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。

" D, }, l7 ?3 E; [

　　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。

' ]' y: s$ N5 T2 g+ }; I ; n3 f+ q" E2 | e. ]; s8 a

　　1 紫铜的可焊性

( X8 G+ P6 f& `) i1 J& [2 { 9 A* b1 G9 k' J9 d8 f

　　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。

4 ^' t. F4 h, ?, g! x: v5 ~+ Y " V# j1 W! I J, q6 o: i( X5 Y* y

　　表1 含氧铜T1的物理性能表

" ^: f# Z9 D/ q* T& X' w

　　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。

8 ]9 L* T, S: y0 x1 f! n4 Z0 t

　　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。

6 m* Z6 E$ H) T1 m

　　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。

8 H( t7 Q g' |8 F' _: J: a , f5 A& B# E; V4 H6 L

　　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。

　　2 焊前准备

7 q: \" c! }9 _2 O6 {

　　2.1 工器具的准备

: M6 Z j6 o% C, q- m

　　1)制作焦碳加热炉。

* r+ h/ N& b6 F2 d

　　2)准备石墨垫板。

W' ^- {, Y8 @! Q

　　3)准备石墨挡板与堵块各2块。

* p2 N) o8 \. D, _$ Z+ P

　　4)绝热材料选用石棉被。

9 `: K Z. ]$ S) T) q, ] - N8 n) S6 y! B" l

　　2.2 组对及预热

5 E \- M/ h8 n1 Q7 U" H) f/ S " r3 r' D9 h# q. r9 c

　　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。

　　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。

　　3)预热如图1所示。

( Z9 t/ }" J! ^5 u. ]& ]1 X

　　图1 预热装置

- U5 x$ s! O) H9 N8 ^0 G

　　?1-母线；2-石墨垫板；3-焦碳炉；

9 t B* z$ I8 m 2 @) V4 y) |' n8 F3 a' t

　　?4-鼓风机；5-石棉被；6-挡板

9 Y8 W' \ E1 d

　　3 焊接工艺

; v! M; S# |/ a' v

　　3.1 焊机及焊材的选取

& p- K2 k2 y$ G4 K/ S ) t1 E4 m. |) M. W# C6 o# r8 N" o, w

　　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。

7 c0 P) P8 Y' g; ~

　　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

　　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。

$ P0 t( S- j. w5 K/ b# d' Y$ T# A

　　3.3 焊接工艺参数

; Z+ |$ Q3 Y4 p% J3 j" ^3 s* \

　　焊接工艺参数如表2所示。

　　表2 焊接工艺参数

8 i# i$ ?0 \9 p, A& A

　　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)

% X- w( \ m( h3 x: W9 l

　　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。

4 ~8 Z% u3 M- h+ L0 D) |# o }3 T& ~4 s# F6 |% }, F

　　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。

　　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。

& E/ g7 ?3 W- E , r% m+ h) i; _ P$ K/ l' L0 ^

　　4 焊后处理

2 G. `1 C2 c+ x

　　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。

7 p4 D6 }: Y, E3 `9 O G6 c

　　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。

1 t8 L- q- R" ?/ ?% a4 Q 1 F/ ]0 o) w" w; O