电磁搅拌器内筒包板焊接裂纹的预防

王洪

摘 要：本文简要介绍了电磁搅拌器内筒包板的焊缝结构形式与工作条件，对304与310不锈钢的焊接性进行了分析，着重指出了产品防止裂纹的焊接工艺措施以及取得的效果。

关键词：电磁搅拌器;裂纹;焊接工艺;效益

电磁搅拌器由于工作环境非常恶劣，长期处在高温状态下工作，有的产品在使用不到一年后就出现开裂现象，严重影响了产品的使用寿命，甚至报废。据调查，国内很多电磁搅拌器生产厂家的产品虽然价格比国外产品便宜，但产品质量也存在一些问题，主要是壳体出现焊缝开裂，导致循环冷却水泄漏，发生短路现象。本人近幾年在岳阳市周边企业指导电磁铁厂焊工的培训过程中，常遇到电磁搅拌器产生裂纹的案例。电磁搅拌器壳体主要由304不锈钢和310不锈钢组成，如果焊接工艺或焊接材料选择不当会造成裂纹，影响产品使用寿命。

一、产品结构缺陷部位及原因分析

电磁搅拌器的类型多种多样，方圆坯凝固末端电磁搅拌器之一的环形铁芯铜管绕组水内冷式搅拌器的内筒结构。

筒体焊缝结构主要由搭接接头组成，个别地方还有十字接头，裂纹产生部位主要集中在图中十字焊缝和搭接焊缝处，焊缝接头形式为搭接和十字接头。其中隔栅条材质为304不锈钢，内、外筒体板材质为310不锈钢。产品使用时在内、外筒夹板间通循环水进行冷却，以降低高温状态下的钢坯对线圈的烧损。

该产品的工作压力为8kgf/cm，交工前按设计要求进行了12 kgf/cm的水压试验且无渗漏现象。但由于工作环境非常恶劣，又处在500℃～600℃高温下工作，有的产品在使用1～3个月后，出现了图中部位的开裂现象。每年由焊缝开裂所造成的维修成本很高，给企业带来了很大的经济负担。

通过对返修产品的裂纹检查和现场施工情况分析，产生裂纹的主要原因首先是下料尺寸不够准确、间隙过宽、强行装配，其次是焊接时电流过大、施焊顺序不合理，导致产生了较大的焊接残余应力和变形，引起裂纹的产生。

二、焊接性分析

（1）力学性能：304和310不锈钢的力学性能如下表所示。

（3）物理性能：304钢和310钢都属于奥氏体不锈钢，304钢和310钢的平均线膨胀系数在0～649℃时相差很小，热导率在500℃时两者相差也不大。

通过上述对比分析可知，这两种钢是能够进行焊接的，焊接时一般不需要采取特殊的焊接工艺措施。但如果焊接材料和焊接工艺选择不当，可能会产生晶间腐蚀和热裂纹等问题。

三、焊接工艺

（1）焊接方法：奥氏体不锈钢的焊接性较好，常用的焊接方法有焊条电弧焊和钨极氩弧焊。钨板氩弧焊接热影响区和焊接变形小，焊缝成形美观，结合该产品的板厚和结构情况，采用钨板氩弧焊更能保证焊缝的质量。

（2）焊接材料：310属于耐热、耐高温不锈钢，304属于普通型不锈钢，为了防止晶间腐蚀和热裂纹的产生，焊丝中的主要成份Cr、Ni含量应不低于母材金属含量的最高值。因此应选用和310不锈钢等成分的ER310焊丝。

（3）焊接工艺参数：奥氏体不锈钢焊接如果工艺参数选择不当，特别是焊接热输入过大时会产生晶间腐蚀和热裂纹。焊接工艺参数见下表。

四、焊接工艺措施

通过对该电磁搅拌器内筒包板焊接裂纹的分析以及现场施工过程中所发现的一些问题，主要措施有以下几个方面。

（1）装配：严格按图纸要求下料，不得强行装配，有的焊缝间隙过大，强行装配后焊接应力和焊接变形大，增加了产生裂纹的倾向。特别是返修焊缝，强行装配后极易产生裂纹倾向。

（2）焊接工艺：首先，采用小热输入，小电流快速焊。奥氏体不锈钢焊接，为了防止晶间腐蚀和热裂纹，减小焊接变形，宜采用小热输入、小电流短弧快速焊。小电流短弧快速焊，冷却速度快，在敏化温度区停留时间短，有利于防止晶间腐蚀;热输入小，焊接应力就小，有利于防止热裂纹和焊接变形。其次，采用正确的焊接顺序。该产品主要由搭接焊缝和十字焊缝组成，焊缝形状不规则。焊接时应先焊收缩量大的焊缝和十字焊缝，尽可能采用对称焊，对于长焊缝要采用分段焊和退焊，避免因焊接时产生过大的焊接残余应力而导致裂纹的产生。

五、注意事项

施工过程中要严格按图纸设计要求进行装配和焊接，且焊缝尺寸要满足图纸设计要求;另外，提高焊工的质量责任意识，有的焊工为了提高效率而忽略了质量要求。

六、结论

通过我对该公司技术指导及近一年的质量跟踪后，裂纹发生率明显下降，产品质量显著提高，产品返修周期由过去的3个月提升到将近一年时间左右，每台搅拌器为企业节约资金约1万多元。

参考文献：

[1]张红霞，杜永胜.不同电磁搅拌器内电磁力的有限元数值计算[J].铸造设备与工艺，2011（03）：35-37.