焊接制造案例：铝储罐的半自动MIG焊

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：表7-26 化学清洗工艺参数将铝储罐分为罐底、罐顶及筒体三部分分别拼焊，然后进行总装焊接。焊接接头为搭接形式。为了满足高压汽轮机主蒸汽参数8.83MPa、550℃的高温高压恶劣运行工况下的强度要求，焊接隔板材料见表7-30。隔板四个坡口的焊接采用直径1.2mm的ER55-B2-MnV耐热钢焊丝。4）在窄间隙MAG焊接平台上进行隔板焊接。表7-31 隔板MAG焊焊接参数5）将隔板放入热处理炉中，按照图7-96所示的隔板退火工艺曲线退火，消除隔板焊接应力。

1.铝储罐的半自动MIG焊

铝储罐的结构示意如图7-88所示。材质为1060（L2）工业纯铝，罐体重6.2t，用于常温常压存储98%（质量分数）的浓硝酸。

（1）焊接设备与焊接材料焊接设备为NB-500型熔化极MIG气体保护焊机，电流调节范围为50～500A，焊丝选用1070（L1），其铝的纯度高于1060工业纯铝，可保证焊接接头耐蚀性的要求。焊丝直径为1.6mm和2mm。保护气体氩的纯度（质量分数）不低于99.96%。

（2）焊接工艺坡口形式及尺寸如图7-89所示。

图7-88 铝储罐的结构示意图（单位mm，δ为壁厚）

图7-89 铝制储罐坡口形式及尺寸（单位mm）

a）罐底焊坡口 b）筒体焊接坡口

焊前对坡口及其周边50mm范围内的氧化物及其他杂物进行清理。先采用钢丝直径小于0.2mm的不锈钢钢丝轮进行机械清理，然后再用化学方法清理。焊丝只用化学方法清理。清理好的坡口要在2h内焊完，清洗并烘干后的焊丝在大气中裸露的时间不得超过4h。化学清洗工艺参数见表7-26。

表7-26 化学清洗工艺参数

将铝储罐分为罐底、罐顶及筒体三部分分别拼焊，然后进行总装焊接。罐底和罐顶的焊接在平台上进行（其中罐顶放在一个锥形骨架上），筒体焊接在转胎上进行。采用长100mm、宽80mm、与工件等厚度的引弧板。铝储罐的焊接参数见表7-27。

表7-27 铝储罐的焊接参数

2.载货汽车车轮的双枪自动MAG焊

载货汽车无内胎滚型车轮的结构如图7-90所示。它由带钢分别制作出轮辋和轮辐，然后将二者压配在一起，经焊接而成。焊接接头为搭接形式。

（1）焊接装备采用两套气体保护焊设备，两把焊枪同时焊接同一个车轮。第一把焊枪为CO₂气体保护焊，用于底层焊接，以保证底层具有足够的熔深；第二把焊枪为富氩的熔化极混合气体保护焊，以增大焊脚，提高焊缝承载能力。由于富氩的熔化极混合气体保护焊飞溅小、成形美观，还可改善焊缝外观质量。双枪自动焊方法的示意图如图7-91所示。

图7-90 载货汽车无内胎滚型车轮

1—轮辐 2—轮辋 3—连接焊缝

图7-91 双枪自动焊方法示意图

1—侧吹式保护气管 2—焊枪 3—焊缝 4—送丝机

采用船形位置焊接，如图7-92a所示。通过双枪位置与角度调整改善焊缝成形，双枪位置的主要参数见图7-92。

α₁是第一把焊枪的后倾角，后倾角越大，熔深越深，越有利于底层焊透；α₂是第二把焊枪的倾角，可以是零或略加倾斜；a、b分别为第二把和第一把焊枪偏离船形位置最低点的距离，保持一定的a值，可使第二把焊枪处于下坡焊状态，以改善焊缝成形；b取零时，有助于加大熔深；β关系到焊枪的指向，保持一定的β角，可确保轮辋的熔深。焊枪的主要参数调节范围见表7-28。

图7-92 船形位置焊接及焊枪位置

a）船形位置焊接 b）焊枪位置

表7-28 焊枪的主要参数调节范围

（2）装焊工艺车轮双枪自动焊采用的焊接设备见图7-93。焊接工艺过程为：①手工将车轮4放在焊接转胎2上自动夹紧；②由双动气缸1驱动，通过下摇臂3将焊接转胎与车轮升起到船形位置；③气缸8驱动上摆架6带动两把焊枪5下降到焊接位置；两把焊枪相继起弧，转胎转动，焊接开始，具体的焊接参数见表7-29；焊接完毕，焊枪升起卡爪松开；车轮落于出料滑架上，自动滑出。

图7-93 车轮双枪自动焊采用的焊接设备

1—双动气缸 2—焊接转胎 3—下摇臂 4—车轮 5—焊枪 6—上摆架 7—焊丝 8—气缸 9—送丝机

表7-29 载货汽车车轮双枪气体保护焊参数

3.汽轮机隔板窄间隙MAG自动焊接

汽轮机隔板主要用来固定汽轮机各级静叶片，使气流按规定的方向流入动叶片做功，是汽轮机的核心部件。由于焊接隔板具有较高的刚度和强度、较好的气密性以及良好的耐温性能，在运行工况恶劣的高、中压汽轮机中广泛使用。

焊接隔板主要由隔板体、隔板外环、静叶片、内外围带及径向汽封体几部分焊接组成，如图7-94所示。采用窄间隙深坡口MAG自动焊接可减小隔板焊接变形量，节省焊接材料，缩短焊接时间，提高隔板的焊接效率。

（1）材料及坡口形式

1）隔板材料。为了满足高压汽轮机主蒸汽参数8.83MPa、550℃的高温高压恶劣运行工况下的强度要求，焊接隔板材料见表7-30。

图7-94 焊接隔板的组成

表7-30 焊接隔板材料

2）焊接材料。叶片与围带采用TIG焊，焊丝采用直径2mm的ER309不锈钢焊丝。盖板的组焊采用焊条电弧焊，直径3.2mm的A307不锈钢焊条。打底焊采用直径1.2mm的E309药芯焊丝。隔板四个坡口的焊接采用直径1.2mm的ER55-B2-MnV耐热钢焊丝。

3）坡口形式。坡口形式直接影响焊接的质量，为了尽可能减小焊丝的填充量，同时又保证焊枪能顺利达到坡口底部，设计了底部宽9mm、倾斜角为3°的I形坡口，见图7-95。

图7-95 焊接隔板坡口图（单位：mm）

（2）装焊工艺

1）采用TIG焊（焊接电流120～140A，电弧电压14～16V）将叶片与内、外围带组焊成叶栅，焊接叶栅时先焊左右两端和中间的叶片，然后再对称跳焊。叶栅组焊完成后再焊叶栅进、出汽边工艺盖板。

2）将隔板内、外环与叶栅按照隔板组焊图组装，保证内、外环与叶栅的轴向距离，药芯焊丝电弧焊打底（电流200～220A，电压28～30V），固定隔板内外环与叶栅，并在坡口两端焊接引弧板和引出板。

3）将隔板放入热处理炉中进行预热，预热温度350～400℃，预热升温速率最大不能超过75℃/h。

4）在窄间隙MAG焊接平台上进行隔板焊接。保护气体Ar80%+CO₂20%（体积分数），出汽边坡口1和坡口2焊接1/3，翻面，将进汽边坡口3和坡口4焊满，再翻面，焊完出汽边坡口。坡口焊接参数见表7-31。

表7-31 隔板MAG焊焊接参数

5）将隔板放入热处理炉中，按照图7-96所示的隔板退火工艺曲线退火，消除隔板焊接应力。

（3）焊接质量检查焊接结束后对隔板焊缝进行超声和渗透检测，无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。对焊件退火后按照ASME标准取样两组，每组分别取两个拉伸试样，4个侧弯试样，3个焊缝区冲击试样，3个热影响区冲击试样进行试验，通过力学性能检查。

图7-96 隔板退火温度曲线图

焊接制造案例：铝储罐的半自动MIG焊

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