江小山 周平
中國中車長江銅陵車輛有限公司 安徽銅陵 244142
在相對密封的小孔徑銷孔等特殊結構堆焊過程中,在結構限制下,焊炬會因此回旋火焰的產生對自身加熱,在不斷升高的焊炬溫度影響下,回火爆槍現(xiàn)象會在達到乙炔燃點時發(fā)生,局部堆焊層將因此出現(xiàn)質量問題,如硬度超高、出現(xiàn)夾渣和密集性氣孔[1]。
受氣瓶內氣體壓力、儲存量的不斷減小影響,堆焊過程中的火焰性質會隨之發(fā)生變化,這種情況下操作人員的氣體流量調節(jié)需建立在仔細觀察火焰的前提下,且操作人員需同時具備豐富經驗,這種穩(wěn)定性較差的火焰會直接影響堆焊質量。
結合《JB/T6969-1993 射吸式焊炬》標準可以了解到,對于整體較大的焊炬結構尺寸來說,其不適用于相對密封的小孔徑銷孔等特殊結構堆焊,由此引發(fā)的相關問題同樣不容忽視[2]。
結合上文提及的相關問題,本文將針對性制定解決方案。第一,開展水冷焊炬研制,以此解決回火爆槍現(xiàn)象,長時間處于相對密閉空間內焊炬過熱問題可由此解決;第二,增設氣體流量計,需結合射吸式焊炬基體,在乙炔調節(jié)閥和氧氣調節(jié)閥分別設置氣體流量計,氣體流量變化動態(tài)檢測可在堆焊過程中完成,以此隨時調整氣體流量,火焰焰型穩(wěn)定可順利實現(xiàn);第三,研制專用焊炬,需結合結構尺寸特點,保證堆焊在小型密閉空間內具備較高的可操作性。
采用黃銅作為焊炬主體材料,為實現(xiàn)熱傳導性的增加,采用紫銅作為焊嘴材料,循環(huán)水冷卻效果可由此提升。在整體結構尺寸的設計中,遵循上文提及的GB/T6969 標準,以此與創(chuàng)新設計的焊嘴和后接體部件充分配合,新增氣體流量控制檢測功能和循環(huán)水冷卻功能,焊嘴可在堆焊過程中在線檢測乙炔氣體、氧氣的流量,動態(tài)調整可順利實現(xiàn)。在具體的裝配中,各氣閥需實現(xiàn)流量的均勻調節(jié)和氣路的靈活關閉,焊炬接頭與焊嘴、軟管后部接體與接頭的配合需做到互換和氣密,同時焊炬需預留調整余量(1-3 個螺距)于各密封螺母配合處。
需保證一定進氣壓力下的氣閥和所有氣管連接處不出現(xiàn)漏氣,需提高50%的最大氧氣工作壓力進行氧氣通路的密封性試驗,需按照0.25MPa 的壓力進行混合氣和乙炔通路的密封性試驗,還需要按照0.6MPa 水壓進行循環(huán)冷卻水管路連接處的密封性試驗。需通入壓縮氣體在打開或關閉的兩種狀態(tài)下進行氧氣通路、混合氣和乙炔通路的密封性試驗,并持續(xù)20s 將其浸沒在水中,通過試驗可確定不存在漏氣現(xiàn)象。需通入0.6MPa 循環(huán)水于循環(huán)冷卻水管路,由此可確定所有接頭在30min 內不存在漏水現(xiàn)象和水珠[3]。
燃燒試驗需在控制氧氣工作壓力和氧氣工作壓力的前提下進行,需要分別控制在0.4MPa、0.006-0.008MPa,同時保證存在呈圓柱狀的焊炬焰芯,且存在半球形或圓錐形的頂端,不存在彎曲和偏斜,焊炬火焰燃燒在10ms/s 的風速工況下需要保持穩(wěn)定,回火現(xiàn)象不得出現(xiàn)于持續(xù)燃燒的情況下。具體試驗采用風速儀(ZRQF-F30J 型)進行風速測量,與地面垂直的朝上焊炬火焰焊炬焰心形狀觀察需保持30s 自然狀態(tài),引燃焊炬嘴后需基于中性火焰和10ms/的風速(風向與火焰垂直)觀察是否存在正常燃燒的焰芯。在循環(huán)水冷卻系統(tǒng)開啟后,即可開展抗回火試驗,在焊炬引燃后需進行標準中性焰調節(jié),在經過30s 的穩(wěn)定后,需深入8mm 深、Φ16mm 直徑的盲孔內,在經過30s 穩(wěn)定后,按照10轉/min 進行工件旋轉,盲孔內的高速燃燒火焰會使得火焰回旋大量產生并持續(xù)加熱焊嘴本體,以此保持30min,對回火爆槍現(xiàn)象是否發(fā)生進行驗證?;谠囼灴梢源_定,上述試驗項目均順利通過,使用測溫儀(MS6506 型)測量焊嘴部位穩(wěn)定,在8℃室溫下,試驗后焊嘴部位溫度為10℃,設計能夠較好滿足實際需要。
堆焊工藝試驗圍繞深度為14mm、直徑為16.0-14.8mm 的錐孔進行,堆焊試驗過程需要詳細記錄,堆焊層表面需開展HRC 硬度檢測和PT 檢驗,以此保證不存在線性顯示的PT 檢驗結果,不存在4mm 以上的圓形顯示,不存在一條直線上排列的3 個及以上顯示(同時需存在3m 內的兩顯示間邊與邊距離)。加工掉2mm堆焊層厚度,HRC 硬度值需至少進行5 次測量,需得到38HRC-50HRC 區(qū)間的硬度值,且存在5HRC 內的最小值和最大值差,按照《金屬材料洛氏硬度試驗》(GB/T230.1-2018)開展具體試驗。具體試驗過程開展三組堆焊試驗,按照3 件一組開展。采用直徑φ2。的焊絲,焰心與內焰比例需控制在1:1.5,流量需基于火焰比例適時調節(jié),回火爆槍次數(shù)和堆焊過程及時間需細致記錄,工件堆焊后進行Φ12 通孔加工,以此PT 探傷檢車堆焊層,HRC 硬度值測量基于Φ12 直徑的圓周開展,均布測量數(shù)為10 個。結合試驗結果可確定,回火爆槍現(xiàn)象未出現(xiàn),火焰焰型燃燒穩(wěn)定,可得到41-45HRC 區(qū)間的堆焊層硬度檢測結果,且能夠在28-30min 完成單件堆焊,預期目標達成。
綜上所述,氧乙炔焊炬能夠作為小孔徑氧乙炔堆焊問題處理的切入點。在此基礎上,本文涉及的優(yōu)化設計和相關試驗,則直觀展示了實用性較高的小孔徑氧乙炔鈷基合金堆焊工藝,為更好應用該工藝,基于信息技術的仿真探索也需要得到重點關注。