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    减小空调压缩机焊接变形的研究

    2018-07-31   来源:   点击数:7次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港据知情人士透露:进行了理论分析,研究其产生的规律,并结合生产实践,提出了减少和预防焊接残余应力和变形造成的中心偏移、关键尺寸变化等方面不良影响的措施和建议:其中重点分析了三点塞焊和上环焊残余应力和变形的形成过程和对压缩机产生的危害,以及减少和预防焊接残余应力和变形、提高产品性能的经验。
      
      1空调压缩机焊接工艺简介转子压缩机和涡旋压缩机是两种结构差异很大的产品,不锈钢复合钢板厚壁压力容器焊接麦穗华(广州广重企业集团有限公司,广东广州高压釜是我公司定型批量产品,厚度往往大于25mm以往由于不锈钢复合钢板供货困难,复层加基层的厚度均未超过25 mm,故这类设备的制造一直采用衬里或堆焊复合层等方法衬里工艺复杂,质量不稳定,结合率不高,生产效率低堆焊工艺极复杂,劳动强度大,生产效率低,因此成本高近年来,随着不锈钢复合钢板技术日益成熟,我公司己成功地将不锈钢复合钢板用于制造高压釜,掌握了不锈钢复合钢板的切割、冲压卷圆、焊接和热处理等制造工艺,笔者以M-A高压釜为例,着重阐述厚壁不锈钢复合钢板的焊接问题1材料要求M-A高压釜属于三类压力容器,其主要技术参数:设计压力12.5MPa,最高工作压力11MPa,设计温度300C,最高工作温度290°C,体积1.介质为苯胺、匚及筒体内径3800爪爪;主体材质基层为16皿打只,厚度50爪叫复层118见9(实际由321代替),厚度4mm对M-A高压釜用复合钢板质量有较严格的要求:①复层不得有疏松、裂纹、麻点和划痕等影响腐蚀性的外观缺陷,基层与复层贴合面应占总面积的95%以上,局部未贴合面积不得超过50mm2②力学性能符合GB8156- 87不锈钢复合钢板的规定。③对钢板逐张进行超声波探伤,按B 4730-94〈压力容器无损检测之8.3压力容器复合钢板超声检测级验收④复层按GB4334. 5-90〈不锈钢硫酸硫酸铜腐蚀试验方法做晶间腐蚀倾向试验合格。虽然两者采用的焊接工艺差别并不大,但是正因为其结构的差异,使得他们在同样的焊接方法下产生的焊接变形及其对产品质量和性能的影响有明显区别。
      
      吊环C02焊:上外罩MAG焊电器盒,密封插;座凸焊:下轴承,体TIG焊排气管丨银钎焊、支架凸焊I吸气管>诲钎焊丨贮液筒炉中舒焊fc液筒银钎焊下外;MAG转子压缩机和涡旋压缩机的结构及其焊接方法140图中标出了所有焊缝(点)的焊接方法,从结构上可以看出,转子压缩机三点塞焊是将筒体和气缸焊接在一起,涡旋压缩机的三点塞焊是将筒体和下轴承体焊接在一起、四点塞焊是将筒体和支架焊接在一起。另外,转子压缩机上外内没有关键零件,而涡旋压缩机的上外罩内有一个圆盘状的零件——隔板,它与上外罩之间是通过高频加热“热压”并形成过盈联接而连成一体的。
      
      根据生产线上对压缩机故障的判断,主要故障“无能力”、“不启动”、“卡死”的相关工序为三(四)点塞焊和上外罩环焊(以下简称上环焊),均是熔焊工序。在所有三大类焊接方法中,也只有熔焊产生的焊接应力和变形最大。所以有必要对其进行具体分析,探讨问题发生的机理和应该采取的对策及预防措施,以不断降低产品不良率,减少生产损失,提高产品质量和性能。
      
      2焊接应力和变形产生机理在压缩机塞焊和环焊过程中,由于被焊接的零件(母材)被其它零件在整体尺寸上已经限制住了,形成了拘束条件;同时,熔焊所产生的篼温足以使母材产生剧烈热膨胀并达到屈服极限。另外,熔焊所产生的篼温液态金属很大程度上抵消了母材受热所产生的膨胀趋势,也就使弹性变形量相对减少,从而使母材冷却后将绝大部分膨胀趋势转化成缩短趋势,最终加剧了残余应力和变形的影响程度。所以压缩机塞焊和环焊不仅存在上述两个形成残余应力和变形的条件,而且液态金属对膨胀趋势的吸收,更加剧了残余应力和变形的程度。
      
      中国钢管信息港据知情人士透露:显示的是典型的对接接头在非拘束条件下,经过焊接热应变循环后所产生的焊接残余变形。因此可以推断:如果在拘束条件下,焊缝翘曲变形趋势将转化为向下的变形趋势或向下的推应力。
      
      3调压缩机焊接变形规律的分析压缩机的塞焊点和环焊缝的残余应力和变形从微观上看是遵循上述变形规律的,但宏观上表现出来的现象就不尽相同。
      
      首先以转子压缩机三点塞焊的塞焊点为例,该焊点剖面呈三角形,经过上述焊接热应变循环后内部残余较大的拉应力,被焊接的母材——筒体和气缸均被拉向焊点中心;同时,三角形焊点的两个“边”的收缩应力受到了母材(压缩机筒体)的拘束,但在外侧的“边”
      
      由于没有受到拘束而产生收缩变形,也就有翘曲变形。从压缩机整体上观察,由于压缩机筒体(母材)为圆桶形、剖面为圆形,焊点的横向收缩使该圆周长变短、半径缩小,而且由于翘曲变形的存在,使得焊点相对于原始位置向压缩机中心移动、并伴随指向压缩机轴心的推应力。三个塞焊点的这种由收缩拉应力而引起的指向压缩机轴心的推应力及其引发同方向的变形,将全部作用在转子压缩机的气缸上。
      
      转子压缩机气缸的形状及三点塞焊焊点的位置在圆周上没有对称分布,这样就会使气缸在三个塞焊点残余推应力(变形)作用下偏离原有的中心位置。这就使得与气缸相联接的曲轴电机转子组件也偏移了原有的中心。电机转子如果偏移了以电机定子为基准的中心就会造成电机气隙的不均匀,电机气隙不均匀会降低电机的效率、增大损耗,不仅会产生能效比降低、启动困难和噪声增高的不良现象,而且严重时会导致压缩机无法正常启动甚至将电机烧毁。另外,气隙不合格是无法修复的故障,一经产生只能作报废处理。
      
      不仅如此,三点塞焊的焊接残余应力和变形还会危害到其它零件。就是对气缸在三点塞焊前后的内径轮廓度计量的结果。从图上可以明显看出在塞焊点推应力作用下产生的凹陷变形,而且滑片槽的尺寸也因此而明显变小。
      
      滑片槽的尺寸是转子压缩机最关键的装配尺寸之一,每台压缩机都要严格计量该尺寸、并以几个微米为单位进行分组配套装配,由此可见该尺寸的重要程度。滑片槽的宽度在焊接残余应力和变形的作用下变窄以后,会使滑片在窄间隙内无法正常地灵活运动,也就会在高低压腔间产生泄漏,即内漏。一般都会造成压缩机能效比偏低、排气温度升篼,大大降低了压缩机的性能:严重时会造成压缩机压力升不上去,即产生“无能力”的故障,或者滑片卡住压缩机使其不能转动,产生“卡死”的故障。
      
      对于涡旋压缩机,虽然塞焊点产生的焊接残余应力和变形始终存在,但是由于其塞焊零件上的塞焊点在圆周上对称分布,不会产生中心偏移,也就不会产生“气隙不均匀”的故障;而且塞焊的零件——支架和下轴承体在结构上也没有滑片槽之类的缺口,同样不会产生“无能力”和“卡死”的故障。特别指出的是,涡旋压缩机塞焊点的剖面呈椭圆型,所产生的推应力主要来自塞焊点圆周方向上的收缩,其焊接残余应力和变形的趋势远小于转子压缩机,这里不再详细分析。
      
      以上是塞焊的焊接残余应力和变形对压缩机质量和性能影响的规律,下面再看上环焊的焊接残余应力和变形对压缩机质量和性能影响的规律。
      
      压缩机的上环焊是指用C02或者MAG的方法,将上外罩与筒体联接在一起的方法。
      
      其焊接残余应力和变形趋势见(非拘束条件下搭接接头的焊接变形)。
      
      涡旋压缩机上环焊的焊接变形过程根据的变形趋势,结合前面对塞焊点变形趋势的分析,可以很容易得出在筒体和上外罩的相互拘束下,环焊焊缝同样会产生指向压缩机轴心的推应力,并且伴随着圆周方向的紧缩变形。同时由于环焊缝不是同时焊接成形的,先焊接的部分首先产生推应力和变形,使上外罩相对于筒体发生中心偏移,最终造成最后焊接的部分是在己经偏移了中心的基础上完成焊接过程的,因此上环焊焊接残余应力和变形危害主要表现在上外罩的中心偏移上。
      
      (转子压缩机的结构)可以看出:转子压缩机的上外罩与压缩机运转的零件没有刚性的联接,上述的上环焊所产生的残余应力和变形不会对转子压缩机的性能产生多大的不良影响。从(涡旋压缩机的结构)可以发现:其上外罩内有许多零件,其中以隔板最为重要。因为涡旋压缩机的隔板不仅与上外罩过盈联接,而且又与涡旋压缩机的关键零件——静盘(静涡盘)弹性联接。这样一来,上环焊的残余应力和变形将通过隔板传递到静盘上,使静盘产生中心偏移。
      
      对于涡旋压缩机而言,动静盘是最精密和最关键的零件,两者之间的运动间隙只有10个微米,见。焊接变形造成的静盘中心偏移必然减小动静盘之间的间隙,使两者产生摩擦和碰撞,增大了压缩机的运转阻力。因此,与转子压缩机滑片槽尺寸减小的后果相类似,一般都会造成压缩机能效比偏低、压缩机噪声升高,大大降低了压缩机的性能;严重时会卡住压缩机使其不能转动,产生“不启动”甚至“卡死”的故障。
      
      从还可以看出:涡旋压缩机的渐开线有两圈半,也就是说环焊所产生的焊接残余应力和变形在任何方向上出现都会产生上述的严重后果。因此,减小并消除上环焊所产生的焊接残余应力和变形,对保证涡旋压缩机性能很重要,必须采取有效的消除和预防措施。
      
      4减少焊接应力和变形的对策根据上面的分析可以看出:对压缩机产生危害的焊接残余应力和变形主要来自转子压缩机的三点塞焊和涡旋压缩机上环焊过程。针对其产生的机理和规律,就可以降低或预防它对压缩机质量和性能的不良影响,这方面的措施总结起来主要有工艺和设计两个方面的对策。
      
      在工艺方法上,减少焊接热输入量、科学配置工艺参数可以达到减少并消除焊接残余应力和变形的目的。例如调整转子压缩机三点塞焊的热输入量、进行塞焊点的多次焊成型,同时严格控制三个塞焊点的电流比例,消除焊接残余应力和变形产生的气缸中心偏移。但是这样做就给塞焊点的气密性保证造成很大困难。压缩机的焊接工艺不仅要保证焊点强度、减少应力和变形的影响,而且还要保证压缩机的气密性;相同尺寸的塞焊孔要用小的、各不相同的焊接规范进行焊接,势必增加保证焊点气密性的难度。这方面的工作以前做了很多,但收效并不十分明显,因此从设计上避免焊接残余应力和变形对压缩机性能的不良影响才是理想的解决办法。
      
      以转子压缩机的气缸为例,根据前面对应力和变形的分析,如果将其设计成三个塞焊点附近增加吸收焊接变形的工艺孔,就可以减少气隙不均匀的产生;如果在滑片槽周围增加吸收应力和变形的工艺孔就可以预防“无能力”和“卡死”故障。这些设计思想己经在新型的双转子压缩机和变频转子压缩机上得到了体现。
      
      从上可以发现新型的气缸充分考虑到了对焊接残余应力和变形的预防;从生产线的故障率看,由于焊接残余应力和变形产生的故障明显减少,大大降低了压缩机装配下限率:与此同时,新型的转子压缩机的能效比也较原机型上了一个台阶。
      
      对于涡旋压缩机上环焊的残余应力和变形,参照大型结构件焊接前的点焊固定、预防变形的经验,采用上环焊前点焊固定技术(四点预焊),很好地解决了压缩机“不启动”
      
      的问题。具体地讲就是在环焊起焊点对面,预先点焊住上外罩,使其预先产生一个与环焊变形相反的变形,抵消环焊所产生的残余应力和变形;然后在其它方向对称地再点焊三个点,以便使上外罩与筒体之间刚性固定,减少中心偏移的发生。该方法使用后,涡旋压缩机的不启动率降低了90%,取得了明显效果。但是,尽管消除了焊接残余变形,残余应力还是传递到了零件上要彻底避免焊接残余应力和变形对动静盘的影响,还是要从设计上考虑。
      
      在设计方面,如果将动静盘和隔板等刚性(或者弹性)联接的零部件装配成整体,不与焊接母材(例如筒体或上外罩)接触,就可以避免上环焊的残余应力和变形传递到关键零部件上。这方面可以参看其它厂家的结构设计。比如,万宝压缩机公司的500DH-80C1涡旋压缩机在结构上就是没有在上外罩内设计大的零件,因而环焊变形几乎没有传递到动静盘上;还有谷轮公司生产的ZR系列30>K3系列压缩机采用了另外一种方法,即将上外和筒体首先嵌入隔板的沟槽内,然后再焊接,也就是使用隔板的刚性限制环焊变形等等,这些从设计上避免焊接变形传递到涡旋盘的做法值得我们借鉴。中国钢管信息港据知情人士透露
      
      
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