空調壓縮機殼體縱焊縫線性缺陷的研究

楊奕權

【摘 要】本文介紹了空調壓縮機殼體縱焊縫的線性缺陷的特征、原理、影響性以及解決措施，主要從空調壓縮機殼體制作工藝及原理出發，分析研究殼體縱焊縫線性缺陷進行特征，進而分析研究線性缺陷的形成原理，并評估了對壓縮機質量的影響，最后根據線性缺陷形成機理，提出相關解決措施。

【關鍵詞】壓縮機;制造工藝;線性缺陷

引言

隨著我國制造業的發展，國產品牌技術積累與產品品質上升，出口訂單也日益增加。空調壓縮機屬于壓力容器類別產品，若是需要出口歐盟，受歐盟法律強制要求，必須進行PED焊接認證。認證要求焊接規程書的設計完全按照歐洲焊接接頭檢驗標準，相比國內大多企業企標，歐標檢驗體系較為全面。對于檢驗差異中體現為不合格結果的問題，具備提升品質的研究價值。在我司對接歐盟認證的過程中，筆者發現殼體高頻電阻焊焊縫接頭在新增的滲透檢測、磁粉檢測等無損檢測項目中，出現了線性缺陷異常，對此，筆者做了系列實驗與思考，分析殼體縱焊縫線性缺陷成形原因，并提出了杜絕線性缺陷的方法。

1、線性缺陷形成原理分析

1.1 制造工藝及原理分析

壓縮機殼體筒體母材材料普遍選用為熱軋低碳鋼板，通常板的厚度在2mm至5mm，外徑在80mm至160mm。母材鋼板卷料通過傳送、校直以及多道滾壓工序后形成管件形狀，平板兩端對接處采用高頻電阻縫焊焊接成形，最后對管件進行長度切割粗切割、精切割、倒角等處理，殼體筒體零件簡圖見圖1。本論文研究對象即為此處縫焊焊接接頭的線性缺陷。行業仍有少部分企業采用等離子熔化電弧焊，與本次研究對象無關，故此處不作展開探討。

上述殼體縱焊縫采用高頻電阻焊工藝方法，這種工藝方法行業內成熟使用，具有焊接速度快、熱影響區小、焊前處理簡便等特點，原理在于利用高頻電流的兩大效應，集膚效應和鄰近效應。集膚效應就是指向導體通以頻率為f Hz交流電流時，導體的斷面上出現的電流分布不均，電流密度由導體表面向中心逐次減小;電流中的大部分僅沿著導體表層流動的一種現象。鄰近效應就是當高頻電流在兩導體中彼此方向流動或在一個往復導體中流動時，電流集中流動于導體鄰近側的一種奇異現象。原理圖見圖2。

1.2 線性缺陷的特征分析

所述線性缺陷，指的是殼體縱焊縫在滲透檢測PT、磁粉檢測MT中體現的不良項目，其中PT依據標準為EN ISO 3452-1：2013，MT依據標準為EN ISO 17638：2016。檢測送樣板厚3mm/3.5mm，殼體縱焊縫長600mm。送樣16件，僅2件合格，良品率僅25%。檢測結果不合格項目均為線性缺陷，缺陷覆蓋了整個縱焊縫整體長度，且分布在焊縫的兩端，焊縫中間則無缺陷。

筆者分析認為異常分析應該從異常品特征著手，異常品的特征與工藝各因素特點一一對應，從特征中能夠找到解決的方法。因此，首先開展系列檢測試驗，研究線性缺陷的特征。

筆者通過設計合格品與線性缺陷品縱焊縫截面宏觀金相檢測，試驗物料取合格品2與線性缺陷品2件，各線割2個截面進行150倍宏觀金相檢測，試驗結果如表1，從表1可以看出，特征一致，線性缺陷品宏觀金相下，焊縫余高處有“飛邊”，而合格品沒有，焊縫邊緣光滑。

1.3 線性缺陷的形成原理分析

關于焊縫余高處“飛邊”，筆者認為是在電阻焊施焊過程中，母材產生電阻熱形成熔核，受瞬間加壓加熱作用，少部分熔核擠出受壓區，在不受壓的狀態下自然凝固，擠出來的部分我們姑且定義為焊縫余高處“飛邊”。“飛邊”與焊接裂紋、開口缺陷不同，輕工業中絕大部分的電阻焊點焊、凸焊、縫焊工藝中，原理也是利用焊接電流流過工件時產生的電阻熱以及電極之間壓力實現工件間冶金結合，與上述高頻電阻縫焊相似，焊接接頭也會存在這種“飛邊”。

從磁粉檢測MT、滲透檢測PT原理上看，磁粉檢測就是利用裂紋、氣孔等缺陷在導磁率遠遠小于工件材料，即磁阻較大，一部分磁力線繞過缺陷跳出工件表面，暴露在空氣中，形成漏磁場;滲透檢測滲透過程就是將工件浸漬在滲透液中，或者直接用噴涂、毛刷將滲透液均勻地涂抹于工件表面，如工件表面存在開口狀缺陷，滲透液就會沿缺陷邊壁逐漸浸潤而滲入缺陷內部。因此“飛邊”在MT、PT上無異于裂紋、開口等焊接缺陷，同樣會有漏磁場、吸附滲透劑情況，干擾了檢測的結果。

2、線性缺陷對壓縮機質量的影響

作為壓力容器，壓縮機的主要承壓零件之一就是殼體，殼體縱焊縫的工藝質量評定是重中之重。因此，筆者開展試驗驗證線性缺陷不良品強度以及應用在壓縮機上對壓縮機的影響程度。

首先，針對殼體零件進行強度試驗，依據GB/T242-1997對線性缺陷件進行壓扁試驗，以及依據GB/T 242-1997對零件進行擴口試驗，試驗結果，管徑壓縮1/3，以及外徑擴大6%，焊縫均無開裂異常。說明線性缺陷對零件的力學性能影響小。

其次，使用線性缺陷件裝配成壓縮機，進行壓縮機3.5倍最大工作壓力的水壓試驗，以及1倍最大工作壓力2s/個油壓循環脈沖20萬次，結果焊縫無泄漏、無開裂異常。說明線性缺陷對壓縮機的強度、疲勞強度影響小。

最后，線割上述油壓循環脈沖試驗壓縮機殼體，對比預先保留加工相鄰段殼體，各取截面5處，對比飛邊是否往焊縫內部加長，試驗結果如表2，從表2可以看出，2組數據無交叉，疲勞試驗后樣品飛邊長度均大于不試驗的樣品。說明線性缺陷會向焊縫內部增長，但增長速度很慢。

綜上，線性缺陷不影響壓縮機強度、疲勞強度，基本滿足壓縮機功能，但是在壓縮機長期使用過程中，線性缺陷會向焊縫內部增長趨勢，存在不穩定泄漏隱患。

3、線性缺陷的消除措施

根據上述的分析，可以從幾個方面去避免線性缺陷：

3.1 去除焊縫余高

產線設備增加耐高溫刀具，在焊縫余高形成的初期，焊縫處于液態或固液相間的狀態下，利用刀具刮去焊縫余高，沒有焊縫余高，自然就不存在焊縫余高飛邊的這個線性缺陷問題，筆者認為這是最直接的措施。另外，目前仍存在壓縮機裝配過程有運用到焊縫余高進行工裝定位的情況，則需要評估好定位方式代替的問題。

3.2 增加壓輪

在殼體縱焊縫正上方位置增加開槽壓輪，形成左右2個壓輪、上面1個壓輪工裝布局，上面新增壓輪開槽槽口正對著焊縫位置，使得焊縫余高填充入壓輪內槽，成形時處于受壓狀態，避免焊縫余高自然成形而出現飛邊。

3.3 增加壓輪+增加板材寬度+增加焊接熱輸出量

通過增加增加板材寬度和焊接熱輸出量的方法，加大焊接熔核，保證在上述3.2方法下能否保證焊縫填充開槽。

結束語

通過制作工藝原理分析，并基于宏觀金相檢測手段與對標合格品的試驗方法，筆者分析線性缺陷特征，確定線性缺陷是電阻焊焊縫余高飛邊，并闡述飛邊的形成機理。焊縫余高飛邊有異于開口裂紋，電阻焊普遍存在，但在PT、MT原理上均體現為線性缺陷。進而設計系列實驗，開展對產品影響性驗證，確定線性缺陷對壓縮機產品強度、疲勞強度無顯著影響，但疲勞實驗后，線性缺陷會向焊縫內部增長趨勢，存在風險。因此，筆者根據線性缺陷形成原理分析，提出相應的消除措施。

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（作者單位：珠海凌達壓縮機有限公司）