電子膨脹閥殼體焊接工藝研究

摘要：對(duì)某電子膨脹閥殼體結(jié)構(gòu)及材料特性進(jìn)行了分析，確定了焊接方式。對(duì)平板樣件采用不同的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接，通過金相檢查、焊縫深寬比測(cè)量、強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)等，確定了最佳工藝參數(shù)。將驗(yàn)證結(jié)果應(yīng)用于產(chǎn)品試焊，焊接效果良好，滿足產(chǎn)品外觀、強(qiáng)度、壓力試驗(yàn)方面的要求。

關(guān)鍵詞：電子膨脹閥;結(jié)構(gòu);焊接工藝;參數(shù)驗(yàn)證

0 引言

電子膨脹閥是機(jī)載蒸發(fā)循環(huán)制冷裝置熱控制系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)流元件，其工作性能直接影響系統(tǒng)制冷量的調(diào)節(jié)。在電子膨脹閥的制造過程中，殼體焊接是其中的關(guān)鍵工藝之一。電子膨脹閥殼體的焊接，除了需要滿足足夠的焊接強(qiáng)度、密封性要求外，還需要對(duì)焊接深度、寬度進(jìn)行嚴(yán)格控制，以免對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部其余部件造成損傷。因此，研究殼體焊接工藝尤為必要。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及材料

1.1? ? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

電子膨脹閥結(jié)構(gòu)及焊接位置示意圖如圖1所示。電子膨脹閥尾部電連接器與殼體為止口配合，需要在整機(jī)完成裝調(diào)后，將兩個(gè)配合面焊接在一起。

1.2? ? 材料及焊接要求

對(duì)應(yīng)焊接的零件分別為機(jī)殼、插座殼體，兩者焊接面材料均為1Cr18Ni9Ti，接縫深度為3.8 mm，焊接寬度不大于3 mm。要求焊縫符合《鋼件硬釬焊技術(shù)要求》（QJ 1156B—2014）中的Ⅱ級(jí)焊接接頭要求，并能承受3 MPa壓力而不發(fā)生泄漏，焊接強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度的90%，且焊接時(shí)不能損傷插座密封性能及產(chǎn)品絕緣性能。

1.3? ? 材料特性分析

1Cr18Ni9Ti為奧氏體不銹鋼，其以優(yōu)良的抗腐蝕、耐高溫和綜合力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工、核電等行業(yè)的結(jié)構(gòu)零件中。1Crl8Ni9Ti含有大量的鉻和鎳等合金元素，常溫下為奧氏體組織，焊接性能較好，可與同種材料、銅材、鎳基高溫合金等較好地焊接在一起。

2 樣件焊接驗(yàn)證

2.1? ? 電子束焊接簡(jiǎn)介

電子膨脹閥的焊接選用電子束焊接（EBW）方式。EBW是利用高速電子束撞擊工件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的一種熔化焊方法。該方法不使用保護(hù)氣體，也不施加外部壓力。電子束的功率密度可達(dá)105～107 W/cm2，焊接功率為1～40 kW。

EBW的主要優(yōu)點(diǎn)是具有巨大的熔透能力。電子束轟擊到母材表面時(shí)，以極高的速度沖擊工件表面，在到達(dá)較淺的深度時(shí)，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽构ぜ軟_擊的部位溫度劇烈升高（局部可達(dá)13 000 ℃）。持續(xù)的電子轟擊使該部位熔化并產(chǎn)生金屬蒸汽，電子束在金屬蒸汽中的運(yùn)動(dòng)要比在堅(jiān)硬金屬中容易得多，這使得后續(xù)電子束穿透到更大的深度。因此，電子束焊接的焊縫深寬比可超過20：1，超過現(xiàn)有其他任何焊接方式。針對(duì)工件而言，在焊接深度一定的前提下，電子束焊接具有最小的熱影響區(qū)，對(duì)非焊接部位影響最小。

2.2? ? 焊接參數(shù)驗(yàn)證

2.2.1? ? 驗(yàn)證方案

采用δ（厚度）=6 mm×40 mm×120 mm的1Cr18Ni9Ti板依次焊接6條焊縫。焊接時(shí)采用不同的焊接參數(shù)，然后分別截取金相試樣件，利用金相試樣檢查焊縫寬度、深度，選擇焊接深度滿足要求、熱輸入最小的參數(shù)作為產(chǎn)品焊接參數(shù)。

2.2.2? ? 焊接

將焊接樣件用拋光砂紙打磨光滑，并用無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗，然后放入MEDARD43型真空電子束焊接機(jī)，分別按表1所示的參數(shù)焊接樣件。加速電壓根據(jù)設(shè)備及經(jīng)驗(yàn)選取，取相對(duì)較高的加速電壓（60 kV），保證焊縫具有較大的深寬比。聚焦電流在加速電壓確定的情況下，調(diào)節(jié)至光斑最小并對(duì)準(zhǔn)焊縫。

2.2.3? ? 金相檢查

采用線切割的方式垂直焊縫切開。切割面用金相砂紙打磨，打磨后用王水腐蝕，再用金相顯微鏡觀察焊縫處。處理后的焊縫區(qū)與過渡區(qū)有較為明顯的分界，且焊縫呈典型的“釘子狀”，可觀察到焊縫深度、寬度。測(cè)得的焊縫1～焊縫6的深度、寬度數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2可以看出，在焊接速度不變的情況下，束流增加，可顯著提高熔深;在束流值一定的情況下，降低焊接速度（即增加單位焊接時(shí)間），焊深增加不多，焊寬增加相對(duì)較多，深寬比下降。焊縫4焊接深度剛好滿足要求，且深寬比較好，在相近焊接深度的前提下，熱量輸入最少，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷的可能性最小。因此，擬定焊縫4的焊接參數(shù)作為產(chǎn)品焊接參數(shù)。

2.3? ? 拉伸試驗(yàn)

同時(shí)采用同批次材料加工的同樣尺寸的整體式拉伸試樣，對(duì)兩者進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，焊接試樣的抗拉強(qiáng)度為513 MPa，母材強(qiáng)度為545 MPa，焊接強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的94%，滿足焊接強(qiáng)度大于母材強(qiáng)度90%的要求。

2.4? ? 產(chǎn)品焊接及檢測(cè)

經(jīng)過以上驗(yàn)證，我們對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了焊接，焊縫形貌如圖2所示。

產(chǎn)品的檢測(cè)項(xiàng)目包括：（1）外觀檢查：焊點(diǎn)連續(xù)、光亮，無(wú)砂眼、裂紋。（2）耐壓測(cè)試：對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行3 MPa、5 min的耐壓試驗(yàn)，產(chǎn)品無(wú)泄漏，滿足要求。（3）產(chǎn)品性能測(cè)試：對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行通電測(cè)試，絕緣及內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)焊接材料的特性分析、工藝參數(shù)的對(duì)比驗(yàn)證、焊縫深寬比的測(cè)量、焊縫拉伸強(qiáng)度測(cè)試、金相檢查等，有效地解決了產(chǎn)品的焊接問題，產(chǎn)品得以順利生產(chǎn);掌握了相應(yīng)的技術(shù)和方法，為后續(xù)類似產(chǎn)品的研制生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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收稿日期：2020-05-26

作者簡(jiǎn)介：張錦（1984—），男，湖北監(jiān)利人，工程師，研究方向：電機(jī)與機(jī)電系統(tǒng)工藝技術(shù)。