一种用于空调压缩机壳体直缝高效焊接的方法

技术领域

本发明涉及一种压缩机壳体的焊接加工方法，特别涉及一种用于空调压缩机壳体直缝高效焊接的方法，属于钢铁材料焊接加工技术领域。

背景技术

空调压缩机壳体常采用热轧酸洗钢板作为基板，钢板厚度为3.0～4.0mm，某压缩机壳体生产厂家主要采用宝钢牌号为SPHC的酸洗钢板，用来加工压缩机壳体毛坯。SPHC含C量为0.04～0.058％，屈服强度为232～336MPa，按设定尺寸将钢板加工成小板，利用卷圆装置将小板卷成压缩机壳体毛坯，然后进行等离子直缝对接焊接，之后继续完成后续空调压缩机的组装工序。

焊接接头是空调压缩机壳体的薄弱环节，绝大部分空调压缩机壳体出现漏气失效都发生在焊接接头处，其主要原因是焊接接头局部出现咬边、焊穿、未焊透等缺陷，造成空调压缩机壳体在使用过程中焊接接头处出现开裂而漏气。目前空调压缩机壳体采用的高速等离子焊接加工工艺，焊缝正面会出现咬边，背面成形不均匀，甚至会有焊瘤、未焊透现象出现，在空调压缩机壳体进行水压试验下，易在焊接接头处出现气泡，即水压试验不合格，需要返修甚至报废。一部分水压测试合格但焊接接头质量欠佳的压缩机壳体，在长期使用过程中受交替压力的冲击易开裂，使用寿命减少，用户抱怨较多，因此提高焊接接头质量非常有必要。

由于现有用户端自动化程度的提高，大大加快了生产节奏，因此对焊接速度的要求也进一步提高了，而当焊接速度过快，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成形不良等缺陷，同等焊接电流及焊接电压下，由于焊接速度的提高，焊缝会变窄，进而会影响整个焊接接头的质量，严重时会导致压缩机壳体开裂漏气，产品失效。因此，要想保证焊缝质量，高速焊接时必须提高焊接热输入。

随着生产厂自动化程度的进一步提高，焊接速度需要提高，高速焊接时，焊接质量控制要求需要更加细化，现有技术中缺乏保证空调压缩机壳体卷圆式直缝高速焊接质量的有效方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于空调压缩机壳体直缝高效焊接的方法，主要解决现有空调压缩机壳体毛坯直缝焊接时焊接质量差、焊接效率低的技术问题；本发明方法焊接质量高以及焊接速度满足了高节奏生产需求。

本发明采用的技术方案是，一种用于空调压缩机壳体直缝高效焊接的方法，包括以下步骤：

1)清理钢板待焊表面，对厚度为3.0～4.0mm的酸洗空调压缩机用钢板去除切口处毛刺，用丙酮清洗钢板待焊表面；

2)制备空调压缩机壳体毛坯，将钢板卷圆后进行对接，对接间隙为0，对接处钢板厚度方向错边量≤0.25mm；

3)对空调压缩机壳体毛坯进行焊接加工，采用小孔型等离子焊接工艺，将卷圆后的钢板的对接直缝进行焊接，采用等离子焊接工艺，焊接过程中，控制电弧中心正对对接直缝的中心，焊枪位置保持不变，控制壳体毛坯沿焊缝中心进行移动焊接，焊接时焊枪与焊接前进水平方向的倾角为80°～83°，焊接电流为200～240A，电弧电压为25～31V，焊接速度为750～850mm/min，焊接过程中焊缝正面采用气体保护。

进一步，所述步骤3)焊接过程中离子气为氩气+氢气的混合气体，混合气体中氢气的体积百分含量为3％，离子气流量为3.0～3.5L/min；氩气中加入氢气，等离子流力和穿透能力增大，电弧温度升高，可增加母材热输入，比单纯使用Ar作为离子气的电弧温度更高，从而满足快速焊接的要求。

进一步，步骤3)焊接过程中正面保护气体为氩气+氢气的混合气体，混合气体中氢气的体积百分含量为3％，保护气体流量为18～20L/min，保护气体压力为0.25～0.45MPa；压力太小或太大，保护效果受到影响，导致焊接质量不佳，对保护气体压力进行柔性设计，在快速大电流焊接情况下，既保证了焊透，又减小了保护气体对熔池的冲击作用，从而减少了咬边、未焊透、焊穿等焊接缺陷的产生，离子气和保护气采用相同的成分，可以使焊接过程稳定。

进一步，步骤3)焊接初期电流为10～20A，焊接后期电流为10～70A，上坡时间为0～1s，下坡时间为0～1s；采用焊接电流递增的起弧控制以及递减的收弧控制，可以保证起弧点充分穿透和避免收弧点发生焊穿，并能有效防止出现气孔。

进一步，本发明，焊枪与焊接前进水平方向的倾角为80°～83°，焊接时焊枪有一定的倾角对熔池起到推动作用，有利于焊缝成形，易形成熔透深、熔宽窄的焊道，且仅需较小的热输入就能完成焊接。

所述焊缝完全焊透，焊缝表面和背面成形均匀，无咬边、焊瘤等焊接缺陷。

本发明为小孔型等离子焊接工艺方法，焊接过程中确保小孔的稳定性，是获得优质焊缝的关键，等离子焰将熔化的金属吹到焊缝另一面形成一个孔洞(小孔)，高速焊接时必须要均匀，且要有足够的热输入，焊接熔池才会随着等离子弧慢慢凝固前移。

该焊接工艺的特点是电弧由水冷的中心喷嘴机械压缩，使热影响区更窄，能量更加集中，利用率更高。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：

1、本发明所适用的为大规范焊接，即大电流快速焊接，焊接电流为200～240A，焊接速度为750～850mm/min。通过此项改进，能够满足生产厂对生产节奏的要求。

2、本发明方法离子气为氩气+氢气的混合气体，与采用纯Ar作为离子气相比，等离子流力和穿透能力增大，电弧温度升高，可增加母材热输入，从而满足快速焊接的要求；氢气的体积分数较小，仅为3％，不仅可以有效防止氢气孔的产生，而且还能避免双弧的产生，提高了焊接的稳定性；

3、焊接区域正面保护气体压力为0.25～0.45MPa，压力过小，焊接质量受到影响，大于0.45MPa时，虽然能够形成完整的焊缝，但焊接发生咬边缺陷的机率增大了。本发明通过对保护气体压力进行柔性设计，有利于保证焊缝成形良好。经测量，正面焊缝宽度为5.0～6.2mm，余高为1.0～1.5mm，背面焊缝为1.8～2.2mm，无余高。对焊缝进行无损探伤，合格率达98％以上，水压试验无气泡产生。

4、本发明方法焊缝正面采用气体保护，保护气体为氩气+氢气的混合气体，且配比与离子气相同，此方法的有益效果在于，大电流焊接时，离子气和保护气采用相同的成分，可以使焊接过程稳定。

5、本发明方法采用焊枪位置不变，通过推杆推动壳体毛坯移动，实现起弧、焊接、收弧，形成焊缝，通过此项改进后，可有效避免焊枪在行走过程中的异常抖动，保证了焊接的稳定性，从而得到均匀的焊接接头。

6、本发明采用了焊接电流递增的起弧控制以及递减的收弧控制，可以保证起弧点充分穿透和避免收弧点发生焊穿，并能有效防止出现气孔，焊接初期电流为10～20A，焊接后期电流为10～70A，上坡时间为0～1s，下坡时间为0～1s。

7、本发明操作方法简便，实施成本低，焊接速度由420mm/min提高至750mm/min以上，焊接速度提高幅度高达一倍，能够满足生产厂的焊接节奏，焊缝完全焊透，表面成形均匀，得到了没有咬边缺陷的焊接接头。

具体实施方式

下面结合实施例1～3对本发明做进一步说明，实施例焊接工艺控制参数如表1所示。

本发明实施例中，热轧酸洗钢板的牌号为SPHC，厚度为3.2mm，含C量为0.056％，含Mn量为0.203％，屈服强度为270MPa。

实施例1，一种提高等离子焊接接头质量及焊接效率的方法，包括以下步骤：

1)清理钢板待焊表面，厚度为3.2mm的热轧酸洗空调压缩机用钢SPHC钢板，按壳体尺寸加工成小板，去除切口处毛刺及油污；

2)制备空调压缩机壳体毛坯，采用卷圆装置对小板进行卷圆，形成压缩机壳体毛坯，壳体毛坯的开口度为5～7mm，后壳体毛坯进入焊接工位进行对接，用夹具分别固定空调压缩机壳体毛坯对接的两边，使在焊接过程中钢板不发生滑动，对接间隙为0，对接处两侧钢板厚度方向错边量小于等于0.25mm；

3)对空调压缩机壳体毛坯进行焊接加工，采用小孔型等离子焊接工艺，对空调压缩机壳体毛坯进行焊接加工，焊枪位置不变，等离子弧对准直缝的中心，通过推杆推动壳体毛坯移动，实现起弧、焊接、收弧，形成焊缝。焊接过程中，焊枪的倾角为10度，倾斜方向为前倾斜，即焊枪向着焊接前进方向倾斜，此时焊枪与焊接前进水平方向的倾角为80度。控制焊接电流为230A，电弧电压为28V，焊接速度为850mm/min，初期电流为15A，后期电流为50A，上坡时间为0.8s，下坡时间为0.8s。焊接过程采用Ar+H

焊接完成后对焊接接头进行外观检查，焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，没有咬边缺陷，正面焊缝宽度为5.0～6.2mm，余高为1.0～1.5mm，背面焊缝为1.8～2.2mm，无余高；对焊接接头进行射线探伤，未发现密集性气孔；对空调压缩机壳体成品进行水压试验，未发现焊接接头处出现气泡。

实施例2，一种提高等离子焊接接头质量及焊接效率的方法，包括以下步骤：

1)清理钢板待焊表面，厚度为3.2mm的热轧酸洗空调压缩机用钢SPHC钢板，按壳体尺寸加工成小板，去除切口处毛刺及油污；

2)制备空调压缩机壳体毛坯，采用卷圆装置对小板进行卷圆，形成压缩机壳体毛坯，壳体毛坯的开口度为5～7mm，后壳体毛坯进入焊接工位进行对接，用夹具分别固定空调压缩机壳体毛坯对接的两边，使在焊接过程中钢板不发生滑动，对接间隙为0，对接处两侧钢板厚度方向错边量小于等于0.25mm；

3)对空调压缩机壳体毛坯进行焊接加工，采用小孔型等离子焊接工艺，对空调压缩机壳体毛坯进行焊接加工，焊枪位置不变，等离子弧对准直缝的中心，通过推杆推动壳体毛坯移动，实现起弧、焊接、收弧，形成焊缝。焊接过程中，焊枪的倾角为10度，倾斜方向为前倾斜，即焊枪向着焊接前进方向倾斜，此时焊枪与焊接前进水平方向的倾角为80度。控制焊接电流为230A，电弧电压为28V，焊接速度为850mm/min，初期电流为15A，后期电流为50A，上坡时间为0.8s，下坡时间为0.8s。焊接过程采用Ar+H

焊接完成后对焊接接头进行外观检查，焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，没有咬边缺陷，正面焊缝宽度为5.0～6.2mm，余高为1.0～1.5mm，背面焊缝为1.8～2.2mm，无余高；对焊接接头进行射线探伤，未发现密集性气孔；对空调压缩机壳体成品进行水压试验，未发现焊接接头处出现气泡。

实施例3，一种提高等离子焊接接头质量及焊接效率的方法，包括以下步骤：

1)清理钢板待焊表面，厚度为3.2mm的热轧酸洗空调压缩机用钢SPHC钢板，按壳体尺寸加工成小板，去除切口处毛刺及油污；

2)制备空调压缩机壳体毛坯，采用卷圆装置对小板进行卷圆，形成压缩机壳体毛坯，壳体毛坯的开口度为5～7mm，后壳体毛坯进入焊接工位进行对接，用夹具分别固定空调压缩机壳体毛坯对接的两边，使在焊接过程中钢板不发生滑动，对接间隙为0，对接处两侧钢板厚度方向错边量小于等于0.25mm；

3)对空调压缩机壳体毛坯进行焊接加工，采用小孔型等离子焊接工艺，对空调压缩机壳体毛坯进行焊接加工，焊枪位置不变，等离子弧对准直缝的中心，通过推杆推动壳体毛坯移动，实现起弧、焊接、收弧，形成焊缝。焊接过程中，焊枪的倾角为10度，倾斜方向为前倾斜，即焊枪向着焊接前进方向倾斜，此时焊枪与焊接前进水平方向的倾角为80度。控制焊接电流为230A，电弧电压为28V，焊接速度为850mm/min，初期电流为15A，后期电流为50A，上坡时间为0.8s，下坡时间为0.8s。焊接过程采用Ar+H

焊接完成后对焊接接头进行外观检查，焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，没有咬边缺陷，正面焊缝宽度为5.0～6.2mm，余高为1.0～1.5mm，背面焊缝为1.8～2.2mm，无余高；对焊接接头进行射线探伤，未发现密集性气孔；对空调压缩机壳体成品进行水压试验，未发现焊接接头处出现气泡。

表1 本发明实施例焊接工艺控制参数

需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。