装磷罐体焊接工艺技术研究

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摘 要：装磷罐体是薄壁类罐装结构角焊缝，采用CO2气体保护焊的焊接工艺，本文针对引起焊接结构失效的焊接裂纹、气孔和焊接结构应力应变等主要原因展开焊接工艺技术的研究，通过优化工艺，严格控制焊接过程质量和结合行之有效的措施，解决失效问题。

关键词：CO2气体保护焊；MAG焊；焊接缺陷；工艺分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.033

0 前言

本研究重点阐述装磷罐体的结构特点、技术要求、焊接工艺流程、控制焊接缺陷及焊接变形的方法与措施及相关加工工艺。

1 零件结构的特性与焊接工艺现状调查

（1）焊接结构技术要求。磷管焊接应牢固，焊缝不准有气孔、夹渣、未焊透、接头不良和表面裂纹等缺陷；磷管进行密封性检验，经气压为0.4Mpa，持续时间30S不得漏气；螺纹部位不得有变形和大的磕碰，焊接后要求用螺纹规检验。

（2）零件结构特点。装磷罐体由螺套、内管和外管三个零件组成，通过两条环形焊缝连接为一个整体，其中一条是内管与螺套角接环焊缝，另一条是外管与螺套角接环焊缝。螺套采用35#结构钢，内外管采用20#结构钢。

（3）焊接工艺现状调查。通过连续生产年度的焊接工艺分析在焊接过程中容易出现的一些结构失效问题，如气孔和裂纹，直接导致产品密封性检验不合格。装磷罐体的零部件连接方法是光丝CO2气体保护焊，该加工方法容易引起焊接结构失效的形式主要有以下六种：焊接裂纹、焊缝中的夹杂和气孔、焊接接头的腐蚀及泄露、焊接结构的应力与变形、焊接结构的脆性破坏和焊接结构的疲劳破坏。

由表1可以看出，对于引起装磷罐体焊接结构失效的主要原因是焊接裂纹、气孔和焊接结构的应力与变形。通过分析，明显可以看到装磷罐体焊接后气密性检验不合格，主要是由焊接气孔和焊缝中的结晶裂纹造成的，如能通过焊接工艺技术解决这两个问题，就能实现气密性检验合格率达到90%以上；螺纹检验合格率低的原因是由焊接变形引起的，焊接生产中的焊接变形问题是一个无法回避的问题，我们只能从减小或相对消除其变形量方面来解决这个问题。

2 焊接结构失效原因分析

（1）螺纹变形问题分析。变形是焊接冷热交替产生的内应力造成的应力应变，该零件螺纹变形问题也是这种情况造成的。我们焊接工艺一般采用反变形法和刚性固定法来解决焊接变形问题。按现状调查情况得出的结论一是没有采用有效的反变形法，二是冷却速度快，内应力大，三是刚性固定夹具有很大的间隙。

（2）密封问题分析。CO2气体中含H2O量大，是直接造成氢气孔重要因素之一；在焊接生产中，焊枪喷嘴距离工件的距离过高，其相对角度不能有效进入气体形成保护，保护气体不能形成保护层，空气中含有的H2O就会进入，从而在焊缝的表面及其内部形成大量的氢气孔。

在冶金因素中，磷是提高工件结晶裂纹敏感性的主要元素之一，而装磷管罐体在焊接前，各零部件为了周转过程中防锈，都进行了表面磷化处理。表面磷没有处理干净就开始焊接，很容易形成热裂纹。

3 焊接过程的质量控制

（1）防止焊接变形的途径和措施。防止焊接变形的途径：一是设计焊接夹具，二是采用反变形法，三是尽量减小焊接线能量的输入。由于是壳体类零件，采用内支撑夹具很困难。其采用的措施首先应对零件进行定位，减小间隙量，增加刚性；其次是在车螺纹时将螺纹的尺寸公差控制在下线范围，给焊接变形留一个相对变形空间，通过反变形法减小变形；然后是减小焊接线能量，但应考虑焊缝气孔的逸出问题，在两者之间找到平衡点。

（2）防止焊缝气孔的途径和措施。防止焊缝气孔的途径就是限制氢、氧、氮等有害气体的来源，特别是氢的来源。措施是对所有使用的焊接材料要求严格限制含水量，焊前进行酸洗、打磨和清洗，并保持干燥。焊接时掌握好焊接线能量的输入，在不引起过大变形和晶粒长大的前提下，适当延长熔池存在的时间，以有利于气泡浮出熔池。

（3）防止热裂纹的途径和措施。防止热裂纹的途径就是控制硫、磷的含量。因原材料采用军工级优质母材，所以对硫、磷的含量要求控制的很低。产生热裂纹的磷主要来源与磷化层的磷含量。措施就是焊接前将焊接部位处理干净，焊接后应缓慢冷却。

4 焊前准备和焊接工艺

（1）焊前准备。采用Φ1.2mm的H08Mn2SiA焊丝，焊前烘干2小时，烘干温度为80℃～150℃；焊接方法MAG焊，保护气体为80% CO2 +20Ar，新购进的瓶装气体倒置1～2小时后使用，使用到表压0.5MPa时应停止使用；焊前清理，螺套、内、外管应将焊接部位的磷化层用钢丝轮打磨干净，露出金属光泽。

（2）焊接工艺。焊接工艺流程：零件准备 、打磨 、装机定位 、焊接 、 缓冷处理 、检验。焊接工艺参数：选用MAG焊（焊丝牌号CHW-50C2），焊丝直径：1.2（ φ/mm），焊接电流：170～240（I/A），焊接电压：20～30（U/V），气体流量：15～20（Q/L・min-1），焊接速度：20～40（v/cm・min-1），电弧长度： 4～5mm。

5 结论

目前采用的焊接工艺方法、鉴别结构失效类型的技术、检测及监控失效的手段、改进与预防失效的措施等与国内同行业相比还很落后，所以我们要不断创新与完善，加快现代化企业的发展步伐。

参考文献：

[1]高忠民.实用电焊技术[M].北京：金盾出版社，2003.

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[K].北京：机械工业出版社，1986.

作者简介：刘洪涛（1978-），男，内蒙古海拉尔人，大专，工程师，研究方向：计算机。