朱加強

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控制風(fēng)機葉輪焊接變形及裂紋的工藝措施

朱加強

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葉輪焊接后產(chǎn)生的變形不利于其平衡、強度。因存在焊接應(yīng)力會產(chǎn)生變形，還需手工修形，工作量大。葉輪焊接變形主要與材料（碳素鋼、普通低合金鋼、中碳調(diào)質(zhì)鋼等）、料厚、焊接電流、工藝方法等有關(guān)。葉輪焊接變形分為焊接過程中變形和焊后變形（即焊接殘余變形），其中焊接殘余變形包括縱向收縮變形、橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、葉片扭曲變形、前盤邊緣波浪變形等。葉輪的變形主要是輪蓋外圓呈波浪形。引起變形的原因是薄板焊接后存在于板中的內(nèi)應(yīng)力，在焊道附近是拉應(yīng)力，離開焊道較遠的兩側(cè)區(qū)域是正應(yīng)力，如拉應(yīng)力與壓力正應(yīng)力之間的差值較大，平板失去穩(wěn)定，就發(fā)生波浪變形。

1 防止葉輪焊接過程變形的工藝措施

1.1 焊條的烘干

為了提高焊接質(zhì)量、減少焊渣飛濺，使電弧能夠穩(wěn)定燃燒，防止焊中和焊后產(chǎn)生氣孔和裂紋，要求焊前烘干焊條。常用的烘干方法見表1。

1.2 焊條直徑的選用原則

對根部不要求完全均勻焊透的開Ⅰ形坡口焊接，T形接和背面清根封底焊的對接焊縫（2條），焊條直徑可根據(jù)焊件厚度進行選用（見表2），如葉片與后盤、輪蓋的T形接焊縫。如果焊條直徑選用不合理，容易產(chǎn)生變形、開裂。

表2 焊件厚度與所選用焊條直徑的關(guān)系

1.3 焊接電流的選用原則

焊接電流太大時，焊條尾部易發(fā)紅，部分藥皮的涂層脫落，易產(chǎn)生氣孔，降低焊接機械強度，導(dǎo)致咬邊、燒穿等焊接缺陷，且焊渣飛濺增多，影響焊道外觀質(zhì)量；還會使接頭熱影響區(qū)晶粒粗大，焊接接頭的塑性下降，尤其對焊件材料16Mn和1Cr18Ni9Ti的影響更加明顯。

焊接電流偏小時，會造成焊縫未焊透、未熔合、夾渣等缺陷，且焊接速度降低。因此，選用焊接電流時，首先在保證焊接質(zhì)量前提下，應(yīng)盡量選用較大的電流，以提高焊接速度。根據(jù)焊條直徑選用焊接電流的原則見表3。

表3 根據(jù)焊條直徑選用焊接電流的原則

根據(jù)板厚、焊接位置適當(dāng)調(diào)整焊接電流。焊件越厚焊接熱量失散得越快，故焊接較厚的焊件時，應(yīng)選用表3中焊接電流的上限值；立、仰、橫焊焊件時，應(yīng)選用表3中焊接電流的下限值，根據(jù)實踐摸索，一般其焊接電流比平焊小10%左右；焊接奧氏體不銹鋼焊件時，為防止不銹鋼焊條藥皮發(fā)紅開裂和降低晶粒之間腐蝕，其焊接電流應(yīng)比同直徑的碳鋼焊條降低20%左右，因為不銹鋼焊條電阻小，易發(fā)紅。

1.4 焊接葉輪

先將葉片點焊在葉輪后盤上，再將輪蓋放在葉片上找正、點焊固定，然后把葉輪裝夾在焊接變位機上施焊。先從內(nèi)圓向外圓對葉片施焊，再對稱施焊另一葉片，先焊葉片與后盤的焊道，再焊葉片與前盤的焊道，可減少或避免焊件在焊接過程中變形。

2 防止葉輪焊接后變形和裂紋的工藝措施

上述方法可有效減小葉輪焊接變形，但焊件內(nèi)部還有一部分殘余內(nèi)應(yīng)力，焊件長時間放置時，因內(nèi)應(yīng)力的存在會使焊件產(chǎn)生焊后變形。防止葉輪焊接后變形方法很多，采用比較實用的方法可使葉輪焊接變形量降至最小。

（1）對焊件進行振動時效處理。通過振動時效設(shè)備，使被處理的焊件產(chǎn)生共振，并通過這種方式將一定的振動能量傳遞到焊件的所有部位，使焊件內(nèi)部發(fā)生微觀的塑性變形，被歪曲的晶格逐漸恢復(fù)平衡狀態(tài)、錯位重新滑移，從而使工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力得以消除和均化，最終達到防止工件在焊后變形和開裂的目的。振動時效處理是國內(nèi)比較新的一種工藝手段，此方法不僅可以消除內(nèi)應(yīng)力，而且可使微觀缺陷暴露出來，再通過探傷即可查出裂紋所在。

（2）利用高溫回火消除殘余應(yīng)力。將焊件入爐加熱至一定溫度并保溫一段時間后再冷卻。同一種材料，回火溫度越高、時間越長，殘余應(yīng)力就消除越徹底。通過整體高溫回火可將85%～95%的殘余應(yīng)力消除掉。碳鋼及低中合金鋼的回火溫度為580～680℃，奧氏體鋼的回火溫度為850～1050℃。回火時間隨工件厚度而定，一般在0.5～3.0h，因為殘余應(yīng)力消除時間越長，生產(chǎn)效率越低，所以過長的處理時間是不必要的。

（3）利用手工錘擊矯正焊接殘余變形。這種方法適合于薄板波浪變形，特別是小型風(fēng)機葉輪，焊后外邊緣發(fā)生波浪變形，利用手工沿半徑方向由里向外錘擊，使之塑性伸長，可消除焊后內(nèi)應(yīng)力。

（4）利用火焰矯正焊接殘余變形。對一些大型風(fēng)機葉輪用其他方法無法解決時，采用的一種有效方法是利用火焰對焊件進行局部加熱時產(chǎn)生的塑性變形使金屬在冷卻后收縮，以達到矯正變形目的。加熱火焰常采用火焰性質(zhì)為中性焰的氧乙炔焰；如果加熱深度小時，可采用氧化焰。對于低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，加熱溫度為600～800℃時火焰呈櫻桃紅色。火焰加熱方法有點狀、線狀和三角形，其中三角形加熱適用于厚度大、剛性強的焊件。加熱部位應(yīng)該是焊件的凸處而不是凹處，否則變形將越矯越嚴(yán)重。矯正薄板結(jié)構(gòu)焊件變形時，為了提高矯正效果，可在加熱處同時用水急冷；但對于厚度較厚而又有淬硬傾向的鋼材焊件，不可采用此法。

3 結(jié)語

上述方法主要是針對手工電弧焊，防止葉輪焊接變形和裂紋的方法有CO2氣體保護焊、氬弧焊等，這2種工藝操作技術(shù)條件較高，由于山東現(xiàn)代萊恩空調(diào)設(shè)備有限公司條件限制很少使用。

2014-12-24）