形坡口 , 坡口角度 60°,鈍邊 4 5 。 2)引弧板和引出板的使用。主要用于預熱、防止焊縫熔合不好、反面焊不透以及防止收尾時銅水流失。 引弧板和引出板尺寸為100 ×100 , 厚 8 或 10 , 施工前與工件點固。 3) 工件的清理和定位焊。焊前銅板接縫的邊緣應仔細清除油污和氧化膜。平板拼接和筒體縱縫焊接 , 采用埋弧自動焊接定位 , 定位焊縫距離200 左右

6、 , 筒體環縫和局部地方組裝后 , 用銅 107 焊條電弧焊點固 , 點固前先預熱。4) 焊條電弧焊之前工件的預熱。焊前對工件進行預熱 , 可大大減少溫差和焊接應力, 保證焊接質量 , 板材越厚預熱溫度越高 ,預熱溫度針對板材狀況通常取450 750 ( 采用氧 - 乙炔焰加熱的方法 ) 。5)焊條焊劑的烘干及焊絲的清理。 銅 107 焊條使用前 , 應在 300左右烘干 1 , 焊絲在卷盤時 , 要清除油污和銹等臟物 2 。6) 反面襯墊。在焊縫反面襯上一層焊劑431, 焊劑襯墊厚度約 40 ,寬約 80 100 。 2 2 3焊接參數的確定埋弧自動焊焊接參數見表2, 焊絲直徑 4 , 不預

7、熱單面焊雙面成形。聞創溝燴鐺險愛氌譴凈。2 2 4埋弧自動焊技術要點1) 平板拼接。在工作臺上的焊劑墊上進行, 先將工件接口處對準焊劑墊中心放置, 將工件緊固在工作臺上, 然后施焊 , 焊后經冷壓成形和卷制。2)筒體縱縫的焊接。采用內焊法, 在筒體內部進行焊接, 其工藝與平板拼接相同。3) 筒體環縫的焊接。在筒體內、外采用托盤式焊劑襯墊及夾緊裝置, 可順利施焊和防止焊接過量變形。同時 , 焊接過程中 , 為了防止熔化的銅水和熔渣的流失, 影響焊縫成形 , 焊前將焊機機頭調到向前 30 左右 , 即采用下坡焊 , 轉胎以所需焊接速度旋轉, 機頭位置調好后不再移動3。2 2 5焊條電弧焊技術要點殘

8、騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。圖 2 換熱器管板接頭焊接順序1) 各接管部位的焊接。 采用自制三頭氧 - 乙炔焰大烤把 , 這種烤把不僅縮短了預熱時間 ,而且加熱點距離操作者較遠, 改善了勞動條件。 2) 支座的焊接。由于銅板厚度較大,先采用烘爐和氧 - 乙炔焰相結合的方法預熱 , 再予以正式焊接。3) 換熱管與管板的焊接。銅管與管板接頭連接一般用貼脹后焊接。貼脹脹緊率控制在 3% 5%, 此外 , 焊接過程中需防止產生過量變形及泄漏問題。施焊時以管板中心為基準, 兼顧各個方向劃分幾個區域,如、區 , 然后按分區 ( 由中心向四周輻向向外焊接,并盡量注意各向的對稱性與平衡性 ) 進行焊接。 這樣管板不易

9、因焊接而發生凸或凹變形。焊接順序如圖 2所示(先焊 112 管板接頭 , 再按分區施焊 ) 。2.3其他有關注意事項 1) 埋弧焊接應選用氧化性較低及氟化物較低的焊劑;無氧氟化物焊劑可獲得導電性、導熱性與母材相同的焊縫。2)為了細化接頭晶粒度, 改善接頭的力學性能 , 對受力件或較重要的銅設備必須采用焊后錘擊以及后熱處理等工藝措施。3)若選用鎢極氬弧焊 ( 目前國內應用亦較多), 一定注意保護氣體的流量與壓力, 尤其要重視焊縫背面的保護效果。 4) 焊前通常應預熱( 埋弧焊熱量較大 ,焊件較薄時可以不預熱),預熱溫度及范圍要根據試驗結果予以確定, 通常控制在200 450為宜。 5) 缺陷返修

10、次數要控制, 同一部位一般不得超過 2 次 ,否則要經過技術總負責人同意, 且采用更加嚴格的工藝措施, 才可進行焊補。 6) 銅的導熱性好 , 一般需要大功率、高能量的焊接方法。焊接純銅時, 應選用較大的焊接電流和較高的電弧電壓, 以獲得有利的焊縫系數。7)在選用填充焊絲時, 要充分考慮基本金屬的牌號、板材厚度、設備結構及施工條件等因素,通常采用與母材類型相同的焊絲。 8)對于異種銅材的焊接 , 應盡量減少基材的熔化量, 亦可以采用接頭在低熔點工作一側形成熔焊過程 , 而在高熔點一側形成釬焊過程的特殊工藝4。3換熱器焊縫檢驗為保證換熱器焊接質量如純銅和脫氧銅的含氧量必須控制在0 06%害雜質應控制在最低限度。試驗及生產實踐表明效果。設備主要焊接質量和檢驗結果見表3(, 所用母材與焊材質是必須達到規定要求以下