磁力驱动泵隔离套平焊工艺设计及焊接参数分析

2017-02-22徐创文史志成景宏斌

焊接 2017年1期

关键词：氩弧焊焊枪氩气

张玲徐创文史志成景宏斌张兵

(兰州工业学院甘肃高校绿色切削加工技术及其应用重点试验室，兰州 730050)

磁力驱动泵隔离套平焊工艺设计及焊接参数分析

张玲徐创文史志成景宏斌张兵

(兰州工业学院甘肃高校绿色切削加工技术及其应用重点试验室，兰州 730050)

为降低现有磁力驱动泵隔离套的加工成本并提高生产效率，设计了一套便于加工、节约成本和时间的焊接工艺装备。利用该装备研究了不锈钢钨极氩弧焊焊接时，焊接电流、氩气流量及钨极锥角等工艺参数对焊缝成型的影响，并得出相关焊接数据。研究结果表明，通过调节各工艺参数及利用各参数间的相互配合，焊接电流为110 A，氩气流量为10 L/min，钨极锥角取45°时，焊缝成型效果较为理想。

隔离套氩弧焊焊接参数焊缝成形

0 序言

磁力驱动泵以其不泄露、密封性好的特点，在运送高温、高压、危险、贵重等流体介质时有着广泛的应用，特别是随着磁力驱动技术的日益成熟，各类磁力驱动泵在石油、化工、军工、医药等工业领域发挥着重要作用。磁力驱动泵的核心部件隔离套，位于内外磁转子之间[1]，介质完全密封在隔离套内。在具高强腐蚀性的条件下，隔离套大多是采用棒料锻造后，通过机械加工方法制造而成，虽提升了其耐腐蚀性和强度，但造成了材料的浪费，并延长了加工周期[2]，限制了磁力驱动泵的使用范围。为了创造更大的社会和经济效益，提高能源利用率，改进隔离套的加工工艺、降低加工成本及提高生产效率是当务之急。文中以隔离套的选材、结构设计、加工工艺设计等方面为切入点，采用理论分析和试验测试相结合的方法，分析不同的氩弧焊工艺参数对焊缝成型的影响，得出最优焊接参数，以便在最大限度降低生产成本的基础上，进一步完善和改进现有的生产工艺。

1 总体方案的确定

隔离套的整体结构如图1所示，由筒体、法兰和底座三部分组成。

文中所选用的焊接材料为无磁性的304奥氏体不锈钢，因其具有良好的综合力学性能和优良的焊接性，一般无需焊前预热及后热[3]。隔离套生产方式为氩弧焊焊接[4]，先将厚度为1.2 mm的不锈钢薄板平焊成隔离套筒壁，再将筒壁与法兰和底部焊接为一体。焊缝单面焊接双面成型，选择钨极氩弧焊焊机，电流正接，焊机型号为WSM-400IGBT逆变式直流脉冲氩弧焊机(TAYOR上海通用电焊机)，使用水冷、倾斜式、无送丝GTAW焊枪。

图1 隔离套整体结构示意图

采用定变量方法进行数据采集和整理，以焊接电流、氩气流量、钨极锥角等为调节变量分别进行焊接，采用超景深显微镜(Smartzoom 5)对各组焊缝组织形态进行观察，分析不同焊接工艺下的焊缝成型，以探索出最优的焊接工艺参数。

2 氩弧焊平焊隔离套工艺设计及焊接设备

一次完整的平焊焊接工艺过程具体分为：裁板、卷半圆弧并压成D字形、焊前清理、装夹、焊接、拆卸、卷圆等步骤。

2.1 裁剪1.2 mm厚304不锈钢

将一定规格的1.2 mm厚的304不锈钢板用剪板机裁剪成356 mm×76 mm的试板。

2.2 卷半圆弧并压D字形

将裁剪好的不锈钢板用偏三星卷板机将其卷制成一定弧度的半圆弧形(图2)，将钢板两端曲面再卷板机上压平，压平后的长度不得小于30 mm，使之成为D字型，形成I形坡口，如图3所示。

图2 卷半圆弧

图3 压D字形

2.3 焊前清理

用锉刀清除焊接面上的毛刺，然后用异丙醇彻底清洗焊接区域，去除焊件坡口面及焊接区上下表面50～100 mm范围内的油脂、油漆、氧化膜及铁锈等。

2.4 装夹

依据浮动式夹具原理[5-6]，设计制造出如图4所示的专用平焊夹具，主要由底座、支座、支架、压板、T形槽压板、螺栓等组成，采用合金钢分别加工而成，具有结构简单，装夹方便等优点，装夹试件后如图5所示。

2.5 焊接

文中设计的焊接设备主要由控制装置、驱动装置、减速装置、焊枪移动旋转装置、工件装夹装置、工作台、导轨及尾座几部分组成[7]。在整个隔离套的焊接过程中，包括平焊和圆周焊两部分，设备原理图如图6所示。

图4 平焊夹具装配图

图5 试件装夹图

图6 设备原理图

其中平焊过程采用工件不动而焊枪移动的方式，焊枪装夹在辅助支架上，辅助支架固定在电动刀架上，而电动刀架固定于十字工作台上。焊接时数控装置控制工作台以一定的速度沿着X轴或Y轴移动，从而带动刀架和焊枪移动进行焊接。在整个系统中由数控系统综合试验台驱动程序实现自动化焊接，以减小因人为因素对焊接过程及焊缝质量造成的影响，最终实现隔离套低成本、高效率、高质量的批量化生产。焊接基本参数见表1。

表1 焊接基本参数

2.6 拆卸

将焊好的成品从平焊夹具上拆卸下来。

2.7 卷圆

将半成品放至卷板机进行多次卷圆，以达到所规定的圆度要求即可，这样便完成了从材料到成品的一次完整的焊接过程。

3 焊接参数对焊缝成型的影响

采用定变量方法进行数据的采集和整理，以焊接电流、氩气流量、钨极锥角等为调节变量，通过反复调节不同的焊接工艺参数，获得较优焊接工艺参数。

文中共进行了15组试验，结合试验数据及焊缝形貌，从中挑选出4组数据，如表2所示。前两组所用钨极锥角为20.70°，瓷嘴型号为5，内径为8.0 mm；后两组所用钨极锥角为45°，锥角直径为1.1 mm，锥面长5.2 mm，瓷嘴型号为6，内径为9.5 mm。采用超景深显微镜(Smartzoom 5)对各组焊缝质量进行观察，图7为四组不同焊接工艺参数下的焊缝形貌。可以看出，第一组焊缝表面有气孔、夹渣等缺陷，焊接表面粗糙。第二组焊缝呈金黄色，熔宽也在合理范围内，但也存在少量气孔和夹钨等缺陷。第三组焊缝表面呈黑色，焊缝不均匀，第四组焊缝呈金黄色，且平整均匀。