uf大截面紫銅母線鎢極氬弧焊焊接工藝

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。uf大截面紫銅母線鎢極氬弧焊焊接工藝uf大截面紫銅母線鎢極氬弧焊焊接工藝大截面紫銅母線鎢極氬弧焊焊接工藝 在某煉鋅廠兩套15 000噸/年電解鋅裝置中，設計要求采用焊接連接法，但未明確焊接工藝及方法。在充分考慮改善焊縫質量、勞動環(huán)境的基礎上，借鑒國內、國外經(jīng)驗，采用了在預熱條件下的水冷式鎢極氬弧焊工藝，焊縫外觀成型良好，內在質量保證級合格，基本解決了銅焊接中普遍存在的夾渣、氣孔缺陷，成功地完成了該工程的安裝任務。 1 紫銅的可焊性 該工程所用銅為含氧銅T1，其雜質總含量0.05，其中氧為0.02，其物理

2、性能如表1所示。 表1 含氧銅T1的物理性能表 指標指標值指標指標值晶格類型面心立方晶格導熱系數(shù)386.4W/(m?k) 熔點1083線脹系數(shù)16.5×10-6K-1沸點2580電阻率168×0-10?m 密度8.96kg/cm3 紫銅的導熱系數(shù)20時比鐵大7倍，1 000時大11倍多，焊接時熱量迅速從加熱區(qū)傳導出去，使母材與填充金屬難以融合，因此焊接時須采用大功率熱源并采取預熱，施焊時才易形成熔池。 T1的線脹系數(shù)比鐵大15%，為避免近縫區(qū)產(chǎn)生襲紋，保證焊接時間隙，故組對時應保證足夠的間隙；同時其收縮率比鐵大1倍以上，為防止熔池由液相變?yōu)楣虘B(tài)時，層間溫度差較大形成襲紋，故

3、施焊時應保證層間溫度。 含氧銅焊接時極易形成氣孔，其產(chǎn)生原因主要為氧和水汽，其中氧形成反應氣孔，水汽產(chǎn)生擴散氣孔，故須采取焊粉脫氧及緩冷等措施。 為防止出現(xiàn)富鉛或富鉍的低熔點共晶，焊后應采取水潤法快速冷切，錘擊減應。 為保證焊縫根部成型及收弧處接頭平滑、減少熱量損失，施焊時應制備石墨墊板、擋板及堵塊。 2 焊前準備 2.1 工器具的準備 1)制作焦碳加熱爐。 2)準備石墨墊板。 3)準備石墨擋板與堵塊各2塊。 4)絕熱材料選用石棉被。 2.2 組對及預熱 1)坡口采用刨床加工，為單面V形，坡口角度55°±5°，鈍邊1 mm，預熱前組對間隙宜為4 mm5 mm。 2

4、)組對前，采用磨光機處理坡口側50 mm范圍內保護層至露出金屬光澤為止。 3)預熱如圖1所示。 圖1 預熱裝置 ?1-母線；2-石墨墊板；3-焦碳爐； ?4-鼓風機；5-石棉被；6-擋板 3 焊接工藝 3.1 焊機及焊材的選取 1)焊機選用2臺Z630焊機，并聯(lián)，正極性接法，保證電流平穩(wěn)，焊槍為500 A。 2)焊絲選用6紫銅焊絲，并在焊接前用砂紙打磨，焊劑選用氣劑301。 3.2 預熱 預熱采用焦碳爐持續(xù)加熱至350600后(采取遠紅外測溫槍測試)，用石棉被包裹焊縫兩邊400 mm寬范圍后，關掉鼓風機，保證加熱爐繼續(xù)加熱。此時，組對間隙因膨脹縮為2mm3mm，在焊縫區(qū)均勻撒上氣劑301后，可

5、以施焊。 3.3 焊接工藝參數(shù) 焊接工藝參數(shù)如表2所示。 表2 焊接工藝參數(shù) 焊接層數(shù)電流電壓鎢極焊絲氬氣流量打底350 A 20 V6鈰鎢極6 1517(L/min) 填充蓋面400 A 20 V6鈰鎢極6 1517(L/min) 焊接時，采用左焊法，為減少氧化，焊接速度應快。為便于觀察熔池及填加焊絲，焊槍與工件夾角宜為7585，焊絲與焊件間夾角為10°20°，操作時焊槍應均勻、平穩(wěn)地向前作直線運動，并保持恒定的電弧長度，弧長一般控制在2mm4mm，當填充或蓋面時，焊絲應做輕微橫向擺，在接頭填滿后，逐漸拉長電弧滅弧。 層間焊接時，應持續(xù)保證焊縫區(qū)溫度350600左右，并不

6、宜過長停留。 300×6紫銅板焊接，從加熱至焊接完畢，一般需40 min左右，施焊時間僅為10 min。 4 焊后處理 1)焊后應采取水潤法快速冷切，錘擊減應，防止出現(xiàn)低熔點共晶，增加銅母線韌性。 2)冷卻后用鋼絲刷清理熔渣，并酸洗清除焊縫熱影響區(qū)氧化層。 3)對焊縫進行外觀檢查。 5機具設備 焊接機具準備如下。 焊機Z630 2臺并聯(lián)焊槍500 A水冷式氬弧焊把1把等離子切割機Z200 1臺空壓機 1臺鼓風機2001臺爐子400×002臺石墨板20 20道口/1塊吊車8t 1臺倒鏈2t 2個紅外測溫槍M130T 1個防輔射勞保服 2套 6勞動力組織 焊工2名鉚工2名司爐工

7、1名等離子切割機操作工1名技術員1名 7質量標準及檢驗 7.1質量標準 對接接頭表面質量按HGJ223-1992執(zhí)行，內在質量執(zhí)行JB4730-1994級合格，電阻率采取雙臂電橋測試法，應符合GBJ149-1990。 7.2質量保證措施 1)進行焊接工藝評定，并依評定現(xiàn)場試焊后，確定作業(yè)指導書。 2)焊工經(jīng)培訓合格后方能上崗。 3)焊機及氬氣瓶上的計量器具必須在校驗周期內，指示準確。 4)嚴格工序交接檢查制度，不合格部份必須處理后，方能進行下道工序。 8焊接質量 用于工藝試驗的兩塊300×00試件，經(jīng)外觀檢查、著色顯示熔合良好、無缺陷后，進行X射線照相，經(jīng)檢驗無夾渣缺陷，僅有一處氣孔

8、，依JB4730-1994評定級合格。然后，制取試，進行機械性能試驗，試驗結果符合HGJ223-1992要求，電阻率采用雙臂電橋測試法，測定結果最大電阻率0.015mm2m，符合GBJ149-1990要求。 9經(jīng)濟效益分析 采用該焊接工藝后，焊縫外觀成型良好，質量得到保證，避免了碳弧焊高溫對焊工的強烈輔射，且適應場所更大，對難于采用爐子加熱的場所用大焊炬氣焊加熱后，也可順利施焊，同時對母線與導電片(角焊縫)、母線的軟連接(對接縫)等各類型式的接頭，也可在其指導下成功焊接，適用范圍更廣。 相對于碳弧焊接，氬弧焊接電阻率更低，焊縫氣孔更少，質量更穩(wěn)定；相對于埋弧焊接，氬弧焊更易于使焊工掌握，且更適

9、用于現(xiàn)場的窄幅、大長度母線焊接；相對于原母線采取的夾接連接，氬弧焊后母線的耗電更少，商煉一期裝置投產(chǎn)表明，其每生產(chǎn)1噸電解鋅片比原省電60度，年可減少成本支出45萬元左右，經(jīng)濟效益明顯。 10工程應用實例 陜西鋅業(yè)公司某煉鋅廠2套15 000噸/年電解鋅工程中有80多噸紫銅母線，材質為T1，截面為300mm×16mm，200mm×12mm，200mm×28mm不等，單根母線長達17m，并有部分導電片(250mm×12mm，間距62mm)與母線的角連接、鑲嵌連接，設計要求均為焊接。采用預熱條件下的氬弧焊接，焊縫外觀成型良好，對其試件測試，接頭內在質量、機械

10、性能及電阻率等技術指標均符合設計規(guī)定，每套裝置焊接工期僅為25天，提前完成任務，保證了該廠的順利投產(chǎn)。 11結論 1)鎢極氬弧焊接對大截面紫銅母線來說是一種預熱溫度較低、焊接質量穩(wěn)定、操作方便、施焊環(huán)境較好的方法，對12mm的銅及其合金焊接具有一定的指導作用。但含氧銅焊接中普遍存在氣孔通過使用焊粉、保證層間溫度仍難以消除，從理論上講，可通過控制氬氣及周圍環(huán)境中的氫、氮的含量來消除氣孔，但在實際中很難達到。 2)氣孔產(chǎn)生的部位主要是焊接接頭處，其原因為熄弧后溫度降低、氣體來不及析出造成。故宜接長焊條、每層連續(xù)焊完。 3)對不同截面的紫銅母線角連接、軟連接、鑲嵌連接，其預熱溫度及工藝參數(shù)與對接時參

11、數(shù)差別不大，宜根據(jù)截面大小及接頭型式采取適當?shù)念A熱方法(如船形焊)進行焊接 生意社12月19日訊 劉家發(fā) 賀長河 大慶油田建設集團 163453 摘要 根據(jù)油田聯(lián)合站變電所施工現(xiàn)場的實際情況，針對變電所配電柜截面120×12mm紫銅排母線焊接難點及焊接質量要求，采用氬弧焊工藝，焊前預熱，焊中保持高熱輸入?yún)?shù)，并采用特殊夾具等方法，成功進行了紫銅母線的現(xiàn)場焊接，獲得令人滿意的效果。 關鍵詞：紫銅排母線 鎢極氬弧焊 焊接工藝 0 前言 大慶油田某聯(lián)合站工程中的變電所高壓配電柜的母線，設計首次采用了紫銅排對接接頭連接形式，改變了以往通常采用的鋁排或紫銅排搭接結構氣焊連接方式；該工程紫銅排母

12、線截面較大，現(xiàn)場連接要在空中作業(yè)，焊接質量要求高，焊接施工難度較大。在該工程施工中，筆者通過反復試驗，摸索出一套合適的焊接工藝規(guī)范，采用水冷式鎢極氬弧焊方法，制作了特殊的工裝卡具進行組對，焊前采取特殊工具預熱，焊接過程中保持高熱輸入?yún)?shù)，嚴格控制層間溫度，成功地實現(xiàn)了紫銅排母線的現(xiàn)場焊接，確保了工程進度和焊接質量。以下簡要介紹該焊接工藝，僅供交流參考。 1 紫銅的焊接性分析 施工中所用的紫銅牌號為T1，其純度在99.95%以上，其余為雜質。比較銅與鋼的物理性能，其焊接性問題主要有： （1）紫銅的導熱系數(shù)20時比鐵大7倍多，1000時為鋼的11倍多。焊接時熱量迅速從加熱區(qū)傳導出去，使母材與填充金

13、屬難以熔合，因此焊接時必須采用較大功率的熱源，焊前和焊接時都要采取預熱和加熱措施。 （2）紫銅的線脹系數(shù)比鐵大15%，而收縮率又比鋼大1倍多，再加上其導熱能力強，焊接熱影響區(qū)寬，焊接時易產(chǎn)生較大的變形和應力。因此，組對時應保證足夠的間隙，施焊時應保證層間溫度。 （3）紫銅的表面張力系數(shù)僅為鋼的70%，焊接時，銅液易下淌，根部成型不好，在全位置焊接時更為嚴重。在空中位置進行焊接施工時，焊縫的背面應采取加墊板等相應的技術措施。 （4）焊縫及熔合區(qū)易產(chǎn)生氣孔。主要是由氫和水汽所引起，由于銅在液態(tài)時能溶解大量的氫，而在凝固時氫的溶解度急劇減小，大量的氫要向外逸出，加上銅的導熱性強，熔池凝固特別快，氫氣

14、來不及逸出，就在焊縫中形成氣孔。因此，焊接施工時，要保持焊接區(qū)有好的環(huán)境，控制焊縫冷卻速度。 2 焊接工藝 2.1焊接方法的選擇 該工程中的變電所高壓配電柜的紫銅排母線，其截面尺寸為120×12mm，設計為對接焊接接頭，部分接頭的焊接必須在高壓配電柜的上部空中位置進行，預熱及焊接條件都較差，焊接方法的選擇要適應這種現(xiàn)場條件。 由于紫銅的導熱性極強，母材不易熔化，易產(chǎn)生裂紋、氣孔、未熔合及根部成型不好等缺陷，焊接變形大，焊后母材機械性能降低幅度較大，采用普通手弧焊方法時，焊縫的含氫、含氧量較高，鋅蒸發(fā)嚴重，容易出氣孔，焊后接頭強度低，導電性下降較多，厚件焊接不宜采用；氣焊時熱源的溫度低

15、、能量密度小、熱能分散，使焊件受熱面積大、變形嚴重、成形差等，也不宜采用；碳弧焊預熱溫度較高，須保證焊口母材溫度750以上，焊縫外觀成形一般，且高溫產(chǎn)生的Cu2O蒸汽易使焊工中毒，同時易引起滲碳，塑性較差，電阻率較大。埋弧焊預熱溫度稍低，約500左右，質量較穩(wěn)定，但母線焊件尺寸結構特點及現(xiàn)場條件不適合采用；由于鎢極氬弧焊具有電弧穩(wěn)定、能量集中、保護效果好、熔池體積易于控制、操作靈活等優(yōu)點，能夠保證焊接質量，因此，選擇了鎢極氬弧焊方法。 2.2 焊材選擇 焊接材料選用型號為HSCu201、規(guī)格為3.0mm或4.0mm焊絲，氬弧焊鎢極采用4.0mm的鈰鎢極，保護氣體為Ar氣，要求Ar氣體純度在99

16、.99%以上。 2.3 坡口形式及尺寸 C P 圖1 對接焊坡口形式及尺寸 坡口采用V形坡口，其形式如圖1所示。板厚=12mm，坡口角度為=60°±5°，對口間隙為C=23mm，鈍邊P=1±0.5mm。采用砂輪機打磨加工坡口。 2.4 焊接設備及機具選擇 焊接電源應選用額定電流450A以上的直流氬弧焊電源；焊槍選用500A以上水冷氬弧焊槍；預熱及焊接過程加熱采用特制大號的氧乙炔火焰加熱器；現(xiàn)場預熱與焊接時，可采用半導體測溫筆或遠紅外測溫槍進行溫度監(jiān)測。 2.5 焊接工藝參數(shù) 焊接施工時，采用大熱輸入規(guī)范參數(shù)，見下表1。 表1 紫銅排母線焊接工藝參數(shù) 3

17、焊接施工要點 （1）為防止焊接缺陷的產(chǎn)生，焊接前需對工件及焊絲表面進行機械清理，將坡口兩側表面50mm范圍內清刷干凈，不得有氧化膜、水和油污，坡口加工面應無毛刺和飛邊。然后用丙酮清洗接頭焊縫及附近區(qū)域。 （2）焊前對口應平直，其彎折偏移不應大于0.2%，中心線偏移不應大于0.5%。 （3）預熱溫度和層間溫度保持在600以上（紫銅排母線呈現(xiàn)淡紅色）。為此，在焊接過程中，要始終用大號火焰加熱器不斷加熱，采用較大的焊接熱輸入?yún)?shù)進行連續(xù)施焊。為保證工件質量，盡量保持水平焊接位置。 （4）焊接過程中需采取較大的焊接規(guī)范，使焊縫金屬保持較高的溫度，因此必須選擇水冷焊槍。焊接時，采用左焊法，焊槍與工件夾角

18、宜為75°85°，焊絲與焊件間夾角為10°20°，操作時焊槍應均勻、平穩(wěn)地向前作直線運動，并保持恒定的電弧長度。當填充或蓋面時，焊絲應 做輕微橫向擺動，在接頭填滿后，逐漸拉長電弧滅弧。每個焊縫應一次焊完，除瞬間斷弧外不得停焊，焊接結束時要注意收弧，防止收弧處出現(xiàn)弧坑而影響焊接質量。 （5）焊接過程中要采取有效措施加強安全防護。由于施焊部位長時間處于高溫狀態(tài)，所以現(xiàn)場焊工焊接操作時，要在工件被焊部位處加特制的隔熱板，以防止焊接工人燙傷、燒傷。 （6）每個焊口焊完后，應采用小火焰加熱器對焊逢繼續(xù)加熱一段時間，降低焊縫的冷卻速 度。另外，焊接完一道焊口后，為避

19、免焊槍的過熱，應停焊一段時間，使焊槍冷卻后，再焊下一道焊縫。 （7）為減少空中焊接作業(yè)，紫銅排母線的接長焊接可以在地面上進行，采用雙面焊。這時紫銅排母線的組對間隙可以減小或不留間隙。焊縫正面焊完后，進行反面焊接前，要采用砂輪機進行反面清根處理。 為了保持焊后紫銅排母線的基本尺寸，減少焊接變形，地面焊接施工時，針對紫銅排母線結構尺寸，制做了特殊卡具，如圖2所示。預熱及焊接前先將紫銅排母線卡緊，強制防止其產(chǎn)生焊接變形。母線焊完未冷卻前，不得移動或受力。對于局部超標的焊接變形，焊后采取水火矯形等措施進行矯正。 固定楔塊 焊縫 卡具 固定楔塊 焊口 銅排 固定槽鋼 焊接操作引出板 圖2：紫銅排母線接長連接工裝卡具示意圖 （8）在空中位置焊接時，采用單面焊，反面加陶瓷襯墊，襯墊形狀的選擇要保證焊縫加強高的尺寸要求，要留有足夠的間隙?？罩薪M對工裝卡具基本形狀與圖2所示相似，但工裝卡具的長度較短，重量較輕?？罩泻附幼鳂I(yè)時，要多人配合，必須時時注意安全，防止燙傷或燒傷。 4 焊接質量標準與檢驗 4.1 質量標準 紫銅排母線的焊接質量執(zhí)行國家標準GBJ14990電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規(guī)范規(guī)定。電阻率可以采取雙臂電橋測試法。 4.2 質量保證措施 （1）焊接前要