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汽機(jī)冷油器進(jìn)行更換、冷油器焊接修復(fù)
供水廠15#水站有6臺套源江48-28IA型立式離心泵,功率為2000kW,每臺機(jī)組的電機(jī)油盒有4臺冷油器,整個(gè)機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量全部靠這4臺冷油器進(jìn)行冷卻。每臺冷油器需20mmH90鋼管68根,每根長350mm,上下鋼板材質(zhì)為16Mn,板厚為30mm,每次冷油器泄漏后,就必須將電機(jī)油盒大蓋拆除,拆下冷油器進(jìn)行更換,這項(xiàng)工作占整個(gè)大修工作量的2/5。
冷油器是機(jī)組正常運(yùn)行的關(guān)鍵部件,每3個(gè)月左右更換一次,嚴(yán)重影響了煉鐵廠的正常供水,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,是困擾本廠多年的一個(gè)技術(shù)難題。以往由廠家提供備件,費(fèi)用高、使用壽命短,該備品由半弧形鋼板、φ20mm黃銅管及進(jìn)出水口3部分組成,如圖1所示。
在對泄漏的冷油器檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),泄漏的主要原因是銅管和鋼板孔之間采用脹管工藝連接,經(jīng)運(yùn)行后受熱不均造成的。而該備品委托加工費(fèi)用每臺需要8000元左右,因此決定用焊接的方法代替脹接解決這一問題。
1、汽機(jī)冷油器焊接性分析
16Mn鋼屬碳錳鋼,其碳當(dāng)量為0.345%～0.491%,屈服強(qiáng)度
為343MPa,鋼中合金量少,焊接性好。
H90黃銅的焊接性差,焊接時(shí)散熱嚴(yán)重,焊接區(qū)難以達(dá)到熔化溫度,銅在熔化區(qū)溫度時(shí)的表面張力比鐵小1/3,流動(dòng)性比鋼大1～1.5倍,表面成形能力差,焊接時(shí)母材難熔合,因此
需要用大能量、高能束的焊接方法。
鋼與黃銅的焊接屬于異種金屬焊接,焊接時(shí)的主要問題是在焊縫及熔合區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋和滲透裂紋,主要原因是鋼與黃銅的物理性能差異較大,而且焊縫中銅含量增加,鐵含量較小時(shí)焊縫的結(jié)晶與純銅差不多,抗裂性較差。隨著焊縫中鐵含量的增加,焊縫的抗裂性提高,當(dāng)w(Fe)為10%～43%時(shí),焊縫具有較高的抗裂性能。滲透裂紋是由于焊縫冷卻時(shí)液態(tài)銅對鋼的滲透作用和拉伸應(yīng)力共同作用的結(jié)果,當(dāng)采用鎳銅合金焊材進(jìn)行焊接時(shí),即可消除裂紋,采用硅銅焊絲也可以。
2、汽機(jī)冷油器焊接方法及焊接材料的選擇
鋼與銅的焊接可采用多種焊接方法,如氧乙炔氣焊、焊條電弧焊、手工鎢極氬弧焊等,其中手工氬弧焊為佳,因?yàn)闅寤『鸽娀崃考?明弧焊接,熔池保護(hù)效果好,無冶金反應(yīng),焊縫的熔合比容易控制,是當(dāng)前非鐵金屬焊接及異種金屬
焊接較為先進(jìn)的焊接方法。
因泄漏點(diǎn)在銅管與鋼板孔之間的脹管處,開裂是受溫差的影響,屬于受熱后的自然開裂。若用焊條電弧焊則有可能將銅管燒穿,用氣焊時(shí)鋼板難以熔化,用TIG直流氬弧焊是佳的選擇,因氬弧焊不但電弧熱量集中,氬氣還可以保護(hù)銅合金元素不被燒損,從而保證其強(qiáng)度,延長使用壽命。
依據(jù)異種鋼焊接的原則,焊接材料的選擇應(yīng)遵循低匹配的原則。因此選用熔點(diǎn)在500℃以上的焊接材料,化學(xué)成分應(yīng)與銅合金相似。由于是異種金屬焊接,應(yīng)選用硅黃銅合金焊絲,牌號為絲224。
3、汽機(jī)冷油器焊接工藝參數(shù)選擇
選用WSM-400逆變直流氬弧焊機(jī),直流反接;鎢極直徑3.0mm;焊槍噴嘴直徑8mm;焊絲直徑2.0mm,焊接電流140～150A;氬氣流量0.8～1.0L/min。
4、汽機(jī)冷油器焊接順序及焊前準(zhǔn)備
4.1焊接順序
焊接順序如圖2所示。用DN20mm的鋼筋將冷油器四周固定,銅管口平面高出鋼板孔平面2～3mm,目的是銅管熔化過
程中不至于垮塌于孔內(nèi)而難于焊接。
4.2焊前準(zhǔn)備
焊前將16Mn鋼板兩面打磨至露出金屬光澤,用圓銼將銅管內(nèi)外壁距管口10mm范圍內(nèi)銼出金屬光澤。將銅焊粉細(xì)密均勻地撒在鋼板孔周圍,然后用氧乙炔焰使焊劑熔化,以徹底清除鋼板表面的水分以及表面的氧化鐵、油等雜質(zhì)。用鋼絲刷將焊粉熔渣清除,將銅焊絲加熱至6℃,涂上焊粉,以保證焊接的連續(xù)性。
5、汽機(jī)冷油器焊接過程
(1)應(yīng)在通風(fēng)處焊接,焊至接頭處時(shí)必須加焊絲,以避免冷縮孔的出現(xiàn),焊接時(shí)電弧在鋼板一側(cè)的停留時(shí)間是在銅管一側(cè)停留時(shí)間的2倍。
(2)因是異種金屬焊接,主要觀察鋼板和銅管的熔化情況。焊接過程中會(huì)由于鋅和焊粉的蒸發(fā)而出現(xiàn)炸裂的聲音,白色煙霧較大,但熔池清晰可見,電弧從鐵板孔的邊沿向銅管壁微微擺動(dòng),以免焊接過程中銅管受熱不均而發(fā)生垮塌現(xiàn)象。
(3)焊接時(shí)應(yīng)盡量使鋼及銅合金自熔,加少量的銅焊材,控制好焊縫中鐵的熔合比。
(4)由于鋅的蒸發(fā)和銅氧化膜的燒損,噴嘴產(chǎn)生堵塞,影響氣流輸出繼而影響焊接質(zhì)量,因此,每焊完5～7個(gè)孔,應(yīng)清理氬氣噴嘴,焊后用鋼絲刷清除焊件表面的白色雜物。
6、汽機(jī)冷油器使用效果及經(jīng)濟(jì)效益
汽機(jī)冷油器焊接安裝完畢后,對其進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)。經(jīng)調(diào)查可知,以前脹管冷油器的運(yùn)行壽命為93d,焊接的冷油器自2002年5月安裝完畢后,至今運(yùn)行良好,只是因受熱,銅管表面顏色發(fā)生變化。
6.1直接效益
15#水站有6臺套該型號機(jī)組,每次換冷油器需要8人,每人每天50元。每次檢修需5d,按每3個(gè)月更換一次計(jì)算,每年人工成本為:50×8×5×4=8000元。
委托檢修費(fèi)用為0.9萬元,1臺機(jī)組上有4臺冷油器,15#水站共有6臺此類機(jī)組,每年檢修4次,則需:0.9×4×6×4=86.4萬元,每年節(jié)約費(fèi)用:86.4+0.8=87.2萬元。
6.2間接效益
挽回了因每次檢修停機(jī)所造成的不能按時(shí)送水的損失。除15#水站機(jī)組可用焊接工藝外,還可用于江心水站的5臺機(jī)組。