自动深孔TIG焊在空冷器焊接中的应用.doc

自动深孔TIG焊在空冷器焊接中的应用陈国余 吴永平 陈春阳 庄杰昆山华恒焊接设备技术有限公司 215301摘要：本文主要介绍了自动深孔TIG焊系统的组成及焊接工艺，以及其在空冷器管板焊中的应用。关键词：深孔焊 空冷器 管板焊Abstract：The article mainly describes the technique and the departments of auto deep tubes TIG welding system and the applications in aire cooler tube box. Key words：deep tubes welding aire cooler tube box tubes and sheet welding前言：石化行业中的空冷器的管板焊接采取强度胀加密封焊的制造工艺。由于焊接过程是在封闭管箱内进行的，这样一方面操作空间小，另一方面焊接过程不易观察，给手工焊带来诸多不便，而且焊接质量无法保证。为了解决这一焊接难题，采用全位置自动TIG管板焊是切实可行的措施。国内外管焊设备公司都先后研制了特殊的管焊枪头，但目前应用成功的很少，尤其是带有加丝功能的自动管板深孔焊接设备更是难得一见。我们在多年从事全位置管焊设备及工艺研究的基础上，开发自动深孔全位置自熔/加丝焊接设备及工艺。本文就是结合空冷器产品的特点，详细介绍自动深孔管板TIG焊系统组成及焊接工艺。1. 空冷器产品结构空冷器整体结构示意图见图1图1空冷器结构示意图管板联接形式示意图见图2、3。 图2 管内缩 管平头管板制造工艺为强度胀加密封焊，根据工件制造要求，可采取自熔或填丝焊接。根据这一结构，焊接时枪头必须通过M302丝堵的小孔在200mm深处进行全位置氩弧焊接。2. 设备组成该套自动化焊接设备由程控管焊电源和焊接枪头两部分组成。程控电源又包括焊接电源和微机控制系统。焊接枪头又分为弧长调节机构、送丝机构、旋转机构、特殊焊炬等部分组成。2.1程控电源 它主要是为焊接提供能量以及进行实时控制。2.1.1焊接电源 采用法国EWM生产的逆变400A直流脉冲电源，其逆变频率为100KHz，响应速度快，控制精度高，性能稳定，焊接成型及重现性好。2.1.2微机控制系统 该系统针对全位置TIG焊的要求分别对气体、电流大小及方式、旋转、送丝和弧长在焊接过程中进行编程和过程控制。l 气体主要控制提前送气及滞后送气时间。l 电源可进行直流/脉冲选择，在脉冲方式下可进行峰/基值电流大小、峰/基值时间、衰减电流进行控制。l 旋转速度可根据工艺进行不同大小的选择。l 送丝可对开始送丝时间/角度、送丝速度大小、送丝行程和回抽丝时间进行设置。l 弧长跟踪可根据工艺进行预设焊接电压进行过程中实时跟踪，其中还可以进行跟踪精度设置。l 焊接行程可根据焊接工艺进行分区间和多道焊接选择设置。l 其焊接时序图见图4：T1：提前送气时间 T2：滞后送气时间 T3：峰值时间T4：基值时间 T5：电流衰减时间 T6：送丝开始滞后时间T7：回抽丝时间 I1：峰值电流 I2：基值电流V1：旋转速度 V2：送丝速度 U1：弧长跟踪电弧电压图4焊接时序图该系统可分为10个区间，70个程序，可根据不同管径和焊接工艺设置不同的程序号，也就是设置不同的焊接参数，方便操作工人调节使用，方便制造厂家管理。2.2焊接枪头焊接枪头是该系统的核心，其结构示意图见图5，它由定位芯轴、特殊焊炬、送丝系统、弧长调节系统和旋转系统组成。图5深孔焊头2.2.1定位该枪头的定位由和管内径相同的弹性套作为径向定位，钨极到工件的距离由枪前部的可调节旋钮来调节。2.2.2焊炬特殊焊炬一方面不仅要求做得精细小巧，另一方面要有很强的绝缘性能。它与焊枪中心线倾斜固定角度。该焊炬是由分流器、钨极夹、陶瓷喷嘴、循环水冷却系统等组成。2.2.3送丝装置送丝系统由直流电机带动送丝轮将0.8mm焊丝送出，途经外送丝管，由内送丝管及内藏于焊枪枪体内的送丝管和送丝嘴送到钨极前方。2.2.4弧长调节系统该系统由步进电机或手动调节机构带动焊炬进行实时调节，便于调节钨极与管端面的距离，或者过程中进行弧长跟踪焊接。2.2.5旋转系统旋转是由直流电机带动齿轮转动，从而使焊炬围绕定位芯轴旋转，在直流电机的尾端加一码盘计数器，对旋转行程进行计数。3. 焊接工艺利用上述焊接设备，在实验室的模拟胎具里进行了一系列的工艺试验。通过试验首先找出影响焊接质量的因素。一方面从工件装配角度出发，寻找出管口伸出长度或内缩长度对焊缝成型的影响，另一方面从工艺参数出发，寻找出气体流量大小、钨极伸出长度、送丝角度、钨极距管端面距离、焊接电流、焊接速度等对焊缝成型的影响，从而找出最佳焊接参数。3.1试验材料使用的试验材料与实际产品相同。管子材料为20#，规格252mm，管板为16MnR，厚度32mm。焊丝为ER50-6，直径0.8mm，钨极材料为铈钨，直径2.4mm，角度30，平台0.5mm，氩气保护，纯度为99.99%。3.2工件装配要求通过大量的试验，当焊管平头时，管口伸出0-2mm范围内，此时焊缝成型均匀。当管口伸出过长时，电弧离管端面距离变长，此时电弧力弱，管板获得的能量少，易造成熔合不良。当焊管内缩时，管口缩进最佳在0-2mm，不易过长，因为当内缩超过2mm后，熔化的铁水不易与管板形成共同的熔池，而易内淌，焊后定位芯轴不易拔出。3.3工艺参数选择3.3.1气体流量的大小气体流量是由钨极伸出长度和喷嘴孔径决定的，通过试验得出气体流量在一很窄的范围内约6-8L/min内适用，当流量过大或过小时，就会造成保护不好，带入空气形成气孔。3.3.2钨极伸出长度由于焊炬角度已定，钨极伸出长度在焊接一定的管口也已确定，过短电弧中心远离管端从而偏离管口，造成熔池内淌；过长电弧中心远离管口，容易造成熔合不良。试验测得钨极伸出长度在9-10mm之内。3.3.3送丝角度由于在过程中无法进行角度调节，因而事先调整好送丝角度对深孔焊尤其重要。通过试验，焊丝应在钨极射线方向前端2.5-3mm最为适宜，送丝速度根据有无坡口及焊接成型做实际调整。3.3.4钨极离管口距离该距离应和送丝角度配合调整。通过试验，钨极高度应在2.5mm最佳。过低会造成顶丝及粘丝现象，过高会造成送丝不稳定，在电弧前方丝会熔成球，造成送丝困难，在过程中可用自动弧长跟踪功能，弧压为11.2V。3.3.5焊接电流及焊速和其它全位置管板焊接类似，应采用脉冲TIG焊，在缝值形成熔池，在基值维持电弧同时冷却熔池，减小各个区域熔池受力不同的影响，从而得到成型均匀美观的焊缝。为了得到最佳焊缝，还可以应用电流分区间功能，通过试验，管径25*2电流参数见表1：表1焊接工艺参数表区间峰值电流/A峰值时间/s基值电流/A基值时间/s焊速/mm/min0-1801600.20530.20120180-2701580.20510.20125270-3601500.20450.201324. 实际应用根据以上试验结果，将该套设备及最佳工艺参数对冷凝器进行了焊接，焊接结果见图6：图6深孔焊缝 焊后经水压与气密性实验均一次合格，焊缝外观成型美观。5. 结论1) 专门为空冷器管板深孔全位置焊接研制的专用的TIG设备，该设备的焊头采用的是水、电和气一体式，使焊头小巧轻便，可操作性强；可采用加丝或自熔的方式，对管箱内的管板进行焊接。2) 该设备采用微电脑控制，可对焊接过程中焊接动作进行实时监控；对每个管口焊接时可分为10个区间设置焊接参数，而且最佳焊接参数可存储到设备中，可存储70组，简化了参数的编写过程。3) 经过产品投产前的大量工艺试验，确定了此焊接设备在深孔焊接时的最佳工艺参数和焊枪的适用范围。4)