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減小空調壓縮機焊接變形的研究

2019-11-10 01:37   评论:43 点击:724
  中國鋼管信息港據知情人士透露:進行了理論分析,研究其產生的規律,並結合生產實踐,提出了減少和預防焊接殘餘應力和變形釀成的中間偏移、關鍵尺寸變化等方麵不良影響的措施和建議:其中重點分析了三點塞焊和上環焊殘餘應力和變形的形成過程和對壓縮機產生的危害,和減少和預防焊接殘餘應力和變形、進步產品性能的經驗。
  
  1空調壓縮機焊接工藝簡介轉子壓縮機和渦旋壓縮機是兩種結構差異很大的產品,不鏽鋼複合鋼板厚壁壓力容器焊接麥穗華(廣州廣重企業團體有限公司,廣東廣州高壓釜是我公司定型批量產品,厚度往往大於25mm以往由於不鏽鋼複合鋼板供貨困難,複層加基層的厚度均未超過25 mm,故這類設備的製造一向采用襯裏或堆焊複合層等方法襯裏工藝複雜,質量不穩定,結合率不高,生產效率低堆焊工藝極複雜,勞動強度大,生產效率低,是以本錢高近年來 ,隨著不鏽鋼複合鋼板技術日益成熟,我公司己成功地將不鏽鋼複合鋼板用於製造高壓釜,把握了不鏽鋼複合鋼板的切割 、衝壓卷圓、焊接和熱處理等製造工藝,筆者以M-A高壓釜為例,側重闡述厚壁不鏽鋼複合鋼板的焊接題目1材料要求M-A高壓釜屬於三類壓力容器,其首要技術參數:設計壓力12.5MPa,最高工作壓力11MPa,設計溫度300C,最高工作溫度290°C,體積1.介質為苯胺、匚及筒體內徑3800爪爪;主體材質基層為16皿打隻,厚度50爪叫複層118見9(實際由321代替),厚度4mm對M-A高壓釜用複合鋼板質量有較嚴格的要求:①複層不得有疏鬆、裂紋、麻點和劃痕等影響腐蝕性的外觀缺陷,基層與複層貼合麵應占總麵積的95%以上 ,局部未貼合麵積不得超過50mm2②力學性能符合GB8156- 87不鏽鋼複合鋼板的規定。③對鋼板逐張進行超聲波探傷,按B 4730-94〈壓力容器無損檢測之8.3壓力容器複合鋼板超聲檢測級驗收④複層按GB4334. 5-90〈不鏽鋼硫酸硫酸銅腐蝕試驗方法做晶間腐蝕傾向試驗合格。固然兩者采用的焊接工藝差別並不大,但是正由於其結構的差異,使得他們在同樣的焊接方法下產生的焊接變形及其對產品質量和性能的影響有明顯區別。
  
  吊環C02焊:上外罩MAG焊電器盒,密封插;座凸焊:下軸承,體TIG焊排氣管丨銀釺焊、支架凸焊I吸氣管>誨釺焊丨貯液筒爐中舒焊fc液筒銀釺焊下外;MAG轉子壓縮機和渦旋壓縮機的結構及其焊接方法140圖中標出了所有焊縫(點)的焊接方法,從結構上可以看出,轉子壓縮機三點塞焊是將筒體和氣缸焊接在一起,渦旋壓縮機的三點塞焊是將筒體和下軸承體焊接在一起、四點塞焊是將筒體和支架焊接在一起。另外,轉子壓縮機上外內沒有關鍵零件,而渦旋壓縮機的上外罩內有一個圓盤狀的零件——隔板,它與上外罩之間是通過高頻加熱“熱壓”並形成過盈聯接而連成一體的。
  
  根據生產線上對壓縮機故障的判定,首要故障“無能力”、“不啟動” 、“卡死”的相關工序為三(四)點塞焊和上外罩環焊(以下簡稱上環焊),均是熔焊工序。在所有三大類焊接方法中,也隻有熔焊產生的焊接應力和變形最大。所以有必要對其進行具體分析,探討題目發生的機理和應當采取的對策及預防措施,以不斷降低產品不良率,減少生產損失,進步產品質量和性能。
  
  2焊接應力和變形產生機理在壓縮機塞焊和環焊過程中,由於被焊接的零件(母材)被其它零件在整體尺寸上已限製住了,形成了拘束條件;同時,熔焊所產生的篼溫足以使母材產生劇烈熱膨脹並達到屈服極限。另外,熔焊所產生的篼溫液態金屬很大程度上抵消了母材受熱所產生的膨脹趨勢,也就使彈性變形量相對減少 ,從而使母材冷卻後將盡大部分膨脹趨勢轉化成縮短趨勢,終究加劇了殘餘應力和變形的影響程度。所以壓縮機塞焊和環焊不僅存在上述兩個形成殘餘應力和變形的條件,而且液態金屬對膨脹趨勢的吸收,更加劇了殘餘應力和變形的程度。
  
  中國鋼管信息港據知情人士透露:顯示的是典型的對接接頭在非拘束條件下,經過焊接熱應變循環後所產生的焊接殘餘變形。是以可以推斷:假如在拘束條件下,焊縫翹曲變形趨勢將轉化為向下的變形趨勢或向下的推應力。
  
  3調壓縮機焊接變形規律的分析壓縮機的塞焊點和環焊縫的殘餘應力和變形從微觀上看是遵守上述變形規律的,但宏觀上表現出來的現象就不盡相同。
  
  首先以轉子壓縮機三點塞焊的塞焊點為例,該焊點剖麵呈三角形,經過上述焊接熱應變循環後內部殘餘較大的拉應力,被焊接的母材——筒體和氣缸均被拉向焊點中間;同時,三角形焊點的兩個“邊”的收縮應力受到了母材(壓縮機筒體)的拘束,但在外側的“邊”
  
  由於沒有受到拘束而產生收縮變形,也就有翹曲變形。從壓縮機整體上觀察,由於壓縮機筒體(母材)為圓桶形、剖麵為圓形,焊點的橫向收縮使該圓周長變短、半徑縮小,而且由於翹曲變形的存在,使得焊點相對於原始位置向壓縮機中間移動、並伴隨指向壓縮機軸心的推應力。三個塞焊點的這類由收縮拉應力而引發的指向壓縮機軸心的推應力及其激發同方向的變形,將全部感化在轉子壓縮機的氣缸上。
  
  轉子壓縮機氣缸的外形及三點塞焊焊點的位置在圓周上沒有對稱分布,如許就會負氣缸在三個塞焊點殘餘推應力(變形)感化下偏離原本的中間位置。這就使得與氣缸相聯接的曲軸電機轉子組件也偏移了原本的中間。電機轉子假如偏移了以電機定子為基準的中間就會造成電機氣隙的不均勻,電機氣隙不均勻會降低電機的效率、增大損耗,不僅會產生能效比降低 、啟動困難和噪聲增高的不良現象,而且嚴重時會導致壓縮機無法正常啟動甚至將電機燒毀。另外,氣隙分歧格是無法修複的故障,一經產生隻能作報廢處理。
  
  不僅如此,三點塞焊的焊接殘餘應力和變形還會危害到其它零件。就是對氣缸在三點塞焊前後的內徑輪廓度計量的結果。從圖上可以明顯看出在塞焊點推應力感化下產生的凹陷變形,而且滑片槽的尺寸也是以而明顯變小 。
  
  滑片槽的尺寸是轉子壓縮機最關鍵的裝配尺寸之一,每台壓縮機都要嚴格計量該尺寸、並以幾個微米為單位進行分組配套裝配,因而可知該尺寸的首要程度。滑片槽的寬度在焊接殘餘應力和變形的感化下變窄今後,會使滑片在窄間隙內無法正常地靈活活動,也就會在高低壓腔間產生泄漏,即內漏。一般都會造成壓縮性能效比偏低、排氣溫度升篼,大大降低了壓縮機的性能:嚴重時會造成壓縮機壓力升不上往,即產生“無能力”的故障,或者滑片卡住壓縮機使其不能轉動,產生“卡死”的故障。
  
  對於渦旋壓縮機,固然塞焊點產生的焊接殘餘應力和變形始終存在,但是由於其塞焊零件上的塞焊點在圓周上對稱分布,不會產生中間偏移,也就不會產生“氣隙不均勻”的故障;而且塞焊的零件——支架和下軸承體在結構上也沒有滑片槽之類的缺口,同樣不會產生“無能力”和“卡死”的故障。特別指出的是,渦旋壓縮機塞焊點的剖麵呈橢圓型,所產生的推應力首要來自塞焊點圓周方向上的收縮,其焊接殘餘應力和變形的趨勢遠小於轉子壓縮機 ,這裏不再具體分析。
  
  以上是塞焊的焊接殘餘應力和變形對壓縮機質量和性能影響的規律,下麵再看上環焊的焊接殘餘應力和變形對壓縮機質量和性能影響的規律。
  
  壓縮機的上環焊是指用C02或者MAG的方法,將上外罩與筒體聯接在一起的方法。
  
  其焊接殘餘應力和變形趨勢見(非拘束條件下搭接接頭的焊接變形) 。
  
  渦旋壓縮機上環焊的焊接變形過程根據的變形趨勢,結合前麵對塞焊點變形趨勢的分析,可以很輕易得出在筒體和上外罩的相互拘束下,環焊焊縫同樣會產生指向壓縮機軸心的推應力,並且伴隨著圓周方向的緊縮變形。同時由於環焊縫不是同時焊接成形的,先焊接的部分首先產生推應力和變形,使上外罩相對於筒體發生中間偏移,終究造成最後焊接的部分是在己經偏移了中間的基礎上完成焊接過程的,是以上環焊焊接殘餘應力和變形危害首要表現在上外罩的中間偏移上。
  
  (轉子壓縮機的結構)可以看出 :轉子壓縮機的上外罩與壓縮機運轉的零件沒有剛性的聯接,上述的上環焊所產生的殘餘應力和變形不會對轉子壓縮機的性能產生多大的不良影響。從(渦旋壓縮機的結構)可以發現:其上外罩內有很多零件,其中以隔板最為首要。由於渦旋壓縮機的隔板不僅與上外罩過盈聯接,而且又與渦旋壓縮機的關鍵零件——靜盤(靜渦盤)彈性聯接 。如許一來,上環焊的殘餘應力和變形將通過隔板傳遞到靜盤上,使靜盤產生中間偏移 。
  
  對於渦旋壓縮機而言,消息盤是最精密和最關鍵的零件,兩者之間的活動間隙隻有10個微米,見 。焊接變形釀成的靜盤中間偏移必然減小消息盤之間的間隙,使兩者產生摩擦和碰撞,增大了壓縮機的運轉阻力。是以,與轉子壓縮機滑片槽尺寸減小的後果相類似,一般都會造成壓縮性能效比偏低、壓縮機噪聲升高,大大降低了壓縮機的性能;嚴重時會卡住壓縮機使其不能轉動,產生“不啟動”甚至“卡死”的故障。
  
  從還可以看出 :渦旋壓縮機的漸開線有兩圈半,也就是說環焊所產生的焊接殘餘應力和變形在任何方向上出現都會產生上述的嚴重後果。是以,減小並消除上環焊所產生的焊接殘餘應力和變形,對保證渦旋壓縮機性能很首要,必須采取有效的消除和預防措施。
  
  4減少焊接應力和變形的對策根據上麵的分析可以看出:對壓縮機產生危害的焊接殘餘應力和變形首要來自轉子壓縮機的三點塞焊和渦旋壓縮機上環焊過程。針對其產生的機理和規律,就可以降低或預防它對壓縮機質量和性能的不良影響,這方麵的措施總結起來首要有工藝和設計兩個方麵的對策。
  
  在工藝方法上,減少焊接熱輸進量、科學配置工藝參數可以達到減少並消除焊接殘餘應力和變形的目的。例如調整轉子壓縮機三點塞焊的熱輸進量、進行塞焊點的多次焊成型,同時嚴格控製三個塞焊點的電流比例,消除焊接殘餘應力和變形產生的氣缸中間偏移。但是如許做就給塞焊點的氣密性保證造成很大困難 。壓縮機的焊接工藝不僅要保證焊點強度、減少應力和變形的影響,而且還要保證壓縮機的氣密性;相同尺寸的塞焊孔要用小的、各不相同的焊接規範進行焊接,勢必增加保證焊點氣密性的難度 。這方麵的工作之前做了很多,但收效並不十分明顯,是以從設計上避免焊接殘餘應力和變形對壓縮機性能的不良影響才是理想的解決辦法。
  
  以轉子壓縮機的氣缸為例,根據前麵對應力和變形的分析,假如將其設計成三個塞焊點四周增加吸收焊接變形的工藝孔,就可以減少氣隙不均勻的產生;假如在滑片槽四周增加吸收應力和變形的工藝孔就可以預防“無能力”和“卡死”故障。這些設計思想己經在新型的雙轉子壓縮機和變頻轉子壓縮機上得到了體現。
  
  從上可以發現新型的氣缸充分考慮到了對焊接殘餘應力和變形的預防;從生產線的故障率看,由於焊接殘餘應力和變形產生的故障明顯減少,大大降低了壓縮機裝配下限率:與此同時,新型的轉子壓縮機的能效比也較原機型上了一個台階。
  
  對於渦旋壓縮機上環焊的殘餘應力和變形 ,參照大型結構件焊接前的點焊固定 、預防變形的經驗,采用上環焊前點焊固定技術(四點預焊),很好地解決了壓縮機“不啟動”
  
  的題目。具體地講就是在環焊起焊點對麵,預先點焊住上外罩,使其預先產生一個與環焊變形相反的變形 ,抵消環焊所產生的殘餘應力和變形;然後在其它方向對稱地再點焊三個點,以便使上外罩與筒體之間剛性固定,減少中間偏移的發生。該方法使用後,渦旋壓縮機的不啟動率降低了90%,取得了明顯效果。但是,盡管消除了焊接殘餘變形,殘餘應力還是傳遞到了零件上要徹底避免焊接殘餘應力和變形對消息盤的影響,還是要從設計上考慮 。
  
  在設計方麵,假如將消息盤和隔板等剛性(或者彈性)聯接的零部件裝配成整體,不與焊接母材(例如筒體或上外罩)接觸,就可以避免上環焊的殘餘應力和變形傳遞到關鍵零部件上。這方麵可以參看其它廠家的結構設計。比如,萬寶壓縮機公司的500DH-80C1渦旋壓縮機在結構上就是沒有在上外罩內設計大的零件,因此環焊變形幾乎沒有傳遞到消息盤上;還有穀***司生產的ZR係列30>K3係列壓縮機采用了另外一種方法,即將上外和筒體首先嵌進隔板的溝槽內,然後再焊接 ,也就是使用隔板的剛性限製環焊變形等等,這些從設計上避免焊接變形傳遞到渦旋盤的做法值得我們鑒戒。中國鋼管信息港據知情人士透露
  
  

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