多晶硅尾气过滤器焊接变形控制

王杰

最近，我公司承接了8台多晶硅尾气过滤器。过滤器采用我公司专利技术高效离心管束式结构，100%移除φ10μm及其以上尺寸大小的固体颗粒，且分离入口到出口的压降＜7kPa，能够较好分离尾气中的固体杂质，为尾气回收利用提供了保证。产品的结构如图1所示，产品技术参数如表1所示。由图1可看出，设备由两大部分组成，一个是内部分离内件旋风管组件，一个是容器外壳。因设备材质是316不锈钢且壁薄，按照以往产品的制作经验，一定会产生较大的焊接变形，为此，我们制定了以下一系列焊接变形控制方案。

1. 旋风管组件焊接变形控制

根据图样要求，旋风管组件上部管板焊接后的公差要求为3mm，管板材质为316不锈钢，厚度6mm，且是单面焊。这种工况下，要想保证较好的平面度，需要从以下几个方面进行控制。

第一，选用热输入量较小的气体保护焊以及焊接参数，具体如表2所示。

第二，设计合理的焊接顺序，减少热量集中。将整个管板分为4个区，1区与2区对称焊接，3区与4区对称焊接，从内向外按照扇形辐射方式进行（见图2）。

第三，背面浸入水中，边焊接边冷却。由于设备较小，所以只需制作一个水槽灌满水，将设备浸入水中，管板下表面刚好贴着水面（见图3）。

通过以上方案的实施，焊接变形控制在了2mm之内，完全满足了图样要求。

2. 容器筒体焊接变形的控制

图1

表1 设计技术参数

表2 焊接参数

众所周知，6 mm以下的不锈钢焊接最容易出现变形。一旦控制不好，焊接变形会很大，如果返修，返修后的焊缝变形更大。我们以前做过类似的产品，在某些方面还有考虑不周到之处。主要表现在：旋风管组件与容器组装焊接后，在焊缝处出现“束腰”现象；焊接后的接管管座高度尺寸变小超差。

（1）焊缝“束腰”现象的控制 本产品采用高效分离旋风管组件，内件管板与筒体组装焊接后，极易产生“束腰”变形现象。

以前的设计，管板离筒体环缝只有50mm，边缘刚性差，焊接后，管板外侧的筒体出现收口现象，与封头组对后，错边量超差严重。为了避免这种现象，在设计之初与客户进行了有效沟通，设计管板离环缝边缘达120mm，大大增加了筒体边缘的刚性，减少端面收口变形问题（见图4）。

控制旋风管组件管板与筒体的间隙，以能装进为宜。为此，我们改变了制作顺序，增加了筒体卷制焊接圆度公差的控制。以前我们产品是内件与容器一起下料分别制作，那样就会造成装配时管板与筒体的间隙过大，有时每侧间隙能达到5mm，这么大的间隙焊接起来一定会出现严重收缩变形。这次的方案是，先卷制筒体，并严格要求筒体的圆度，圆度控制在0.5%以下。等筒体成形后，根据筒体的外圆周长计算出直径，这样旋风管组件的管板外径就确定了，配合后的间隙每侧控制在1mm之内。焊后，我们进行了管板处筒体直线度的测量，“束腰”变形≤1mm，很好地解决了该问题。

（2）焊接变形后接管尺寸变短的控制 由于筒体开孔较大，焊接接管后会产生较大的焊接变形，筒体会出现内凹现象，接管高度也会随着变短，不能满足图样公差要求。

接管装配后先进行一层氩弧焊打底，这一层焊接后，测量接管处筒壁的变形情况，几乎没有。所有接管进行氩弧焊打底完成后，将容器内灌满水，然后再进行接管焊缝的盖面焊接。这样，边焊边进行水冷却，较好地减少了接管的焊接变形。焊接参数如表3所示，充水后的设备焊接如图5所示。

接管虽然采取了背面冷却焊接，但还会有一定的变形，为了满足图样要求的尺寸，我们对设备接管增加了焊接工艺余量，根据以往的经验，接管下料长度都增加了2mm。

图2

图3

图4

图5

表3 焊接参数

3. 结语

通过上述措施，不锈钢变形得到了有效控制。上海客户现场见证并测量了所有尺寸，均满足图样及标准要求，检验一次通过，并对产品的制作质量给予了较高的评价。同时，也为我们以后制作同样类型的产品积累了丰富的经验，为同行业产品的制造提供了借鉴。