摘要：文章講述了T2銅管與T2銅鋼復(fù)合板脹焊過程關(guān)鍵控制點。針對管殼式換熱器管板脹焊連接結(jié)構(gòu)，提出了關(guān)鍵控制要求，并從脹接結(jié)構(gòu)密封原理、焊前清理、焊接間隙和環(huán)境影響、設(shè)備的調(diào)整方面重點提出控制要求和措施。

關(guān)鍵詞：脹焊；T2銅管和銅鋼復(fù)合板；管殼式換熱器；脹焊焊接質(zhì)量控制

一．引言

高容量中央空調(diào)的兩個組件，即水冷水和水源熱泵單元，通常是殼管式熱交換器。具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性的銅熱交換管優(yōu)選用于制冷系統(tǒng)的管殼式熱交換器。在制冷工業(yè)中，銅管和管板之間的連接主要是機(jī)械膨脹。然而，為了滿足諸如船舶和核能等苛刻的領(lǐng)域，既需要高密封性能，強(qiáng)大的振動或疲勞載荷，又需要防止縫隙腐蝕[1]。

因此，膨脹焊接和連接結(jié)構(gòu)是管道和管板之間的主流連接。本文所闡述的主要為復(fù)合管板與T2管子的脹焊連接：T2管子與T2+鋼的復(fù)合板脹焊，銅管與復(fù)合管板的連接采用先焊后脹的方式。其脹焊結(jié)構(gòu)形式如下圖1所示。為了獲得良好的脹焊接頭，保證空調(diào)機(jī)組的運行質(zhì)量，需對銅管的脹焊過程進(jìn)行嚴(yán)格控制。以下就自動脈沖氬氟焊脹焊過程關(guān)鍵控制點進(jìn)行簡介，供同行參考。

1.焊前清潔度控制

焊接前清理：換熱器管子與管板焊接時，焊前的清理工作至關(guān)重要，施焊過程中發(fā)現(xiàn)，一旦管子管板內(nèi)有銹蝕、油污、水分或其他臟物存在，就極易形成皮下氣孔。大多數(shù)

的氣孔開口較大、深度深，給修補(bǔ)帶來一定的難度。對策：焊接前，管板可進(jìn)行脫脂清洗，徹底清除，表面油污、雜質(zhì)。清洗后用壓縮空氣吹掃，用白色無紡布擦拭，白色無紡布無變色為合格。

2.焊接間隙控制

T2紫銅具有優(yōu)良的在20°C時，導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)是鐵的7倍，在1000°C時導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)是鐵的11倍。但是，由于其高導(dǎo)熱性，如果銅焊接工藝與低碳鋼焊接工藝相似，熱量將迅速移出加熱區(qū)域。較大的間隙使熔池中的金屬在結(jié)晶過程中更易于破裂，缺乏熔融且滲透率較低。同時還有可能導(dǎo)致前端脹接區(qū)母材氧化、影響脹接質(zhì)量，故換熱器管子管板采用焊接+強(qiáng)度脹的密封結(jié)構(gòu)，對焊接間隙的控制非常重要。

對策：采用貼脹的方式減小或消除管子與管板的間隙，調(diào)節(jié)脹管器長度，貼脹脹管器長度為非焊接面保留管板厚度減3mm，減薄率控制2%左右，為防止脹接過程脹管潤滑油污染管孔，選用無粘稠度的脹接揮發(fā)油進(jìn)行貼脹。

3.焊接環(huán)境

設(shè)備調(diào)整、氣體流量、鎢針磨削等控制焊接環(huán)境的風(fēng)速過大，焊接過程中會損失保護(hù)氣體，從而減少了保護(hù)氣體的流量，使電弧不穩(wěn)定，容易與空氣混合并失去保護(hù)作用，導(dǎo)致焊縫表面變黑或失去金屬光澤。有時會燒壞鎢電極，影響正常焊接。在同一焊接過程中，調(diào)整和偏移鎢針的角度，或者在沒有氣體保護(hù)的情況下排出氣體，在爆炸過程中會濺出焊池的金屬，并且鎢電極會燃燒，從而影響焊接。但是，如果保護(hù)氣體的流量過大，則氣體壓力沖擊的排斥作用會干擾保護(hù)空氣的流動，并且保護(hù)氣體不能形成層流，因此不能獲得良好的保護(hù)效果。所以焊接環(huán)境、氣體流量及設(shè)備調(diào)整至關(guān)重要，必須嚴(yán)格控制，以下是生產(chǎn)中取得的幾點經(jīng)驗參數(shù)供同行參考。

3.1焊接環(huán)境

（1）焊接區(qū)風(fēng)速小于1m/s。

（2）不允許風(fēng)扇吹焊接區(qū)域，手感有風(fēng)或焊縫出現(xiàn)氣孔時，需停止焊接，查找原因。

3.2設(shè)備調(diào)整

（1）調(diào)整焊槍鎢極位置，使焊接電弧位于管板與換熱管交界處。

（2）鎢極有燒損應(yīng)及時更換。

3.3保護(hù)氣更換

（1）焊接保護(hù)氣流量計必須豎直向上。

（2）保護(hù)氣壓力小于1.0MPa時，必須立即更換。

3.4鎢針磨削與更換

磨削鎢極時不能使用磨削的紋路呈螺旋狀，應(yīng)該是延母線方向；磨削的角度a需根據(jù)焊接電流大小而改變；鎢極尖端應(yīng)根據(jù)焊接電流的大小不同磨出一個直徑d為0.2-0.8的平臺。鎢針磨削要求，當(dāng)鎢針尖端燒損、有母材殘留時，必須及時更換，焊接過程中，觀察鎢針情況，至多焊接5個管孔時，須觀察1次。

4.脹焊順序

如果傳熱管與管板之間的連接采用膨脹焊接結(jié)構(gòu)，則膨脹焊接的順序?qū)附淤|(zhì)量有很大的影響。經(jīng)驗表明，焊接溫度場在首先擴(kuò)展然后焊接時會影響擴(kuò)展區(qū)域。在作用下，它將導(dǎo)致擴(kuò)展區(qū)松弛。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)151-1999“管殼式換熱器”，保留15mm的非擴(kuò)展區(qū)域，以減少焊接和擴(kuò)展的影響。但是，由于焊縫在15mm處閉合，加熱后該空間中的灰塵和氣體會迅速膨脹，并且沒有平滑的排放路徑，因此當(dāng)氣壓達(dá)到一定極限時，會爆炸性地排放到熔池中。這會在焊縫中形成一個通孔，由于缺乏壓力，焊縫中會殘留一些殘留物，從而形成皮下孔[2]。爆炸期間，焊池中的金屬經(jīng)常會飛濺，導(dǎo)致鎢電極燒壞并影響焊接。相反，如果先焊接然后擴(kuò)展，則發(fā)生上述現(xiàn)象的可能性非常低。據(jù)統(tǒng)計，前者毛孔的可能性是后者的40-60倍。另外，先膨脹后焊接的管的應(yīng)力分布在焊接后更為復(fù)雜，但是在焊接前膨脹時，焊接應(yīng)力相對穩(wěn)定。為了確保熱交換器的整體質(zhì)量，即使考慮減少焊縫的孔隙率和焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)，也應(yīng)首先進(jìn)行膨脹焊接和結(jié)構(gòu)化管材和管板的焊接。

6.銅管與管板的脹接原理

銅管與管板脹接后，銅管發(fā)生塑性變形，管板孔產(chǎn)生微量回彈，而在銅管與管孔內(nèi)壁貼合處形成接觸面間的殘余應(yīng)力。脹接接頭直接影響這中央空調(diào)機(jī)組的使用和壽命，有效脹接長度決定拉脫力大小直接反映其承受溫差及壓差應(yīng)力能力，其接觸面間的貼合程度直接決定其密封性能[3]。本文所述的脹接長度以管板厚度為基準(zhǔn)，管板厚度兩端各減3mm，脹管器的調(diào)整。因管板前端已焊接，焊縫受外力擠壓會導(dǎo)致焊縫開裂影響焊縫質(zhì)量，同時焊縫成形不規(guī)則、不水平，脹接時影響整個脹接面受力均勻性，故脹接時前端減3mm只為避開焊縫可選用帶槽脹管器脹接，管板后端減3mm是為避免出現(xiàn)過脹，管孔端部與銅管相切，損傷銅管。

7.結(jié)束語

生產(chǎn)實踐證明，T2銅管與T2銅鋼復(fù)合板的焊接，采用鎢極氬-氦混合氣體保護(hù)焊，焊前清潔度和焊接間隙的控制，都是換熱器管子管板焊接的重要工藝參數(shù)，它們直接影響著焊接質(zhì)量。焊接環(huán)境、設(shè)備調(diào)整、氣體流量、鎢針磨削是影響焊縫的直接因素，不及時調(diào)整、形成點檢，焊接過程將造成批量性焊接異常，甚至導(dǎo)致焊縫無法返修、機(jī)組報廢，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。對于膨脹和焊接的熱交換器，膨脹和焊接的順序?qū)附咏宇^的質(zhì)量有重大影響。焊后膨脹不僅減少了焊接缺陷的發(fā)生，而且還確保了焊接接頭具有良好的應(yīng)力分布[4]。使用本文提出的控制方法和工藝措施，可以保證膨脹焊接結(jié)構(gòu)熱交換器的質(zhì)量，并滿足管殼式熱交換器的安全性和長期使用要求。

來源：中國知網(wǎng)   作者：隴忠云