一、引言

鋁制冷凝器，用于CS2氣體的回收，原工藝是采用手工鎢極氬弧焊，其缺點是（1）焊道厚度小，熔深淺，承力低，該設(shè)備使用不到一年，因焊縫受到熱脹冷縮的拉應(yīng)力作用在焊口處發(fā)現(xiàn)開裂。（2）手工鎢極氬弧焊焊接施工條件差，因管板較厚（30mm），施焊時需要將管板用氣焊預(yù)熱200℃以上，方能焊接。（3）焊接的效率低。為此我們進行了用熔化極氬弧焊（MIG）代替鎢極氬弧焊（TIG）工藝并在生產(chǎn)實踐中取得了成功，延長了設(shè)備的使用壽命。

二．冷凝器的結(jié)構(gòu)及工況

冷凝器是管殼式結(jié)構(gòu)，殼體是有碳鋼制造，管束和管板的材料為L2工業(yè)純鋁。由121根管束與管板焊接而成。鋁管規(guī)格為φ38×4 mm，長度為3600 mm，管板的規(guī)格為φ750×30 mm。管程走CS2與水蒸汽的混合氣體，溫度約為100℃。殼程走工業(yè)水，水溫約在50℃。

三、可焊性分析

鋁的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性比鋼均大四倍，因此需要更高的線能量。鋁具有面心立方結(jié)晶組織，純金屬的朔性非常好。鋁的線膨脹系數(shù)和結(jié)晶收縮率比鋼大兩倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和內(nèi)應(yīng)力，對剛性較大的結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。高溫時的鋁的強度和朔性很低，常常不能支持液體熔池金屬的重量，破壞焊縫金屬的成形，有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現(xiàn)象。純鋁的熔點低，熔化時顏色無變化。采用交流鎢極氬弧焊（TIG）時雖然能夠獲得優(yōu)良的焊接質(zhì)量，但由于受到鎢極許用電流的限制，焊接電流不能太大，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，就需要開坡口焊接。當(dāng)板厚大于8毫米，被焊接工件不但要開坡口，同時還需要預(yù)熱才能進行焊。所以鎢極氬弧焊焊接厚板時，顯得生產(chǎn)率低、焊接變形大，勞動條件差。焊接冷凝器時，管子與管板的厚度相差較大，管子只有4 mm厚，而管板的厚度為30 mm，焊接時需將管板預(yù)熱200℃以上，方可施焊，若施焊時焊炬對母材的加熱不均勻，管板還未熔化，而管子的端頭已燒塌，焊道只有靠著管子的端部的圓周上很薄的一層焊肉，管子和管板的熔深淺焊肉少，在熱脹冷縮的應(yīng)力作用下，將焊口拉裂。

熔化極氬弧焊（MIG）用焊絲本身做電極，電流可以大大提高，因而母材熔深大，焊絲熔敷速度快，提高了勞動生產(chǎn)率。不僅不需要預(yù)熱，改善了勞動條件，而且減少了焊接變形，特別適應(yīng)于中等和大厚度板材的焊接。

四、焊接工藝

4.1坡口制備

管孔采用3×45°坡口，以保證焊縫的熔深及熔透良好，增加焊縫的承載強度。鋁管的伸出長度與管板的平面不大于3 mm。

4.2焊接設(shè)備

熔化極氬弧焊（MIG）的焊接設(shè)備選用技術(shù)先進、容量較大的瑞典ESAB生產(chǎn)的，型號為Aristo-500的焊機。

4.3焊絲

焊絲規(guī)格為φ1.2 mm，其型號為ER5356，是一種通用性好的鋁鎂合金焊絲，鋁鎂焊絲與純鋁及鋁硅焊絲相比較，焊接純鋁時，焊接容易程度較好，所焊的接頭強度較好，朔性中等，抗蝕性一般。經(jīng)綜合考慮，選用了焊縫強度較好的鋁鎂合金焊絲。母材及焊絲的化學(xué)成分組成如表1所示。

表1 母材及焊絲的化學(xué)成分（%）

Si+Fe   Cu     Mn       Mg      Cr     Zn     Ti      Al

焊絲   0.5   0.1 0.05~0.2 4.5~5.5 0.05~0.2 0.1 0.06~0.2 余量

母材   0.27                                                  余量

4.4焊接參數(shù)

焊接參數(shù)為：電流200-250A，電壓22——25V，送絲速度12-13m/min,氬氣流量17.5L/min,氬氣純度不低于99.70%。

4.5管子與管板的定位

鋁管的固定采用托板的方式，就是按照鋁管的伸出長度的要求，將直徑與管板的直徑相同的鋼板，按照筒體上的法蘭孔距鉆孔，然后將托桿用螺絲固定在筒體的法蘭上?？客邪鍖X管定位。這樣，節(jié)省了對管子和管板的點焊固定工序。

4.6焊接

將冷凝器立置，焊接為平焊位置，焊接處用角磨機打磨，露出金屬光澤。焊接時從右側(cè)到左側(cè)進行施焊，每一列管子在前后的圓周方向上分為上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)，焊完上半?yún)^(qū)，再焊下半?yún)^(qū)。將管板過橋及管子的四周焊接一層厚度大于4毫米的堆焊層，不僅焊縫的熔深較深，在管橋上堆焊了一層焊道，管板的厚度增大，同時也大大增加了管板的剛度，改善管板上焊縫的力學(xué)性能，焊口的抗裂性增大。焊接時要掌握焊接的移動速度，焊炬與管板成70-75°角，焊接電弧的長度應(yīng)保持與氬氣保護罩的直徑相同，約為20 mm。電弧過短容易燒損焊槍嘴和堵槍嘴。電弧過長則氬氣保護不好，熔池的飛濺大，容易造成焊道的表面缺陷，影響成型。收弧時注意將弧坑填滿。

五、結(jié)束語

鋁制冷凝器是生產(chǎn)車間的主要設(shè)備，用于二硫化碳的回收，由于該設(shè)備運行一段時間就會發(fā)生泄漏，每兩年就需更換。該設(shè)備是制約生產(chǎn)長周期安全穩(wěn)定運行的瓶頸，通過充分的論證、調(diào)研，查閱資料，分析認為，主要原因是焊口的承力低。提出了用熔化極氬弧焊代替鎢極氬弧焊工藝，焊接鋁制冷凝器6臺，經(jīng)一年多的生產(chǎn)運行檢驗，效果優(yōu)異。2003年6月，采用熔化極氬弧焊對3臺鋁冷凝器焊接，經(jīng)水壓試漏合格后投入運行，經(jīng)一年的使用效果對比，采用鎢極氬弧焊方法焊接的冷凝器，發(fā)現(xiàn)在焊口有12處開裂，而熔化極氬弧焊焊接的冷凝器，只發(fā)現(xiàn)一處開裂，且漏點在距離焊縫20毫米的管體上。預(yù)計采用熔化極氬弧焊的工藝比鎢極氬弧焊的工藝焊接的設(shè)備，其使用壽命提高1倍以上。2004年7月，焊接鋁冷凝器4臺。每臺冷凝器的制造成本約5萬元，可為工廠節(jié)約35萬元，同時因設(shè)備的泄漏點的降低，增加了CS2物料的回收量，CS2排放減少，具有一定的社會效益。