控制风机叶轮焊接变形及裂纹的工艺措施

朱加强

（山东现代莱恩空调设备有限公司 山东临沂225500）

控制风机叶轮焊接变形及裂纹的工艺措施

朱加强

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叶轮焊接后产生的变形不利于其平衡、强度。因存在焊接应力会产生变形，还需手工修形，工作量大。叶轮焊接变形主要与材料（碳素钢、普通低合金钢、中碳调质钢等）、料厚、焊接电流、工艺方法等有关。叶轮焊接变形分为焊接过程中变形和焊后变形（即焊接残余变形），其中焊接残余变形包括纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、叶片扭曲变形、前盘边缘波浪变形等。叶轮的变形主要是轮盖外圆呈波浪形。引起变形的原因是薄板焊接后存在于板中的内应力，在焊道附近是拉应力，离开焊道较远的两侧区域是正应力，如拉应力与压力正应力之间的差值较大，平板失去稳定，就发生波浪变形。

1 防止叶轮焊接过程变形的工艺措施

1.1 焊条的烘干

为了提高焊接质量、减少焊渣飞溅，使电弧能够稳定燃烧，防止焊中和焊后产生气孔和裂纹，要求焊前烘干焊条。常用的烘干方法见表1。

1.2 焊条直径的选用原则

对根部不要求完全均匀焊透的开Ⅰ形坡口焊接，T形接和背面清根封底焊的对接焊缝（2条），焊条直径可根据焊件厚度进行选用（见表2），如叶片与后盘、轮盖的T形接焊缝。如果焊条直径选用不合理，容易产生变形、开裂。

表2 焊件厚度与所选用焊条直径的关系

1.3 焊接电流的选用原则

焊接电流太大时，焊条尾部易发红，部分药皮的涂层脱落，易产生气孔，降低焊接机械强度，导致咬边、烧穿等焊接缺陷，且焊渣飞溅增多，影响焊道外观质量；还会使接头热影响区晶粒粗大，焊接接头的塑性下降，尤其对焊件材料16Mn和1Cr18Ni9Ti的影响更加明显。

焊接电流偏小时，会造成焊缝未焊透、未熔合、夹渣等缺陷，且焊接速度降低。因此，选用焊接电流时，首先在保证焊接质量前提下，应尽量选用较大的电流，以提高焊接速度。根据焊条直径选用焊接电流的原则见表3。

表3 根据焊条直径选用焊接电流的原则

根据板厚、焊接位置适当调整焊接电流。焊件越厚焊接热量失散得越快，故焊接较厚的焊件时，应选用表3中焊接电流的上限值；立、仰、横焊焊件时，应选用表3中焊接电流的下限值，根据实践摸索，一般其焊接电流比平焊小10%左右；焊接奥氏体不锈钢焊件时，为防止不锈钢焊条药皮发红开裂和降低晶粒之间腐蚀，其焊接电流应比同直径的碳钢焊条降低20%左右，因为不锈钢焊条电阻小，易发红。

1.4 焊接叶轮

先将叶片点焊在叶轮后盘上，再将轮盖放在叶片上找正、点焊固定，然后把叶轮装夹在焊接变位机上施焊。先从内圆向外圆对叶片施焊，再对称施焊另一叶片，先焊叶片与后盘的焊道，再焊叶片与前盘的焊道，可减少或避免焊件在焊接过程中变形。

2 防止叶轮焊接后变形和裂纹的工艺措施

上述方法可有效减小叶轮焊接变形，但焊件内部还有一部分残余内应力，焊件长时间放置时，因内应力的存在会使焊件产生焊后变形。防止叶轮焊接后变形方法很多，采用比较实用的方法可使叶轮焊接变形量降至最小。

（1）对焊件进行振动时效处理。通过振动时效设备，使被处理的焊件产生共振，并通过这种方式将一定的振动能量传递到焊件的所有部位，使焊件内部发生微观的塑性变形，被歪曲的晶格逐渐恢复平衡状态、错位重新滑移，从而使工件内部的残余应力得以消除和均化，最终达到防止工件在焊后变形和开裂的目的。振动时效处理是国内比较新的一种工艺手段，此方法不仅可以消除内应力，而且可使微观缺陷暴露出来，再通过探伤即可查出裂纹所在。

（2）利用高温回火消除残余应力。将焊件入炉加热至一定温度并保温一段时间后再冷却。同一种材料，回火温度越高、时间越长，残余应力就消除越彻底。通过整体高温回火可将85%～95%的残余应力消除掉。碳钢及低中合金钢的回火温度为580～680℃，奥氏体钢的回火温度为850～1050℃。回火时间随工件厚度而定，一般在0.5～3.0h，因为残余应力消除时间越长，生产效率越低，所以过长的处理时间是不必要的。

（3）利用手工锤击矫正焊接残余变形。这种方法适合于薄板波浪变形，特别是小型风机叶轮，焊后外边缘发生波浪变形，利用手工沿半径方向由里向外锤击，使之塑性伸长，可消除焊后内应力。

（4）利用火焰矫正焊接残余变形。对一些大型风机叶轮用其他方法无法解决时，采用的一种有效方法是利用火焰对焊件进行局部加热时产生的塑性变形使金属在冷却后收缩，以达到矫正变形目的。加热火焰常采用火焰性质为中性焰的氧乙炔焰；如果加热深度小时，可采用氧化焰。对于低碳钢和低合金结构钢，加热温度为600～800℃时火焰呈樱桃红色。火焰加热方法有点状、线状和三角形，其中三角形加热适用于厚度大、刚性强的焊件。加热部位应该是焊件的凸处而不是凹处，否则变形将越矫越严重。矫正薄板结构焊件变形时，为了提高矫正效果，可在加热处同时用水急冷；但对于厚度较厚而又有淬硬倾向的钢材焊件，不可采用此法。

3 结语

上述方法主要是针对手工电弧焊，防止叶轮焊接变形和裂纹的方法有CO2气体保护焊、氩弧焊等，这2种工艺操作技术条件较高，由于山东现代莱恩空调设备有限公司条件限制很少使用。

2014-12-24）