大截面紫铜母线钨极氩弧焊焊接工艺(上)

HEATS

　　铜母线的连接在电站、冶金装置中经常遇到，其连接方式有夹接法(螺柱紧固)、焊接法等。对大截面紫铜母线的焊接就国内目前的资料显示，有碳弧焊、埋弧焊及钨极氩弧焊几种。碳弧焊预热温度较高，须保证焊口母材温度750℃以上，焊缝外观成形一般，且高温产生的Cu2O蒸汽易使焊工中毒，同时易引起渗碳，塑性较差，电阻率较大。埋弧焊预热温度稍低，约500℃左右，质量较稳定，但电流、电压稍高，分别为750 A～800 A、40 V～50 V左右，且焊剂用量较大，国内尚未有焊接大截面、大长度母线的介绍。钨极氩弧焊从目前国内的规范显示，仅适用于δ＜12的铜母线焊接，对δ＞12的单面V形坡口的紫铜母线焊接则指导性不强。

# i( j' s( m/ K: d0 Q' `8 D8 r2 `3 r- X

　　在某炼锌厂两套15 000吨/年电解锌装置中，设计要求采用焊接连接法，但未明确焊接工艺及方法。在充分考虑改善焊缝质量、劳动环境的基础上，借鉴国内、国外经验，采用了在预热条件下的水冷式钨极氩弧焊工艺，焊缝外观成型良好，内在质量保证Ⅱ级合格，基本解决了铜焊接中普遍存在的夹渣、气孔缺陷，成功地完成了该工程的安装任务。

0 O6 N1 e, c+ K: Y e0 P$ r ' p/ O- N P4 h! [6 e! I2 H

　　1 紫铜的可焊性

　　该工程所用铜为含氧铜T1，其杂质总含量0.05，其中氧为0.02，其物理性能如表1所示。

" d) \: L1 b1 J+ h+ {$ D* |% ~

　　表1 含氧铜T1的物理性能表

3 J1 j& W$ |9 A8 d- Q# G: V& `

　　指标指标值指标指标值晶格类型面心立方晶格导热系数386.4W/(m•k) 熔点1083℃线胀系数16.5×10-6K-1沸点2580℃电阻率168×１0-10Ω•m 密度8.96kg/cm3 　 　

　　紫铜的导热系数20℃时比铁大7倍，1 000℃时大11倍多，焊接时热量迅速从加热区传导出去，使母材与填充金属难以融合，因此焊接时须采用大功率热源并采取预热，施焊时才易形成熔池。

0 n7 C! z, s6 ~+ V: j. i: h

　　T1的线胀系数比铁大15%，为避免近缝区产生袭纹，保证焊接时间隙，故组对时应保证足够的间隙；同时其收缩率比铁大1倍以上，为防止熔池由液相变为固态时，层间温度差较大形成袭纹，故施焊时应保证层间温度。

　　含氧铜焊接时极易形成气孔，其产生原因主要为氧和水汽，其中氧形成反应气孔，水汽产生扩散气孔，故须采取焊粉脱氧及缓冷等措施。

( N! t. F% E& C% f( v

　　为防止出现富铅或富铋的低熔点共晶，焊后应采取水润法快速冷切，锤击减应。

" F" ?% {" n, a/ W3 {: L2 o

　　为保证焊缝根部成型及收弧处接头平滑、减少热量损失，施焊时应制备石墨垫板、挡板及堵块。

; z: b5 z$ d8 \; C! |8 ] x ! R; |! I4 P+ C- I* f4 Y

　　2 焊前准备

( ~! ^4 a! ^1 X: h. d " ~ o2 k* P! s9 c" U

　　2.1 工器具的准备

　　1)制作焦碳加热炉。

" \% R- p+ {0 S7 x9 K* m& Q& z R& c 6 T& Y ^7 d6 e R" s

　　2)准备石墨垫板。

. i; o$ w" e0 g4 C. d

　　3)准备石墨挡板与堵块各2块。

　　4)绝热材料选用石棉被。

2 e" w. y1 a1 u1 p: P

　　2.2 组对及预热

1 ]; C* N; @/ n5 y4 M( u : ]) x+ k! M- q. G7 T8 }

　　1)坡口采用刨床加工，为单面V形，坡口角度55°±5°，钝边1 mm，预热前组对间隙宜为4 mm～5 mm。

4 W* O& E0 c3 i2 {

　　2)组对前，采用磨光机处理坡口侧50 mm范围内保护层至露出金属光泽为止。

, D. n) P$ e3 j( l: W h9 [0 ~

　　3)预热如图1所示。

f0 D, t- r4 b: }+ ]! u 6 Y& P: t' p x& U; C" x4 o

　　图1 预热装置

- o) a: \/ H1 V' b 6 }& W8 ]) x. `3 J

　　?1-母线；2-石墨垫板；3-焦碳炉；

- L% J1 E; b) x. k& l9 W$ f( v3 Q

　　?4-鼓风机；5-石棉被；6-挡板

- y& j; R& @. C6 g/ u

　　3 焊接工艺

/ g, N/ h9 G4 i% K7 n; i, a) p- n5 |

　　3.1 焊机及焊材的选取

, t7 H) H' `; x0 R/ o8 p

　　1)焊机选用2台Z630焊机，并联，正极性接法，保证电流平稳，焊枪为500 A。

5 k* ~% s9 X/ l) r0 ?' r! [$ c D8 a

　　2)焊丝选用Φ6紫铜焊丝，并在焊接前用砂纸打磨，焊剂选用气剂301。

　　3.2 预热

5 k# { T0 Z! G# L2 L, G

　　预热采用焦碳炉持续加热至350℃～600℃后(采取远红外测温枪测试)，用石棉被包裹焊缝两边400 mm宽范围后，关掉鼓风机，保证加热炉继续加热。此时，组对间隙因膨胀缩为2mm～3mm，在焊缝区均匀撒上气剂301后，可以施焊。

$ l0 ]/ u9 U$ ?$ o* b4 |# @8 k # Z3 i# t/ F: `( n

　　3.3 焊接工艺参数

" L; O7 u' J9 [

　　焊接工艺参数如表2所示。

( L" }9 k' a# ]$ \+ I' D 7 X2 w4 u0 K5 C; M1 @& ]+ ~' N) A2 h

　　表2 焊接工艺参数

3 ]) A6 q. ] @; d. S / t9 L/ l) S! |& m

　　焊接层数电流电压钨极焊丝氩气流量打底350 A 20 VΦ6铈钨极Φ6 15～17(L/min) 填充盖面400 A 20 VΦ6铈钨极Φ6 15～17(L/min)

& M j# T, Q! y' t9 n0 | # i8 |# Z, \0 X' b

　　焊接时，采用左焊法，为减少氧化，焊接速度应快。为便于观察熔池及填加焊丝，焊枪与工件夹角宜为75℃～85℃，焊丝与焊件间夹角为10°～20°，操作时焊枪应均匀、平稳地向前作直线运动，并保持恒定的电弧长度，弧长一般控制在2mm～4mm，当填充或盖面时，焊丝应做轻微横向摆，在接头填满后，逐渐拉长电弧灭弧。

　　层间焊接时，应持续保证焊缝区温度350℃～600℃左右，并不宜过长停留。

0 o8 R% Q' r6 Y

　　300×１6紫铜板焊接，从加热至焊接完毕，一般需40 min左右，施焊时间仅为10 min。

　　4 焊后处理

2 a& n" R2 p+ e

　　1)焊后应采取水润法快速冷切，锤击减应，防止出现低熔点共晶，增加铜母线韧性。

# }% q: i9 n- \ [7 ?9 N ^% F" k

　　2)冷却后用钢丝刷清理熔渣，并酸洗清除焊缝热影响区氧化层。

　　3)对焊缝进行外观检查。

- E" R4 D+ @6 Q. I5 y5 d 1 g9 v* H' N: m5 f! e