T2銅管與T2銅鋼復(fù)合板脹焊的焊接質(zhì)量控制

隴忠云 李東濤 袁耀剛 陳景愛(ài)

摘? 要：文章講述了T2銅管與T2銅鋼復(fù)合板脹焊過(guò)程關(guān)鍵控制點(diǎn)。針對(duì)管殼式換熱器管板脹焊連接結(jié)構(gòu)，提出了關(guān)鍵控制要求，并從脹接結(jié)構(gòu)密封原理、焊前清理、焊接間隙和環(huán)境影響、設(shè)備的調(diào)整方面重點(diǎn)提出控制要求和措施。

關(guān)鍵詞：脹焊;T2銅管和銅鋼復(fù)合板;管殼式換熱器;脹焊焊接質(zhì)量控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）34-0102-02

Abstract： This paper describes the key control points in the expansion welding process of T2 copper tubes and T2 copper-steel composite plates. Aiming at the expansion welding connection structure of the tube and shell heat exchanger， key control requirements are put forward， and the control requirements and measures are mainly put forward from the aspects of sealing principle of expansion structure， cleaning before welding， welding gap and environmental impact， and adjustment of equipment.

Keywords： expansion welding; T2 copper tube and copper-steel composite plate; tube and shell heat exchanger; quality control of expansion welding

引言

高容量中央空調(diào)的兩個(gè)組件，即水冷水和水源熱泵單元，通常是殼管式熱交換器。具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性的銅熱交換管優(yōu)選用于制冷系統(tǒng)的管殼式熱交換器。在制冷工業(yè)中，銅管和管板之間的連接主要是機(jī)械膨脹。然而，為了滿足諸如船舶和核能等苛刻的領(lǐng)域，既需要高密封性能，強(qiáng)大的振動(dòng)或疲勞載荷，又需要防止縫隙腐蝕[1]。因此，膨脹焊接和連接結(jié)構(gòu)是管道和管板之間的主流連接。本文所闡述的主要為復(fù)合管板與T2管子的脹焊連接：T2管子與T2+鋼的復(fù)合板脹焊，銅管與復(fù)合管板的連接采用先焊后脹的方式。其脹焊結(jié)構(gòu)形式如下圖1所示。為了獲得良好的脹焊接頭，保證空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量，需對(duì)銅管的脹焊過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制。以下就自動(dòng)脈沖氬氟焊脹焊過(guò)程關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)介，供同行參考。

1 焊前清潔度控制

焊接前清理：換熱器管子與管板焊接時(shí)， 焊前的清理工作至關(guān)重要，施焊過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，一旦管子管板內(nèi)有銹蝕、油污、水分或其他臟物存在，就極易形成皮下氣孔。大多數(shù)的氣孔開(kāi)口較大、深度深，給修補(bǔ)帶來(lái)一定的難度。

對(duì)策：焊接前，管板可進(jìn)行脫脂清洗，徹底清除，表面油污、雜質(zhì)。清洗后用壓縮空氣吹掃，用白色無(wú)紡布擦拭，白色無(wú)紡布無(wú)變色為合格。

2 焊接間隙控制

T2紫銅具有優(yōu)良的在20°C時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)是鐵的7倍，在1000°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)是鐵的11倍。但是，由于其高導(dǎo)熱性，如果銅焊接工藝與低碳鋼焊接工藝相似，熱量將迅速移出加熱區(qū)域。較大的間隙使熔池中的金屬在結(jié)晶過(guò)程中更易于破裂，缺乏熔融且滲透率較低。同時(shí)還有可能導(dǎo)致前端脹接區(qū)母材氧化、影響脹接質(zhì)量，故換熱器管子管板采用焊接+強(qiáng)度脹的密封結(jié)構(gòu)，對(duì)焊接間隙的控制非常重要。

對(duì)策：采用貼脹的方式減小或消除管子與管板的間隙，調(diào)節(jié)脹管器長(zhǎng)度，貼脹脹管器長(zhǎng)度為非焊接面保留管板厚度減3mm，減薄率控制2%左右， 為防止脹接過(guò)程脹管潤(rùn)滑油污染管孔，選用無(wú)粘稠度的脹接揮發(fā)油進(jìn)行貼脹。

3 焊接環(huán)境、設(shè)備調(diào)整、氣體流量、鎢針磨削等控制

焊接環(huán)境的風(fēng)速過(guò)大，焊接過(guò)程中會(huì)損失保護(hù)氣體，從而減少了保護(hù)氣體的流量，使電弧不穩(wěn)定，容易與空氣混合并失去保護(hù)作用，導(dǎo)致焊縫表面變黑或失去金屬光澤。有時(shí)會(huì)燒壞鎢電極，影響正常焊接。在同一焊接過(guò)程中，調(diào)整和偏移鎢針的角度，或者在沒(méi)有氣體保護(hù)的情況下排出氣體，在爆炸過(guò)程中會(huì)濺出焊池的金屬，并且鎢電極會(huì)燃燒，從而影響焊接。但是，如果保護(hù)氣體的流量過(guò)大，則氣體壓力沖擊的排斥作用會(huì)干擾保護(hù)空氣的流動(dòng)，并且保護(hù)氣體不能形成層流，因此不能獲得良好的保護(hù)效果。所以焊接環(huán)境、氣體流量及設(shè)備調(diào)整至關(guān)重要，必須嚴(yán)格控制，以下是生產(chǎn)中取得的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)供同行參考。

3.1 焊接環(huán)境

（1）焊接區(qū)風(fēng)速小于1m/s。

（2）不允許風(fēng)扇吹焊接區(qū)域，手感有風(fēng)或焊縫出現(xiàn)氣孔時(shí)，需停止焊接，查找原因。

3.2 設(shè)備調(diào)整

（1）調(diào)整焊槍鎢極位置，使焊接電弧位于管板與換熱管交界處。

（2）鎢極有燒損應(yīng)及時(shí)更換。

3.3 保護(hù)氣更換

（1）焊接保護(hù)氣流量計(jì)必須豎直向上。

（2）保護(hù)氣壓力小于1.0MPa時(shí)，必須立即更換。

3.4 鎢針磨削與更換

磨削鎢極時(shí)不能使用磨削的紋路呈螺旋狀，應(yīng)該是延母線方向;磨削的角度a需根據(jù)焊接電流大小而改變;鎢極尖端應(yīng)根據(jù)焊接電流的大小不同磨出一個(gè)直徑d為0.2-0.8的平臺(tái)。鎢針磨削要求，當(dāng)鎢針尖端燒損、有母材殘留時(shí)，必須及時(shí)更換，焊接過(guò)程中，觀察鎢針情況，至多焊接5個(gè)管孔時(shí)，須觀察1次。

4 脹焊順序

如果傳熱管與管板之間的連接采用膨脹焊接結(jié)構(gòu)，則膨脹焊接的順序?qū)附淤|(zhì)量有很大的影響。經(jīng)驗(yàn)表明，焊接溫度場(chǎng)在首先擴(kuò)展然后焊接時(shí)會(huì)影響擴(kuò)展區(qū)域。在作用下，它將導(dǎo)致擴(kuò)展區(qū)松弛。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)151-1999“管殼式換熱器”，保留15mm的非擴(kuò)展區(qū)域，以減少焊接和擴(kuò)展的影響。但是，由于焊縫在15mm處閉合，加熱后該空間中的灰塵和氣體會(huì)迅速膨脹，并且沒(méi)有平滑的排放路徑，因此當(dāng)氣壓達(dá)到一定極限時(shí)，會(huì)爆炸性地排放到熔池中。這會(huì)在焊縫中形成一個(gè)通孔，由于缺乏壓力，焊縫中會(huì)殘留一些殘留物，從而形成皮下孔[2]。爆炸期間，焊池中的金屬經(jīng)常會(huì)飛濺，導(dǎo)致鎢電極燒壞并影響焊接。相反，如果先焊接然后擴(kuò)展，則發(fā)生上述現(xiàn)象的可能性非常低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，前者毛孔的可能性是后者的40-60倍。另外，先膨脹后焊接的管的應(yīng)力分布在焊接后更為復(fù)雜，但是在焊接前膨脹時(shí)，焊接應(yīng)力相對(duì)穩(wěn)定。為了確保熱交換器的整體質(zhì)量，即使考慮減少焊縫的孔隙率和焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)，也應(yīng)首先進(jìn)行膨脹焊接和結(jié)構(gòu)化管材和管板的焊接。

5 焊后脹接長(zhǎng)度調(diào)整（見(jiàn)圖4）

6 銅管與管板的脹接原理

銅管與管板脹接后，銅管發(fā)生塑性變形，管板孔產(chǎn)生微量回彈，而在銅管與管孔內(nèi)壁貼合處形成接觸面間的殘余應(yīng)力。脹接接頭直接影響這中央空調(diào)機(jī)組的使用和壽命，有效脹接長(zhǎng)度決定拉脫力大小直接反映其承受溫差及壓差應(yīng)力能力，其接觸面間的貼合程度直接決定其密封性能[3]。本文所述的脹接長(zhǎng)度以管板厚度為基準(zhǔn)，管板厚度兩端各減3mm， 脹管器的調(diào)整。因管板前端已焊接，焊縫受外力擠壓會(huì)導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂影響焊縫質(zhì)量，同時(shí)焊縫成形不規(guī)則、不水平，脹接時(shí)影響整個(gè)脹接面受力均勻性，故脹接時(shí)前端減3mm只為避開(kāi)焊縫;可選用帶槽脹管器脹接，管板后端減3mm是為避免出現(xiàn)過(guò)脹，管孔端部與銅管相切，損傷銅管。

7 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐證明，T2銅管與T2銅鋼復(fù)合板的焊接，采用鎢極氬-氦混合氣體保護(hù)焊，焊前清潔度和焊接間隙的控制， 都是換熱器管子管板焊接的重要工藝參數(shù)， 它們直接影響著焊接質(zhì)量。焊接環(huán)境、設(shè)備調(diào)整、氣體流量、鎢針磨削是影響焊縫的直接因素，不及時(shí)調(diào)整、形成點(diǎn)檢，焊接過(guò)程將造成批量性焊接異常，甚至導(dǎo)致焊縫無(wú)法返修、機(jī)組報(bào)廢，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于膨脹和焊接的熱交換器，膨脹和焊接的順序?qū)附咏宇^的質(zhì)量有重大影響。焊后膨脹不僅減少了焊接缺陷的發(fā)生，而且還確保了焊接接頭具有良好的應(yīng)力分布[4]。使用本文提出的控制方法和工藝措施，可以保證膨脹焊接結(jié)構(gòu)熱交換器的質(zhì)量，并滿足管殼式熱交換器的安全性和長(zhǎng)期使用要求。

參考文獻(xiàn)：

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