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(shè)計(jì)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(zhì)量、勞動環(huán)境的基礎(chǔ)上，借鑒國內(nèi)、國外經(jīng)驗(yàn)，采用了在預(yù)熱條件下的水冷式鎢極氬弧焊工藝，焊縫外觀成型良好，內(nèi)在質(zhì)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(wù)。 1 紫銅的可焊性 該工程所用銅為含氧銅T1，其雜質(zhì)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(biāo)指標(biāo)值指標(biāo)指標(biāo)值晶格類型面心立方晶格導(dǎo)熱系數(shù)386.4W/(m?k) 熔點(diǎn)1083線脹系數(shù)16.5×10-6K-1沸點(diǎn)2580電阻率168×0-10?m 密度8.96kg/cm3 紫銅的導(dǎo)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(dǎo)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(yù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)氣孔，水汽產(chǎn)生擴(kuò)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(diǎn)共晶，焊后應(yīng)采取水潤法快速冷切，錘擊減應(yīng)。 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(yīng)制備石墨墊板、擋板及堵塊。 2 焊前準(zhǔn)備 2.1 工器具的準(zhǔn)備 1)制作焦碳加熱爐。 2)準(zhǔn)備石墨墊板。 3)準(zhǔn)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(yù)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(yù)熱前組對間隙宜為4 mm5 mm。 2

4、)組對前，采用磨光機(jī)處理坡口側(cè)50 mm范圍內(nèi)保護(hù)層至露出金屬光澤為止。 3)預(yù)熱如圖1所示。 圖1 預(yù)熱裝置 ?1-母線；2-石墨墊板；3-焦碳爐； ?4-鼓風(fēng)機(jī)；5-石棉被；6-擋板 3 焊接工藝 3.1 焊機(jī)及焊材的選取 1)焊機(jī)選用2臺Z630焊機(jī)，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(yù)熱 預(yù)熱采用焦碳爐持續(xù)加熱至350600后(采取遠(yuǎn)紅外測溫槍測試)，用石棉被包裹焊縫兩邊400 mm寬范圍后，關(guān)掉鼓風(fēng)機(jī)，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(yīng)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(yīng)均勻、平穩(wěn)地向前作直線運(yùn)動，并保持恒定的電弧長度，弧長一般控制在2mm4mm，當(dāng)填充或蓋面時，焊絲應(yīng)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(yīng)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(yīng)采取水潤法快速冷切，錘擊減應(yīng)，防止出現(xiàn)低熔點(diǎn)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(jìn)行外觀檢查。 5機(jī)具設(shè)備 焊接機(jī)具準(zhǔn)備如下。 焊機(jī)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(jī)Z200 1臺空壓機(jī) 1臺鼓風(fēng)機(jī)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(jī)操作工1名技術(shù)員1名 7質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn) 7.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 對接接頭表面質(zhì)量按HGJ223-1992執(zhí)行，內(nèi)在質(zhì)量執(zhí)行JB4730-1994級合格，電阻率采取雙臂電橋測試法，應(yīng)符合GBJ149-1990。 7.2質(zhì)量保證措施 1)進(jìn)行焊接工藝評定，并依評定現(xiàn)場試焊后，確定作業(yè)指導(dǎo)書。 2)焊工經(jīng)培訓(xùn)合格后方能上崗。 3)焊機(jī)及氬氣瓶上的計(jì)量器具必須在校驗(yàn)周期內(nèi)，指示準(zhǔn)確。 4)嚴(yán)格工序交接檢查制度，不合格部份必須處理后，方能進(jìn)行下道工序。 8焊接質(zhì)量 用于工藝試驗(yàn)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(jìn)行X射線照相，經(jīng)檢驗(yàn)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(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果符合HGJ223-1992要求，電阻率采用雙臂電橋測試法，測定結(jié)果最大電阻率0.015mm2m，符合GBJ149-1990要求。 9經(jīng)濟(jì)效益分析 采用該焊接工藝后，焊縫外觀成型良好，質(zhì)量得到保證，避免了碳弧焊高溫對焊工的強(qiáng)烈輔射，且適應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(zhì)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(jì)效益明顯。 10工程應(yīng)用實(shí)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(zhì)為T1，截面為300mm×16mm，200mm×12mm，200mm×28mm不等，單根母線長達(dá)17m，并有部分導(dǎo)電片(250mm×12mm，間距62mm)與母線的角連接、鑲嵌連接，設(shè)計(jì)要求均為焊接。采用預(yù)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(nèi)在質(zhì)量、機(jī)械

10、性能及電阻率等技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)規(guī)定，每套裝置焊接工期僅為25天，提前完成任務(wù)，保證了該廠的順利投產(chǎn)。 11結(jié)論 1)鎢極氬弧焊接對大截面紫銅母線來說是一種預(yù)熱溫度較低、焊接質(zhì)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(dǎo)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(shí)際中很難達(dá)到。 2)氣孔產(chǎn)生的部位主要是焊接接頭處，其原因?yàn)橄ɑ『鬁囟冉档汀怏w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(yù)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(dāng)?shù)念A(yù)熱方法(如船形焊)進(jìn)行焊接 生意社12月19日訊 劉家發(fā) 賀長河 大慶油田建設(shè)集團(tuán) 163453 摘要 根據(jù)油田聯(lián)合站變電所施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，針對變電所配電柜截面120×12mm紫銅排母線焊接難點(diǎn)及焊接質(zhì)量要求，采用氬弧焊工藝，焊前預(yù)熱，焊中保持高熱輸入?yún)?shù)，并采用特殊夾具等方法，成功進(jìn)行了紫銅母線的現(xiàn)場焊接，獲得令人滿意的效果。 關(guān)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(fù)試驗(yàn)，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(jìn)行組對，焊前采取特殊工具預(yù)熱，焊接過程中保持高熱輸入?yún)?shù)，嚴(yán)格控制層間溫度，成功地實(shí)現(xiàn)了紫銅排母線的現(xiàn)場焊接，確保了工程進(jìn)度和焊接質(zhì)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(zhì)。比較銅與鋼的物理性能，其焊接性問題主要有： （1）紫銅的導(dǎo)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(dǎo)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(yù)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(dǎo)熱能力強(qiáng)，焊接熱影響區(qū)寬，焊接時易產(chǎn)生較大的變形和應(yīng)力。因此，組對時應(yīng)保證足夠的間隙，施焊時應(yīng)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(yán)重。在空中位置進(jìn)行焊接施工時，焊縫的背面應(yīng)采取加墊板等相應(yīng)的技術(shù)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(dǎo)熱性強(qiáng)，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(shè)計(jì)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(jìn)行，預(yù)熱及焊接條件都較差，焊接方法的選擇要適應(yīng)這種現(xiàn)場條件。 由于紫銅的導(dǎo)熱性極強(qiáng)，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(jī)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(yán)重，容易出氣孔，焊后接頭強(qiáng)度低，導(dǎo)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(yán)重、成形差等，也不宜采用；碳弧焊預(yù)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(yù)熱溫度稍低，約500左右，質(zhì)量較穩(wěn)定，但母線焊件尺寸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(hù)效果好、熔池體積易于控制、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，能夠保證焊接質(zhì)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(hù)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(jī)打磨加工坡口。 2.4 焊接設(shè)備及機(jī)具選擇 焊接電源應(yīng)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(yù)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(yù)熱與焊接時，可采用半導(dǎo)體測溫筆或遠(yuǎn)紅外測溫槍進(jìn)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(diǎn) （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(jìn)行機(jī)械清理，將坡口兩側(cè)表面50mm范圍內(nèi)清刷干凈，不得有氧化膜、水和油污，坡口加工面應(yīng)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(yīng)平直，其彎折偏移不應(yīng)大于0.2%，中心線偏移不應(yīng)大于0.5%。 （3）預(yù)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(jìn)行連續(xù)施焊。為保證工件質(zhì)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(yīng)均勻、平穩(wěn)地向前作直線運(yùn)動，并保持恒定的電弧長度。當(dāng)填充或蓋面時，焊絲應(yīng) 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(yīng)一次焊完，除瞬間斷弧外不得停焊，焊接結(jié)束時要注意收弧，防止收弧處出現(xiàn)弧坑而影響焊接質(zhì)量。 （5）焊接過程中要采取有效措施加強(qiáng)安全防護(hù)。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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)行反面焊接前，要采用砂輪機(jī)進(jìn)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(jié)構(gòu)尺寸，制做了特殊卡具，如圖2所示。預(yù)熱及焊接前先將紫銅排母線卡緊，強(qiáng)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(biāo)的焊接變形，焊后采取水火矯形等措施進(jìn)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(qiáng)高的尺寸要求，要留有足夠的間隙。空中組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?fàn)C傷或燒傷。 4 焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn) 4.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 紫銅排母線的焊接質(zhì)量執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ14990電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定。電阻率可以采取雙臂電橋測試法。 4.2 質(zhì)量保證措施 （1）焊接前要