合金铝冷凝器的氩弧焊接工艺

　　一、引言

　　铝制冷凝器，用于CS2气体的回收，原工艺是采用手工钨极氩弧焊，其缺点是（1）焊道厚度小，熔深浅，承力低，该设备使用不到一年，因焊缝受到热胀冷缩的拉应力作用在焊口处发现开裂。（2）手工钨极氩弧焊焊接施工条件差，因管板较厚（30mm），施焊时需要将管板用气焊预热200℃以上，方能焊接。（3）焊接的效率低。为此我们进行了用熔化极氩弧焊（MIG）代替钨极氩弧焊（TIG）工艺并在生产实践中取得了成功，延长了设备的使用寿命。

　　二．冷凝器的结构及工况

　　冷凝器是管壳式结构，壳体是有碳钢制造，管束和管板的材料为L2工业纯铝。由121根管束与管板焊接而成，见图1。铝管规格为φ38×4 mm，长度为3600 mm，管板的规格为φ750×30 mm。管程走CS2与水蒸汽的混合气体，温度约为100℃。壳程走工业水，水温约在50℃。

　　三、可焊性分析

　　铝的导电性和导热性比钢均大四倍，因此需要更高的线能量。铝具有面心立方结晶组织，纯金属的朔性非常好。铝的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大两倍，易产生较大的焊接变形和内应力，对刚性较大的结构将导致裂缝的产生。高温时的铝的强度和朔性很低，常常不能支持液体熔池金属的重量，破坏焊缝金属的成形，有时还容易造成焊缝金属塌落和焊穿现象。纯铝的熔点低，熔化时颜色无变化。采用交流钨极氩弧焊（TIG）时虽然能够获得优良的焊接质量，但由于受到钨极许用电流的限制，焊接电流不能太大，一般只能焊接厚度小于4毫米的薄板。如果板厚大于6毫米，就需要开坡口焊接。当板厚大于8毫米，被焊接工件不但要开坡口，同时还需要预热才能进行焊。所以钨极氩弧焊焊接厚板时，显得生产率低、焊接变形大，劳动条件差。焊接冷凝器时，管子与管板的厚度相差较大，管子只有4 mm厚，而管板的厚度为30 mm，焊接时需将管板预热200℃以上，方可施焊，若施焊时焊炬对母材的加热不均匀，管板还未熔化，而管子的端头已烧塌，焊道只有靠着管子的端部的圆周上很薄的一层焊肉，管子和管板的熔深浅焊肉少，在热胀冷缩的应力作用下，将焊口拉裂。

　　熔化极氩弧焊（MIG）用焊丝本身做电极，电流可以大大提高，因而母材熔深大，焊丝熔敷速度快，提高了劳动生产率。不仅不需要预热，改善了劳动条件，而且减少了焊接变形，特别适应于中等和大厚度板材的焊接。

　　四、焊接工艺

　　4.1坡口制备

　　管孔采用3×45°坡口，以保证焊缝的熔深及熔透良好，增加焊缝的承载强度。铝管的伸出长度与管板的平面不大于3 mm。

　　4.2焊接设备

　　熔化极氩弧焊（MIG）的焊接设备选用技术先进、容量较大的瑞典ESAB生产的，型号为Aristo-500的焊机。

　　4.3焊丝

　　焊丝规格为φ1.2 mm，其型号为ER5356，是一种通用性好的铝镁合金焊丝，铝镁焊丝与纯铝及铝硅焊丝相比较，焊接纯铝时，焊接容易程度较好，所焊的接头强度较好，朔性中等，抗蚀性一般。经综合考虑，选用了焊缝强度较好的铝镁合金焊丝。母材及焊丝的化学成分组成如表1所示。

　　4.4焊接参数

　　焊接参数为：电流200-250A，电压22——25V，送丝速度12-13m/min,氩气流量17.5L/min,氩气纯度不低于99.70%。
[next]

　　4.5管子与管板的定位

　　铝管的固定采用托板的方式，就是按照铝管的伸出长度的要求，将直径与管板的直径相同的钢板，按照筒体上的法兰孔距钻孔，然后将托杆用螺丝固定在筒体的法兰上。靠托板将铝管定位。这样，节省了对管子和管板的点焊固定工序。

　　4.6焊接

　　将冷凝器立置，焊接为平焊位置，焊接处用角磨机打磨，露出金属光泽。焊接时从右侧到左侧进行施焊，每一列管子在前后的圆周方向上分为上半区和下半区，焊完上半区，再焊下半区。将管板过桥及管子的四周焊接一层厚度大于4毫米的堆焊层，不仅焊缝的熔深较深，在管桥上堆焊了一层焊道，管板的厚度增大，同时也大大增加了管板的刚度，改善管板上焊缝的力学性能，焊口的抗裂性增大。焊接时要掌握焊接的移动速度，焊炬与管板成70-75°角，焊接电弧的长度应保持与氩气保护罩的直径相同，约为20 mm。电弧过短容易烧损焊枪嘴和堵枪嘴。电弧过长则氩气保护不好，熔池的飞溅大，容易造成焊道的表面缺陷，影响成型。收弧时注意将弧坑填满。

　　五、结束语

　　2003年6月，采用熔化极氩弧焊对3台铝冷凝器焊接，经水压试漏合格后投入运行，经一年的使用效果对比，采用钨极氩弧焊方法焊接的冷凝器，发现在焊口有12处开裂，而熔化极氩弧焊焊接的冷凝器，只发现一处开裂，且漏点在距离焊缝20毫米的管体上。预计采用熔化极氩弧焊的工艺比钨极氩弧焊的工艺焊接的设备，其使用寿命提高1倍以上。2004年7月，焊接铝冷凝器4台。每台冷凝器的制造成本约5万元，可为工厂节约35万元，同时因设备的泄漏点的降低，增加了CS2物料的回收量，CS2排放减少，具有一定的社会效益。