承压钢管散热器焊接操作

承压钢管散热器焊接操作

本课题要完成承压钢管散热器（设计压力为P_设=0.2MPa）的焊接操作。因为承压钢管散热器的金属材料为20钢无缝钢管和Q235钢板，所以模拟压力容器的制造工艺。选用焊条电弧焊、钨极氩弧焊和CO₂气体保护焊的焊接方法进行焊接。焊后按压力容器制造的有关规定进行焊缝外观检查、X射线检验、水压试验等各项验收。本课题属于常用金属材料多种焊接技能的综合训练。

承压钢管散热器焊件图如图9—17所示。

一、焊接工艺分析

上、下集箱管B的焊缝采用钨极氩弧焊焊接打底层。焊接顺序为∶ 首先，焊中间2 条焊缝，背面焊缝经检查合格后，再分别对接和焊接另外2节;接着，分别装配、焊接集箱管封头D和散热器接管A;最后，采用CO₂气体保护焊焊接进行上、下集箱管6 条焊缝的填充焊和盖面焊。

散热管 C 的焊接位置为管子垂直固定焊，采用钨极氩弧焊。

散热管C与集箱管B为插人式连接，保证600mm 中心距。10 条焊缝均采用焊条电弧焊。

承压钢管散热器的焊接多为管道焊接。要求单面焊双面成形。焊接过程中打底层焊接是关键。如果操作不当，易出现焊瘤、凹陷、表面夹渣及成形不良等缺陷。影响焊缝背面成形的因素有∶

（1）钝边与背面成形的关系 当坡口根部间隙、焊接电流、操作手法不变时，坡口钝边越大，背面成形越差。当钝边尺寸大于2.5 mm 时，背面易产生低凹和未焊透缺陷。

（2）根部间隙与背面成形的关系当坡口钝边、焊接电流、操作手法不变时，随着坡口根部间隙的增大，背面余高增加，操作比较容易掌握。但是，随着间隙增大，熔池变大，填充金属量增加，致使生产率降低。合适的间隙应为焊条直径的1.1～1.2 倍。

（3）电流与背面成形的关系 当其他条件根部间隙、坡口钝边、操作手法不变时，焊接电流与背面余高的增加成正比。焊接电流越大，使成形不易控制。一般焊接电流与焊条直径的关系为1= （25~30）d（d为焊条直径）。但为了焊透，打底层宜用稍大的焊接电流。

二、焊前准备 

1.焊接材料

（1）焊条∶E4303 型或E4315 型，直径φ3.2 mm 和44.0mm。如果选用E4303 型酸性焊条，烘焙150℃，恒温1~2h;如果选用E4315 型碱性煤条，烘焙350~400℃，恒温2h，随用随取。

（2）焊丝∶ ER49—1（H08Mn2SiA），直径2.5 mm。

（3）钨极∶ WCe—20 铈钨极，直径2.4 mm。

（4）保护气体 氩气（Ar），纯度99.99%;CO₂气体，纯度大于99.5%，其含水量不超过0.05%。

2.焊接设备和检测设备

ZX5—400 型直流弧焊机、WS—300 型氩弧焊机、NPCl—300 型CO₂气体保护焊机、X射线探伤机、水压试验设备。 

3.零件的备料加工

按表9—16 所列进行各零件的备料加工。

（1）材料选用∶ 20 钢管和Q235 钢板

（2）零件加工

1）零件A、B、C钢管下料，按表9—16 所列尺寸留出3mm 加工余量，然后车削30°坡口和G1"外螺纹。在钻床上加工零件B 上φ52 mm 的孔。

2）零件D管板封头采用氧—乙炔气割下料，按表9—13 中所列尺寸留出5mm 加工余量。然后车削φ133 mm外圆和30°坡口。其中2件加工d35mm中心孔，并加工单边Ⅴ形45°坡口

（3）修整各零件的坡口钝边和毛刺、钝边为0.5～1mm。

（4）清理各零件坡口及其内、外表面20mm范围内的油、铁锈、水分和污物，直至露出金属光泽。

三、承压钢管散热器焊接 

1.散热器焊接明细

按图 9—17 所示焊缝序号和焊接位置。分别列出各零件之间的对接关系、接头形式、坡口形式和焊接方法。承压钢管散热器焊接明细见表9—17。

2.装配与焊接

（1）上、下集箱管装配  将加工检验合格的集箱管B（φ133mm×5mm×198.5mm，10件），用V形定位铁支撑，按图9—17所示要求，先对接中间3 节钢管并进行焊接，焊后检查背面焊缝合格后，再分别对接两端的最外侧1节。

装配过程中，要保证钢管的对接间隙为1.5mm，错边量≤0.5mm，且使每节钢管的φ52mm 管孔同在一条直线上。

（2）散热钢管装配  将加工检验合格的零件C（φ51mm×3mm×243mm，10 件），按有坡口的一端对接，形成60°V形坡口，对接间隙1.5mm，错边量≤0.3 mm。

（3）将零件A与D按插入式管板形式连接。先将上、下集箱管采用钨极氩弧焊焊接打底层，并检查背面焊缝合格，再将管板封头D与上、下集箱管在两端对接，如图9—17所示，对接间隙为1.5mm。

3.焊接

（1）焊接上、下集箱管 采用钨极氩弧焊焊接焊接水平转动打底层，要求单面焊双面成形，采用左向焊法，焊枪角度及焊件转动方向如图9—18所示。填充层和盖面层采用CO₂气体保护焊，采用左向焊法，焊枪角度如图9—19所示。

（2）焊接散热管（焊缝序号①） 采用钨极氩弧焊（TIC）焊接打底层、填充层和盖面层，属于管子垂直固定焊。

（3）焊接散热管与集箱管（焊缝序号②）按图9—17所示要求，将散热管与集箱管插入连接，保证600mm 中心距。10条焊缝均采用焊条电弧焊。钢管组装后不应有较大的间隙，定位焊缝应修磨成斜坡状。焊接时，可分2个半圈完成焊接。首先进行焊缝1（前半圈）的操作在平焊位置起弧，焊条与焊件角度为40°左右，如图9—20所示。在起焊位置时，应注意拉长电弧，稍加预热，使起焊处熔合良好，然后再压低电弧焊接。焊接过程中，随着焊缝位置不断变化，焊条角度也要相应变化。为避免焊件烧穿，可采用挑弧焊法。结尾时，焊接位置近似平焊。由于钢管的温度增高，因此收尾动作要快。焊接焊缝2（后半圈）的操作方法与焊缝1的操作方法相同。在焊缝连接时，2条焊缝应重叠10-15mm，并使接头处平整圆滑。

（4）焊接(焊缝序号③)零件A 与零件D 对接后，采用焊条电弧焊。

4.焊接质量检验

（1）外观检查  可用肉眼及放大镜检查焊缝外观，并使用焊接检验尺检查接头几何形状和尺寸。外观检查项目主要包括;

1）焊缝表面不应有裂纹、夹渣、气孔、焊瘤、烧穿等缺陷。

2）焊缝咬边深度小于0.5 mm，焊缝两侧咬边长度总计不应超过该条焊缝总长的10%。 

3）焊缝与母材连接处应圆滑过渡;焊缝宽度比坡口每侧增宽0.5～2.5mm，宽度差小于等于3mm;对接焊缝余高为0～3mm，余高差小于等于3mm; 角焊缝焊脚尺寸为5～7mm。

4）焊件上非焊道处不允许有引弧痕迹。母材上机械划伤部位不应有明显棱角和沟槽。伤痕深度不超过0.5mm。

（2）X射线探伤  对上、下集箱对接焊缝按照《承压设备无损检测》（JB/T 4730— 2005）标准进行射线探伤，射线透照质量不应低于AB 级，焊缝缺陷等级不低于Ⅱ级为合格。

（3）水压试验  水压试验是为检查焊缝的密封性及结构整体强度，并验证结构在设计压力下安全运行的能力。

1）试验压力P =1.25P。=1.25 ×0.2 =0.25 MPa。

2）液体温度不得低于5℃。

3）水压试验前，将散热器充满水，排净空气，用螺纹管件封闭上、下接口，并在最高点装置压力表。当壁温与液体温度接近时，缓慢升压至设计压力;确认无泄漏后，持续升压到规定的试验压力，保压30 min，然后降至规定试验压力的80%，保压足够时间进行检查检查期间压力应保持不变，不得采用连续加压来维持试验压力不变。压力容器液压试验过程中，不允许压紧固螺栓或对受压元件施加外力。

4）水压试验合格标准为∶无渗漏;无可见的变形;试验过程中无异常的响声。