新型冲压焊接工艺在深井泵中的应用

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【摘 要】随着工业、制造业的快速发展，以及国家对民生水利工程的大力投入，对泵的性能要求越来越高。泵的使用性能不仅与设计相关，而且与制造水平有着非常重要的关系。在20世纪70年代冲压焊接工艺就应用在泵的生产制造当中，并且取得了很多的成果。本文介绍了深井泵的冲压工艺，并对叶轮的冲压焊接工艺进行了探讨。

【关键词】冲压焊接；工艺；深井泵；叶轮；应用

冲压焊接技术已经在水泵中得到了很大的应用，但是与国外的先进技术相比还是存在一定的差距，比如在叶轮上的形状还比较单一；在泵的运行中液体产生流道间串流等问题。在深井泵中主要的工作元件就是叶轮，所以本文采用了带有锥度的前盖板以及S形的扭曲叶片，然后结合新型的激光焊接工艺对叶片及盖板进行焊接，这种方法很好的解决了在后盖板中由于冲压变形的问题。

1 深井泵冲压焊接工艺过程

深井泵的主要特点就是在整体的安装上电动机与泵是连在一起的，将泵浸入到地下进行抽吸和输送水的一种工具。在农田的灌溉以及城市给排水等方面有着重要的作用。在深井泵冲压焊接工艺的过程中，要先满足冲压工艺的要求，将深井泵的每个部件都分离出来，包括泵壳、进水口、蜗壳以及叶轮等零件，先将这些部件冲压成型后再进行焊接的工艺。冲压焊接泵的零部件过程中要对精度进行准确的把握，所以就要使用相应的冲压模具和焊接夹具来保证其精度，经过设计的零件基本不需要机械的再次加工，就能够保证零部件使用的稳定性。对于冲压工艺而言，保证冲压件安全、低耗生产的主要原则就是有良好的工艺设计环节。工艺的设计主要是根据冲压件的结构尺寸、材料以及制模能力等投入相应的资金，同时冲压件所使用的材料、结构特性都会对冲压工艺产生影响，所以在进行冲压工艺的设计时，一定要将各项因素全部考虑进去，才能够降低生产的成本，提高工件的精度。

2 深井泵各零件冲压工艺的流程

2.1 叶片冲压工艺流程

叶片是叶轮中最复杂的工件，在冲压的过程中包括落料、弯曲以及冲孔等。由于叶轮中的六枚叶片之间的距离不是很大，所以在进行切槽的过程中就不是很容易进行，同时叶轮中叶片的均匀分布就可以对三枚叶片进行冲压，然后将两次冲压的叶片迭加起来就可以实现六枚叶片的冲压。叶片在弯曲的过程中很容易发生弹性变形，所以为了固定叶片的形状，除了使用模具的基本工具外，还需要有准确的叶片展开形状。在叶片的展开中可以采取分段的方法，将叶片沿圆弧方向分为16等份，每一份的弯曲角度都是一样，用图纸画出相应的对应点，然后用光滑的曲线将这些对应点连接起来，就能够得到准确的叶片展开形状。

2.2 前、后盖板

深井泵前盖板的冲压工艺主要有三个步骤，落料、冲孔和翻边。先将不锈钢的板冲裁成为符合深井泵使用的圆板材，然后在材料上进行冲孔，最后再将孔的边缘制作成竖立的直边。在翻边的过程中要注意对材料进行淬火的处理，避免出现裂纹。后盖板的工艺与前盖板大同小异，先将不锈钢板材冲裁成圆板料，然后进行拉伸，在板的中心冲一个小孔，再进行翻边的操作。在后盖板的冲压过程中容易产生变形，所以为了避免这种现象的发生，可以在钢板上打上许多均匀的小凹坑，利用这些小凹坑可以吸收和缓解在冲压过程中产生的变形。压力的约束度同焊接应力是成正比的，因此，实施焊接前应当将约束度尽可能地降低，尽量不应用刚性固定方法来进行变形控制，以避免焊接约束度的增大。应用如翻边式连接等较小刚度的接头形式，来实现焊缝的自由收缩。同时，在残余拉应力集中区域，应通过对几何不连续性的控制，来防止应力集中现象的出现。

3 深井泵的焊接工艺以及注意的问题

冲压完毕后进行焊接的工艺，可以使深井泵的各零件成型。焊接中最重要的是焊接方法的选取，选取方法直接关乎到零件表面焊接的质量以及光滑度。在深井泵中冲压焊接一般采取的是铆焊或者点焊的工艺。在焊接的过程中先要利用数控机床对零件的形状进行编程，然后按照三轴联动系统使激光预定好轨道进行最终的扫描。比如在叶轮的焊接中先要对后盖板与叶片进行焊接，然后再将前盖板连接上去，一定要注意焊接的顺序，在电阻点焊的过程中存在以下的问题：

（1）焊接的过程中对于不同的焊点深入的体积不断的变化，使焊接电流产生一定的波动，这就造成了焊点的质量不稳定。

（2）在电阻点焊的过程中信号的提取是比较困难的，在成型时间较短的情况下使焊接电流波动变大，有可能会造成严重的后果。

（3）由于点焊的时间比较短，金属自身存在很大的热惰性，一般情况下都会多在一秒钟的时间内将热量传递给控制装置，这就造成了短时间内的热量波动，不容易控制。本研究中使用激光焊接的技术对叶轮进行了焊接，最终成型的叶轮没有变形，在表面上呈现的焊缝较窄而且光滑，同时在前后盖上与叶轮的密封率非常之高，所以采用激光焊接技术能够有效的避免点焊中存在的问题。

焊条的选择为碱性焊条为最佳，但焊条的选择还要受到实际施工条件的限制。

坡口形式以U型口为佳，如果构件不能满足这种形式的话还可以有其他的情形，比如构件本身有缺陷，那么进行焊口处理时应做到圆滑的处理，这样做的目的是可以在进行焊接时减少构件熔入焊缝金属中的数量，从而降低焊缝中有构件带来的碳，以防止裂纹的产生。由于第一层焊缝所掺入的构件材料占到了一定的程度，为了减少构件的熔化，所以在第一层焊接时要采用小的电流，减慢焊接速度以使构件熔化的范围减小。

热处理，焊接后最好对焊件进行可以消除应力的热处理，特别是针对体积较大并且厚度较厚的构件，由于散热不均会产生裂缝的构件还有工作环境较为恶劣的构件更要进行热处理，此热处理的温度可以控制在600℃～650℃范围内。

总而言之，冲压焊接工艺在深井泵中的应用，很好的提升了泵的水力性能。并对叶片、前后盖板中的冲压过程中存在的问题进行了分析，使用激光焊接的工艺可以避免叶轮流道间的串流现象，同时还能够保证焊接表面的光滑平整，减少了水力损失。

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