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摘要：本文通过设计一种特殊的自动环缝焊机的机头结构，相较于普通焊机，在该机头处增加了循环水冷装置，从而达到迅速而有效的降低焊缝处温度的目的，进而保证该处焊缝的防腐性能及结构的强度要求等。在实际生产中，通过焊后进行盐雾测试及金相分析等，论证了该方法的有效性，而该结构的改造成本亦不会增加企业负担，通过质量的提高，降低了企业的风险成本。对企业长远发展亦有不可忽视的作用。
关键词：水冷，焊接，热影响区，贫铬
前言
不锈钢焊接在实际生产活动中，是制造环节中非常重要的一道工序。可以说，不锈钢焊缝的质量标准就是决定一个不锈钢产品质量好坏的标准。不锈钢材质的产品，使用过程都是对防腐要求非常高的，因此，如何保证不锈钢焊缝的稳定性成为所有厂家急需解决的问题。
不锈钢的防腐性能基本上是由铬含量的多少决定的。不锈钢因为组成元素成分及晶体结构的原因，在受到高温加热过程（氩弧焊焊接）中，会发生铬元素偏析的问题，高温时间停留越长，偏析越严重。发生偏析的地方铬元素的含量远远低于其防腐的要求，如果该处处于容易发生腐蚀的环境中，该处将必然产生腐蚀的问题。并且成分的改变，会导致该处金相组织的不平衡，进而发生原电池反应，使得腐蚀的速度加剧。
虽然激光焊接能够有效的解决这个问题，但是由于激光焊机的采购成本高，在中小厂家的推广中，存在一定的困难，因此，大部分的中小厂家在选择焊接方案时，都指向了焊接成本相对低廉的氩弧焊焊接。然后在氩弧焊焊接过程中，热量的集中，高温停留时间过长，导致发生严重的贫铬现象，因此，如果能够有效降低氩弧焊焊接高温停留时间，可以极大的降低其铬的析出速度。在其他焊缝结构中，多位同行及前辈已经采取各种措施快速降低焊缝的温度，但是对于不锈钢承压水箱内胆与蝶形封头的氩弧焊焊接尚未能找到有效且能大批量推广应用的方法。
本文方法通过设计一种特殊的自动环缝焊机的机头结构，相较于普通焊机，在该机头处增加了循环水冷装置，从而达到迅速而有效的降低焊缝处的温度，进而保持该处焊缝的防腐性能及结构的强度要求等。在实际生产中，通过焊后进行盐雾测试及金相分析等，论证了该方法的有效性，而该结构的改造成本亦不会增加企业负担，通过质量的提高，降低了企业的返工返修成本以及风险成本。对企业长远发展亦有不可忽视的作用。
一、降温方法
通常，降温处理有自然冷却、风冷、散热片冷却、水冷、油冷等方式。因为焊接的特殊性，一般不会采用直接风冷（直接风冷会导致焊接保护气体被吹散，失去保护的作用）。具体到不锈钢焊接，通常采用的方法是自然冷却、散热片配合风冷冷却等。
自然冷却方式对于普通焊接，是比较常用的方式，工件无需额外处理，但是冷却速度比较慢。这种冷却方式对于不锈钢焊接来说，会导致焊缝产生或多或少的缺陷，因此，不锈钢的焊接在定位夹具处，一般都会增加散热片，导热块等结构。
直接风冷对不锈钢焊接来说，会有一定的局限性，因为不锈钢焊接的特性，需要氩气保护时间延迟与熄弧时间，如果采用直接风冷，会将氩气吹散，从而失去氩气保护的目的，所以，一般都会在与导热块配合，将导热块加装翅片结构，通过风冷翅片结构来达到冷却的目的。风冷配合导热块的冷却效果会比自然冷却好很多。
水冷在不锈钢焊接中应用的比较多，且大多适用于直线或平面结构的夹具等。水冷相对于风冷，冷却速度更快，但是需要注意的是，水冷冷却温度与环境温度不宜相差过大，否则可能会出现冷凝水珠的情况，影响焊接质量。
在本文所述设备中，成功将水冷冷却方式运用到环缝焊机机头，有效解决了长期以来环缝焊接无法快速冷却焊缝的问题，使得环缝焊接的质量得到了跨越式的提高。
二、设备结构
本文所述系统通过运用各种不同的连续或不连续的导流零部件，顺利实现的介质水的循环过程，使得旋转结构的水循环散热系统得以成功实现。
机头结构示意图参考下图：
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图2-1 焊机机头结构示意图
如图2-1所示，本系统的特殊点在于通过图示4所示的改进型的机械密封，内部为通孔结构，在保证外圈密封的同时，能够将冷却介质水传递至焊机机头的夹紧部位，另外通过铜散热块将封头焊接处的热量导出，通过水将热量传走，从而实现快速冷却的功能。
该结构通过在环形铜导热块内部镶嵌导水管，使得介质水能够大量吸收焊缝的热量，从而迅速的将焊缝温度降低到危险温度区间以下。在介质水留出导热水管3-2后，流向了焊机机头结构上的5-1接水槽，然后顺着接水槽将介质水导向5-2下部接水槽，然后通过导管流回9蓄水槽，然后再通过水泵10抽回引水管3-3，在引水管与机头旋转部位连接的位置，该结构巧妙的通过金属面接触的机械密封4连接，从而实现了不旋转部件的引水管3-3与旋转机头的顺利连接，该处机械密封是一个不可替换的零件。
三、试验数据
在上述结构的焊机进行焊接后，通过进行盐雾试验以及金相测试，验证的该焊机系统的有效性。
通过采用水冷焊接的环形焊缝与未采用水冷焊接的环形焊缝切片进行5%浓度的盐雾试验，在200小时后，通过对比，可以明显的看出采用水冷焊接的焊缝出现锈迹的情况比未采用水冷焊接的焊缝出现锈迹的情况要轻微的多。
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图3-1采用水冷焊接的环形焊缝 图3-2未采用水冷焊接的环形焊缝
在切片后对焊缝断面进行金相分析后，发现采用了水冷焊接的环形焊缝材质相对均匀，金相组织未出现大的变化，说明在采取水冷措施后，各种合金成分未发生明显的偏析减少现象，而未采用水冷焊接的环形焊缝金相组织出现了较大的变化，说明在焊接后，焊缝的各合金含量发生了明显了偏析变化，导致了该处组织的不均匀。
四、结论
在通过本文所述的焊机系统进环缝焊接后，该处组织未发生明显的变化，且通过盐雾测试200h后，焊缝仍能保持良好的耐腐性能，足以说明水冷焊接对于不锈钢焊缝的重要性，特别对于蝶形封头环缝的焊接，有着明显的改进作用。
参考文献：
1.(美)Lippold, J.C. & (美)Kotecki,D. J.著.不锈钢焊接冶金学及焊接性.陈剑虹等译. 北京：机械工业出版社，2008
2.丁启湛等著.不锈钢的焊接.北京：机械工业出版社，2009
3.张其枢著.不锈钢焊接技术.北京：机械工业出版社，2015
4.陆世英著.不锈钢概论.北京：化学工业出版社，2013
5.冈毅民等著.中国不锈钢腐蚀手册.北京：冶金工业出版社，1992
论文作者:袁武
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2016/12/2
标签：水冷论文; 结构论文; 不锈钢论文; 金相论文; 机头论文; 焊机论文; 环形论文; 《基层建设》2016年19期论文;