高真空油擴散泵冷卻水管新型焊接工藝

　本文介紹了高真空油擴散泵一種新型的冷卻水管與(yu) 泵壁異種金屬焊接工藝，通過焊接材料和焊接方法對比，並進行了大量試驗驗證，得出了此焊接工藝工作效率高，導熱效果良好，並且消除了高真空擴散泵冷卻水管易脫落，返酸等現象。

　　高真空油擴散泵是用來獲得高真空或超高真空的重要設備。廣泛用於(yu) 真空冶金、真空熱處理、真空鍍膜、電子工業(ye) 、航空航天、原子能等工藝領域。

　　高真空油擴散泵的冷卻形式分為(wei) 水套冷卻和盤管冷卻，理論上水套冷卻效果好，外形美觀，但是隔水擋圈不能與(yu) 水套內(nei) 表麵進行緊密接觸，實際冷卻效果不理想，在國外同類產(chan) 品沒有采用此冷卻方式，隻有國內(nei) 少部分廠家采用此冷卻方式。

　　盤管冷卻目前應用廣泛，冷卻水在水管中流動性好、冷卻均勻。但是由於(yu) 盤管與(yu) 泵壁的外表麵接觸麵小，如果兩(liang) 者之間不填充導熱物質，其冷卻效果差。

　　為(wei) 了提高盤管冷卻效果必須在盤管和泵壁之間填充導熱效果好的介質。

　　泵壁外部的冷卻水管為(wei) 紫銅空心圓管，紫銅管的重量輕、導熱性好 (導熱係數為(wei) 100w/m℃不鏽鋼為(wei) 13w/m℃) 、耐腐蝕性強、易彎曲、不易裂縫、不易折斷等優(you) 點，因此非常適合泵壁冷卻水管使用要求。冷卻水管與(yu) 泵壁接觸時為(wei) 線接觸，不能很好的將能量從(cong) 一端傳(chuan) 至另一端，為(wei) 了強化傳(chuan) 熱的途徑，隻有增加傳(chuan) 熱麵積來提高傳(chuan) 熱效率。

　　我公司在2010年以前，高真空油擴散泵冷卻水管和泵壁采用錫鉛焊料釺焊焊接法，但是錫焊在焊接過程中需要添加酸性物質，經過一段時間泵壁出現滲酸現象，產(chan) 品質量及外觀大打折扣。

1、試驗過程

　　高真空擴散泵泵壁的材料為(wei) 碳鋼，泵壁上纏繞的冷卻水管材料為(wei) 紫銅，這兩(liang) 種材料在焊接中稱為(wei) 異種金屬焊接 (鋼與(yu) 有色金屬焊接) ，異種金屬焊接比同種金屬焊接困難得多。

　　1.1、材料性能對比

　　首先對兩(liang) 種焊接材料特性進行了分析，從(cong) 表1可以看出，銅和鐵的導熱係數、線膨脹係數、熔點、收縮率差異比較大，焊接時熱量迅速從(cong) 加熱區傳(chuan) 導出去，使母材與(yu) 填充金屬難以熔合;焊接時，在焊縫金屬晶粒間存在低熔點共晶，在焊縫冷卻凝固過程中將產(chan) 生較大的焊接應力，因此在接頭的脆弱部位形成熱裂紋;這對銅和鐵焊接質量非常不利。

表1 銅和鐵物理性能的比較

　　1.2、焊材的選擇

　　由於(yu) 異種金屬之間金屬化學成分差別很大，過渡層各部位的性能將對焊接整體(ti) 性能有重要影響。所以，在選擇焊接材料和確定焊接工藝時不僅(jin) 考慮焊縫金屬本身的成分和性能，而且還要考慮過渡層可能形成的成分和性能。

　　銅和碳鋼焊接采用了SG-Cu Si3焊絲(si) ，此焊絲(si) 為(wei) 矽青銅焊絲(si) ，焊絲(si) 含有3%的矽及少量錳的青銅，熔點在965~1035℃，焊接工藝性能優(you) 良，焊縫機械強度高，焊接完畢後，過渡層的主要成分為(wei) Cu，導熱係數高。而且SG-Cu Si3焊絲(si) 主要用於(yu) 青銅、黃銅、紫銅與(yu) 鋼的焊接。

　　1.3、焊接過程

　　首先，按照高真空擴散泵材質和冷卻形式，製造一台樣品 (見圖1) 。采購直徑0.8 (mm) 和1.0 (mm) 矽青酮焊絲(si) 各一公斤，焊接方式選擇了TIG和MIG兩(liang) 種方式。

圖1 試驗筒體(ti)

　　1.3.1、TIG焊接試驗

　　TIG (鎢極氬弧焊) 焊接法的主要優(you) 點是可焊接的材料範圍廣，不受形狀和形式、麵積約束;焊縫根部易焊透，接頭熱影響區小，焊件變形及裂紋傾(qing) 向小，焊縫成型好等優(you) 點。先行利用TIG焊接進行試驗，從(cong) 圖2可以看出焊接後的焊縫均勻，泵壁和冷卻水管無缺陷。因TIG焊接焊接效率不高，因此對焊接效率進行了測算，焊接速率僅(jin) 為(wei) 1.6mm/S，認為(wei) 此焊接方式不適合批量生產(chan) 。

圖2 矽青銅焊絲(si) 采用TIG焊法

　　1.3.2、MIG焊接試驗

　　和TIG焊一樣，它幾乎可以焊接所有的金屬，尤其適合於(yu) 焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不鏽鋼等材料，與(yu) TIG焊相比它不采用鎢極，成本比TIG焊低，而且生產(chan) 效率高。

　　異種金屬焊接選擇合適焊接參數是至觀重要的。根據兩(liang) 種材料特性，選擇小電流大電壓參數。焊接時焊絲(si) 對準坡口中心，保證銅側(ce) 和鋼側(ce) 母材同時熔化，減少鋼側(ce) 未熔化缺陷產(chan) 生。經過一些係列的焊接試驗,

　　從(cong) 圖3可以看出焊接外形美觀，焊接截麵熔合效果良好，增加了導熱麵積而且焊材熔化後的材料為(wei) 銅。焊接速率9mm/S，是TIG焊接的7倍。

圖3 試驗矽青銅焊絲(si) ，采用MIG焊接方式

　　1.4、成本核算

　　擴散泵原錫鉛焊接工藝與(yu) 現焊接工藝成本對比如下：

　　從(cong) 表2表3可以看出，無論材料和人工費用都降低了60%左右，效益上比較客觀的。

表2 材料費用對比

表3 人工費用對比

2、試驗測試結果

　　2.1、焊縫試驗

　　整體(ti) 焊接完畢後，通0.3MPa水壓檢漏，並保壓10分鍾，焊接銅管無漏水現象。

　　擴散泵在加熱過程中斷水20分鍾，再進行通水，冷卻水管無脫落，無漏水現象。

　　3.2、整體(ti) 性能試驗

　　矽青銅焊絲(si) 焊接的成品 (見圖4) ，安裝在調試工位上進行性能測試，在調試過程中利用紅外測溫儀(yi) 逐點測量泵壁和冷卻水管溫度，測量得到的數據進行分析和對比。

圖4 焊接成品調試試驗

　　從(cong) 上述數據可以看出，冷卻水管的冷卻溫度快速的傳(chuan) 遞到泵壁上，冷卻效果不亞(ya) 於(yu) 錫鉛焊接形式。

3、結論

　　矽青銅焊接在小批量試製中，采用MIG焊法，焊接效率高，成本低，成型好。但是需要一些專(zhuan) 門工裝來保證焊接工人的水平趨於(yu) 一致。焊接過程中細化焊接工藝參數，才能達到良好的焊接效果。

參考文獻

　　[1]斯重遙，周振豐(feng) .焊接手冊(ce) 版北京[S]:機械工業(ye) 出版社出版1992.