一、引言
鋁制冷凝器，用于CS2氣體的回收，原工藝是采用手工鎢極氬弧焊，其缺點是（1）焊道厚度小，熔深淺，承力低，該設備使用不到一年，因焊縫受到熱脹冷縮的拉應力作用在焊口處發現開裂。（2）手工鎢極氬弧焊焊接施工條件差，因管板較厚（30mm），施焊時需要將管板用氣焊預熱200℃以上，方能焊接。（3）焊接的效率低。為此我們進行了用熔化極氬弧焊（MIG）代替鎢極氬弧焊（TIG）工藝并在生產實踐中取得了成功，延長了設備的使用壽命。
二．冷凝器的結構及工況
冷凝器是管殼式結構，殼體是有碳鋼制造，管束和管板的材料為L2工業純鋁。由121根管束與管板焊接而成。鋁管規格為φ38×4 mm，長度為3600 mm，管板的規格為φ750×30 mm。管程走CS2與水蒸汽的混合氣體，溫度約為100℃。殼程走工業水，水溫約在50℃。
三、可焊性分析
鋁的導電性和導熱性比鋼均大四倍，因此需要更高的線能量。鋁具有面心立方結晶組織，純金屬的朔性非常好。鋁的線膨脹系數和結晶收縮率比鋼大兩倍，易產生較大的焊接變形和內應力，對剛性較大的結構將導致裂縫的產生。高溫時的鋁的強度和朔性很低，常常不能支持液體熔池金屬的重量，破壞焊縫金屬的成形，有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現象。純鋁的熔點低，熔化時顏色無變化。采用交流鎢極氬弧焊（TIG）時雖然能夠獲得優良的焊接質量，但由于受到鎢極許用電流的限制，焊接電流不能太大，一般只能焊接厚度小于4毫米的薄板。如果板厚大于6毫米，就需要開坡口焊接。當板厚大于8毫米，被焊接工件不但要開坡口，同時還需要預熱才能進行焊。所以鎢極氬弧焊焊接厚板時，顯得生產率低、焊接變形大，勞動條件差。焊接冷凝器時，管子與管板的厚度相差較大，管子只有4 mm厚，而管板的厚度為30 mm，焊接時需將管板預熱200℃以上，方可施焊，若施焊時焊炬對母材的加熱不均勻，管板還未熔化，而管子的端頭已燒塌，焊道只有靠著管子的端部的圓周上很薄的一層焊肉，管子和管板的熔深淺焊肉少，在熱脹冷縮的應力作用下，將焊口拉裂。
熔化極氬弧焊（MIG）用焊絲本身做電極，電流可以大大提高，因而母材熔深大，焊絲熔敷速度快，提高了勞動生產率。不僅不需要預熱，改善了勞動條件，而且減少了焊接變形，特別適應于中等和大厚度板材的焊接。
四、焊接工藝
4.1坡口制備
管孔采用3×45°坡口，以保證焊縫的熔深及熔透良好，增加焊縫的承載強度。鋁管的伸出長度與管板的平面不大于3 mm。
4.2焊接設備
熔化極氬弧焊（MIG）的焊接設備選用技術先進、容量較大的瑞典ESAB生產的，型號為Aristo-500的焊機。
4.3焊絲
焊絲規格為φ1.2 mm，其型號為ER5356，是一種通用性好的鋁鎂合金焊絲，鋁鎂焊絲與純鋁及鋁硅焊絲相比較，焊接純鋁時，焊接容易程度較好，所焊的接頭強度較好，朔性中等，抗蝕性一般。經綜合考慮，選用了焊縫強度較好的鋁鎂合金焊絲。母材及焊絲的化學成分組成如表1所示。
表1 母材及焊絲的化學成分（%）
Si+Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
焊絲 0.5 0.1 0.05~0.2 4.5~5.5 0.05~0.2 0.1 0.06~0.2 余量
母材 0.27 余量
4.4焊接參數
焊接參數為：電流200-250A，電壓22——25V，送絲速度12-13m/min,氬氣流量17.5L/min,氬氣純度不低于99.70%。
4.5管子與管板的定位
鋁管的固定采用托板的方式，就是按照鋁管的伸出長度的要求，將直徑與管板的直徑相同的鋼板，按照筒體上的法蘭孔距鉆孔，然后將托桿用螺絲固定在筒體的法蘭上。靠托板將鋁管定位。這樣，節省了對管子和管板的點焊固定工序。
4.6焊接
將冷凝器立置，焊接為平焊位置，焊接處用角磨機打磨，露出金屬光澤。焊接時從右側到左側進行施焊，每一列管子在前后的圓周方向上分為上半區和下半區，焊完上半區，再焊下半區。將管板過橋及管子的四周焊接一層厚度大于4毫米的堆焊層，不僅焊縫的熔深較深，在管橋上堆焊了一層焊道，管板的厚度增大，同時也大大增加了管板的剛度，改善管板上焊縫的力學性能，焊口的抗裂性增大。焊接時要掌握焊接的移動速度，焊炬與管板成70-75°角，焊接電弧的長度應保持與氬氣保護罩的直徑相同，約為20 mm。電弧過短容易燒損焊槍嘴和堵槍嘴。電弧過長則氬氣保護不好，熔池的飛濺大，容易造成焊道的表面缺陷，影響成型。收弧時注意將弧坑填滿。
五、結束語
鋁制冷凝器是生產車間的主要設備，用于二硫化碳的回收，由于該設備運行一段時間就會發生泄漏，每兩年就需更換。該設備是制約生產長周期安全穩定運行的瓶頸，通過充分的論證、調研，查閱資料，分析認為，主要原因是焊口的承力低。提出了用熔化極氬弧焊代替鎢極氬弧焊工藝，焊接鋁制冷凝器6臺，經一年多的生產運行檢驗，效果優異。2003年6月，采用熔化極氬弧焊對3臺鋁冷凝器焊接，經水壓試漏合格后投入運行，經一年的使用效果對比，采用鎢極氬弧焊方法焊接的冷凝器，發現在焊口有12處開裂，而熔化極氬弧焊焊接的冷凝器，只發現一處開裂，且漏點在距離焊縫20毫米的管體上。預計采用熔化極氬弧焊的工藝比鎢極氬弧焊的工藝焊接的設備，其使用壽命提高1倍以上。2004年7月，焊接鋁冷凝器4臺。每臺冷凝器的制造成本約5萬元，可為工廠節約35萬元，同時因設備的泄漏點的降低，增加了CS2物料的回收量，CS2排放減少，具有一定的社會效益。
