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炉中“淬火”获新生——冷却板组件国产化攻关纪实

2022年02月16日 来源:《东方烟草报》 作者:赵博
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名称:冷却板组件,ZL29机组成型部分的重要部件

作用:位于烟枪底板的上部,起到冷却作用,令胶水凝固,同时闭合滤嘴接缝,使滤嘴条在其上部成型

加工难点:冷却板组件对表面平整度要求高,尺寸公差小,加工时极易因为焊接变形、尺寸超差等原因导致零件报废;组件中的管采用1.5mm壁厚的不锈钢材质,与之组焊的冷却板为厚度15.6mm、长度687mm的条状黄铜材质,两者间材质的大小、厚度悬殊,焊接难度大

冷却板组件是许昌烟草机械有限责任公司ZL29型纤维滤棒成型机上的关键零部件。该零件由冷却板、压板、管三种零件构成,内部封闭中空,冷却液在其内流动,上方开有R4.5°的光滑圆弧,纤维滤棒在上方通过并冷却成型。

由于冷却板组件对尺寸公差的要求严苛,且加工工艺复杂,因此该组件此前一直依赖进口,成本高昂,且进口周期较长。此前,许昌烟机公司机加车间进行了国产化试制,但由于精度不达标,整批零件报废。

2020年年初,疫情突如其来,零件进口变得更加困难。为彻底摆脱进口依赖,降低生产成本,许昌烟机公司组织机加车间、结构件车间和生产技术部成立了联合攻关团队,集中力量攻克冷却板组件的加工难题。

要实现该组件的国产化加工,关键在于满足冷却板组件±0.02mm的定位尺寸公差要求。而影响定位尺寸公差的最大因素,就是焊接变形。

工艺是决定零部件品质的关键工序,团队成员黄小芳、谢阳阳、马刚峰三人无数次调整改进工艺标准,最终保证了R4.5°圆弧铣削合格,冷却板台阶面铣削达到合格标准。随着冷却板组件三种零件全部加工完毕,冷却板组件进入组焊的试制阶段。

看到冷却板零件和管零件,即便是最老练的焊工师傅也犯了难:一边是壁厚1.5mm的不锈钢管材,一边是长687mm、厚15.6mm的铜条,导热效率不一样,受热范围不一样,要想让它们俩顺利合为一体,还要控制变形量,焊接难度不是一般的大。黄铜类的焊接,常规方法是使用银基钎焊,但该组件中的冷却板既长且厚,铜的导热效率也高。当焊接师傅利用乙炔枪进行预热时,往往这头温度上来了,那边温度就下去了,而管既薄且小,稍不注意就会因温度过热而烧穿。只靠手工钎焊的话,很难找到两者间的平衡温度,从而达到施焊条件。

果不其然,从多个试件的焊接结果来看,要么是温度不够导致焊缝不均匀无法形成密封,要么是热量过于集中导致管被烧穿直接报废,即便偶尔有焊接成型较好的,也因室温和零件的温差较大导致组件表面产生了应力变形。

看着问题百出的焊接试件,黄小芳和团队成员涂志福都皱起了眉头。

“手工钎焊过程控制不稳定,造成了各种焊接缺陷,这是其一。”

“受焊零件焊接完成后,温度极速下降导致应力变形,这是其二。”

通过对多个试焊件的观察,他们两人迅速找到了症结所在,但找到症结不代表问题的解决,整个攻关团队都陷入了沉思。

“钎焊的底层逻辑是对零件加热到高于银基焊丝的熔点,从而使焊丝同母材熔融,既然这样,我们是不是可以利用数控淬火炉来完成焊接呢?”涂志福提出,“用这种方式,说不定能解决现在的困局!”

银基焊丝的熔点最高是850摄氏度,管和冷却板的熔点分别为1420摄氏度和1080摄氏度。从理论上来讲,只要将淬火炉升温到850摄氏度到1000摄氏度之间,就能保证冷却板组件在均匀受热的同时让银基焊丝顺利和母材熔融,同时还可以做到对组件的焊前预热和焊后保温,从而避免温差造成的应力变形。

说干就干,团队成员迅速找来试件,将银基焊丝圈成跟焊缝相贴合的圆圈并套在焊缝上,再把组件放入淬火炉中进行加热。经过一个小时的紧张等待,第一批在淬火炉中完成钎焊的试件出炉了。在炉内均匀的高温作用下,冷却板组件整体受热均衡,焊缝成型良好,由于完成焊接后炉中温度缓慢下降,起到了很好的保温效果,因此产生的应力变形也小了很多。

以炉中钎焊代替手工钎焊的方法终于解决了此前该组件的焊接难题,在保证了焊接质量的同时,生产效率也得到了较大的提升,更为以后复杂的钎焊类零件加工提供了多样性的解决方案。

经过一年多的努力,2021年年初,随着焊接难题的攻克,冷却板组件的国产化攻关很快顺利完成。

如今,冷却板组件已由依赖进口转变为自主加工生产,不但大幅缩短了零件供应周期,制造成本更是降低了40%以上,ZL29纤维滤棒成型机组中这个因为道序繁多、工艺复杂而始终依赖进口的关键零件再也不会被“卡脖子”了。

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