大截面紫铜母线钨极氩弧焊焊接工艺(一)

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摘 要：采用水冷式钨极氩弧焊工艺，成功地实现了大截面紫铜母线的焊接。施工及装置运行表明，该工艺克服了传统旧的"碳弧焊"工艺易使焊工中毒、焊缝易渗碳、塑性差、电阻大的缺点，具有焊接质量稳定、操作简便、安全和施工成本较低等优点。
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750a～800a、40v～50v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。
在商洛炼锌厂两套15000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，我们借鉴国内、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。

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。

表1 含氧铜t1的物理性能表

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16.5X10－６ｋ－１
沸点2580℃电阻率168X１０－１０ω·m
密度8.96kg/cm３　　
紫铜的导热系数20℃时比铁大7倍，1000℃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。
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。
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。
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

2.1 工器具的准备
1)制作焦碳加热炉。
2)准备石墨垫板。
3)准备石墨挡板与堵块各2块。
4)绝热材料选用石棉被。

2.2 组对及预热
1)坡口采用刨床加工，为单面v形，坡口角度５５°±5°，钝边1mm，预热前组对间隙宜为4mm～5mm。
2)组对前，采用磨光机处理坡口侧50mm范围内保护层至露出金属光泽为止。
3)预热如图1所示。



图1 预热装置

1-母线；2-石墨垫板；3-焦碳炉；

4-鼓风机；5-石棉被；6-挡板

3 焊接工艺

3.1 焊机及焊材的选取
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500a。
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400mm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２　ｍｍ～３　ｍｍ，在焊缝区均匀撒上气剂301后，可以施焊。

3.3 焊接工艺参数
焊接工艺参数如表2所示。

表2 焊接工艺参数

焊接层数电流电压钨极焊丝氩气流量
打底350a20vφ6铈钨极φ615～17(l/min)
填充盖面400a20vφ6铈钨极φ615～17(l/min)
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～４　ｍｍ，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。
３００X１６紫铜板焊接，从加热至焊接完毕，一般需40min左右，施焊时间仅为10min。

4 焊后处理
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。