SYP系列盤管風(fēng)機(jī)鍍鋅鋼板葉輪激光焊接工藝

于勁松 李定云 王維 王碧超

摘? 要：SYP系列盤管風(fēng)機(jī)葉輪采用薄鍍鋅鋼板焊接而成，傳統(tǒng)的電弧焊焊接工藝由于其熱輸出量大、焊接廢品率高，滿足不了目前公司質(zhì)量管控要求。而激光焊接作為一種新興焊接薄鍍鋅鋼板方法，具有無(wú)可比擬的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。該文以SYP130/160J風(fēng)機(jī)為例介紹了SYP系列盤管風(fēng)機(jī)鍍鋅鋼葉輪激光焊接工藝，通過(guò)對(duì)實(shí)際產(chǎn)品焊接質(zhì)量檢測(cè)表明，該焊接工藝以及焊后產(chǎn)品質(zhì)量、成品率均可滿足要求。

關(guān)鍵詞：盤管風(fēng)機(jī)? 薄鍍鋅鋼板? 葉輪? 激光焊接

中圖分類號(hào)：TG456.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（b）-0072-02

SYP系列離心式風(fēng)機(jī)是筆者公司在國(guó)內(nèi)首家推出的中央空調(diào)風(fēng)機(jī)盤管專用前向多翼離心式風(fēng)機(jī)，具有效率高、噪聲低、結(jié)構(gòu)精巧等特點(diǎn)，其葉輪為優(yōu)質(zhì)鍍鋅鋼，經(jīng)過(guò)精密級(jí)進(jìn)模具沖壓、氬弧焊接、翻邊，最終成形。

鍍鋅鋼材料由于其具有良好的抗腐蝕性能，被廣泛地應(yīng)用在通風(fēng)設(shè)施行業(yè)領(lǐng)域。通風(fēng)設(shè)施中鍍鋅鋼板材料的應(yīng)用使通風(fēng)產(chǎn)品各個(gè)部件的抗腐蝕性能以及使用壽命得到很大的提升。然而，鍍鋅鋼中鍍鋅層的存在，使得鍍鋅鋼的焊接過(guò)程和焊接質(zhì)量受到不利影響[1]。這主要是因?yàn)殄冧\鋼材料的鍍鋅層和基體鋼的物理特性之間存在極大的差異，使得鍍鋅鋼在進(jìn)行焊接時(shí)，其基體鋼發(fā)生熔化之前鍍層鋅已經(jīng)氣化。目前該公司的鍍鋅鋼焊接工藝主要采用TIG（Φ1.0鈰鎢極），由于鋅金屬的沸點(diǎn)相對(duì)較低，在對(duì)鍍鋅鋼進(jìn)行焊接時(shí)，其中的鋅金屬在焊接電弧剛剛到達(dá)鍍鋅層時(shí)便會(huì)迅速發(fā)生氣化，變成鋅蒸氣由內(nèi)向外發(fā)生噴射，這非常容易使焊縫形成焊接缺陷，如熔渣粒子、未熔合機(jī)裂紋、飛濺以及氣孔等，同時(shí)也會(huì)對(duì)焊接電弧的穩(wěn)定性造成一定的破壞，焊接過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵[2，3]。另外，由于TIG焊最終形成的焊縫較寬，且焊接過(guò)程的熱量輸出較大，鍍鋅層中大量鋅金屬的氣化會(huì)導(dǎo)致鍍鋅鋼的抗腐蝕性能大大降低。

當(dāng)采用激光焊接方法時(shí)，與TIG焊相同，鍍鋅鋼的焊縫位置同樣會(huì)形成焊接氣孔、未熔合機(jī)裂紋以及飛濺等焊接質(zhì)量缺陷。但是相較于TIG焊接，激光焊接最終的成品率更高，并且焊縫熔寬比相對(duì)較大、單位熱輸入量更少、鍍層鋅的損耗低、焊接速度快、熱變形更小等。

該文以SYP130/160J風(fēng)機(jī)鍍鋅鋼葉輪為例，設(shè)計(jì)制定激光焊接工藝參數(shù)，進(jìn)行小批量試產(chǎn)并進(jìn)行相關(guān)焊接質(zhì)量檢測(cè)。

1? 試驗(yàn)材料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

準(zhǔn)備SYP130/160J風(fēng)機(jī)鍍鋅鋼板葉輪毛坯100件，該毛坯由級(jí)進(jìn)模具沖制而成，材料牌號(hào)為DC51D+Z-N，材料厚度為0.35mm，鍍鋅層厚度約13?m。

1.2 焊接設(shè)備

試驗(yàn)焊接設(shè)備采用臺(tái)州菲速激光科技有限公司生產(chǎn)的FS-500W光纖激光器。該激光器最大優(yōu)點(diǎn)是采用光纖傳輸，其光電轉(zhuǎn)化效率較高，使用壽命更長(zhǎng)，更加便于進(jìn)行柔性加工。FS-500W光纖激光器配備高精度3軸聯(lián)動(dòng)（x軸、y軸自動(dòng)平移，z軸自動(dòng)升降）工作臺(tái)，采用99.99%氬氣作為焊接保護(hù)氣體。

2? 工藝過(guò)程

（1）采用長(zhǎng)尾票夾將葉輪筒兩端對(duì)齊夾緊。

（2）將夾緊后的葉輪筒用激光點(diǎn)焊牢固，將長(zhǎng)尾票夾夾到引弧位置。

（3）連續(xù)焊接：采用450W焊接功率，焊接焦距為200mm，正焦往上調(diào)焦10mm，焊接速度調(diào)節(jié)為30mm/s，焊完一端后再對(duì)另一端進(jìn)行焊接。

（4）焊好后取下長(zhǎng)尾票夾，用沖床剪掉兩端引弧位置，保證兩端頭平齊。

3? 試驗(yàn)檢驗(yàn)

（1）外觀檢驗(yàn)：激光焊接焊縫飽滿，與之前氬弧焊接工藝相比焊接熱影響區(qū)較小，如圖1所示。

（2）翻邊檢測(cè)：用手整理葉輪筒圓度，整理好后將其套到卷邊模具上，開(kāi)動(dòng)機(jī)器，按編好的程序?qū)θ~片筒兩端同時(shí)翻邊。翻邊后葉輪筒兩端圓弧一致，沒(méi)有出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象，兩底面平整。激光焊接葉輪筒翻邊后焊縫沒(méi)有撕裂，用百分表檢測(cè)葉輪端跳和徑跳，葉輪筒的端跳和徑跳均符合圖紙要求。

（3）葉輪強(qiáng)度檢驗(yàn)：將葉輪的中盤裝入葉輪筒內(nèi)，再把葉輪筒放到壓裝專用設(shè)備上進(jìn)行壓裝，壓裝后檢查壓裝質(zhì)量，中盤和葉片壓裝保證牢固、不松動(dòng)。將壓裝后的葉輪安裝到葉輪調(diào)試專用設(shè)備上，擰緊葉輪軸套上的螺釘，啟動(dòng)設(shè)備，對(duì)葉輪的徑跳和端跳進(jìn)行調(diào)試，直到葉輪的徑跳和端跳符合技術(shù)要求為止。松開(kāi)軸套的螺釘，在調(diào)試專用設(shè)備上取下葉輪，再把葉輪安裝到動(dòng)平衡調(diào)試設(shè)備上，擰緊螺釘，啟動(dòng)設(shè)備，對(duì)葉輪動(dòng)平衡進(jìn)行調(diào)試。直到葉輪剩余不平衡量符合技術(shù)要求為止。

葉輪動(dòng)平衡合格后進(jìn)行葉輪超速試驗(yàn)。將葉輪安裝到超速試驗(yàn)平臺(tái)上，風(fēng)機(jī)葉輪在環(huán)境溫度為25℃下最高工作轉(zhuǎn)速為2000r/min，超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為最高工作轉(zhuǎn)速的1.1倍，即2200r/min。試驗(yàn)前后中盤、軸套、螺釘均無(wú)裂紋、無(wú)松動(dòng)，試驗(yàn)前后葉輪軸向和徑向跳動(dòng)及尺寸變形量均小于0.04mm，低于允許尺寸變形量0.075mm，該葉輪在轉(zhuǎn)速為5391rpm時(shí)散架報(bào)廢，該葉輪焊接強(qiáng)度滿足圖紙技術(shù)要求。

（4）焊縫位置鹽霧試驗(yàn)：將翻邊后的葉輪（氬弧焊和激光焊工件各一，焊縫位置未涂防銹漆）放入鹽霧試驗(yàn)機(jī)中，在壓力為0.17MPa，筒體溫度為38℃，室內(nèi)相對(duì)濕度小于80%R.H，噴霧量為1mL/h，鹽水濃度為5%，噴霧pH值為6.6～7.2條件下進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)168h后在葉輪各個(gè)焊縫處均出現(xiàn)白銹現(xiàn)象，未出現(xiàn)紅銹現(xiàn)象。兩種焊接方式均滿足該產(chǎn)品的技術(shù)要求。但氬弧焊焊縫表面出現(xiàn)光亮及焊接后黑色灼燒痕跡，與其余位置有明顯色差（焊縫相對(duì)激光較大）;激光焊焊縫表面為線狀規(guī)則環(huán)形，較氬弧焊美觀一些，與葉輪基體存在明顯色差。

4? 結(jié)論

無(wú)論從焊縫外觀、焊縫強(qiáng)度、翻邊成品率，還是焊縫抗腐蝕性能來(lái)看，采用激光焊接工藝焊縫效果都非常理想。采用激光焊接樣件共計(jì)100件，焊接成品率為100%;而筆者公司氬弧焊目前焊接平均成品率為98.63%，并且工人焊接水平對(duì)葉輪焊接成品率影響較大。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用激光焊接0.35mm厚鍍鋅鋼板葉輪是可行的，該激光焊接工藝不僅適用于該種型號(hào)空調(diào)風(fēng)機(jī)鍍鋅鋼板葉輪的焊接制造，也適用于同類風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低焊接操作難度，制作雙面焊接專用夾具更能提高生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 張屹，李時(shí)春，金湘中，等.鍍鋅鋼板激光焊接關(guān)鍵技術(shù)研究[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2010（47）：71401-71409.

[2] 封小松，陳彥賓，李俐群，等.鍍鋅板激光填絲釬焊[J].應(yīng)用激光，2004，24（6）：357-360.

[3] Jae-Do Kim，I.Na，Chan-Cheol Park.CO2 laser welding of zinc-coated steel sheets[J].KSME Inter.J，1998，12（4）：606-614.