大截面紫铜母线钨极氩弧焊焊接工艺(上)
<p> 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。</p><p> 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。</p>
<p> 1 紫铜的可焊性</p>
<p> 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。</p>
<p> 表1 含氧铜T1的物理性能表</p>
<p> 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 </p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 2 焊前准备</p>
<p> 2.1 工器具的准备</p>
<p> 1)制作焦碳加热炉。</p>
<p> 2)准备石墨垫板。</p>
<p> 3)准备石墨挡板与堵块各2块。</p>
<p> 4)绝热材料选用石棉被。</p>
<p> 2.2 组对及预热</p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 3)预热如图1所示。</p>
<p> 图1 预热装置</p>
<p> ?1-母线;2-石墨垫板;3-焦碳炉;</p>
<p> ?4-鼓风机;5-石棉被;6-挡板</p>
<p> 3 焊接工艺</p>
<p> 3.1 焊机及焊材的选取</p>
<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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 3.2 预热</p>
<p> 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。</p>
<p> 3.3 焊接工艺参数</p>
<p> 焊接工艺参数如表2所示。</p>
<p> 表2 焊接工艺参数</p>
<p> 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) </p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 4 焊后处理</p>
<p> 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。</p>
<p> 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。</p>
<p> 3)对焊缝进行外观检查。</p>
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