紫铜母线熔化极氩弧焊接工艺的探讨
[摘要] 介绍了10-12 mm紫铜母线的焊接工艺方法,通过性能分析和试验证实:运用熔化极氩弧焊接方法并采用适当的措施焊接紫铜母线是可能的,对焊缝的一次成型、铜排的导电率都有很大层次的提升。
[关键词] 铜母线熔化极氩弧焊预热温度
1 概况
华能玉环电厂6kv共相母线采用截面为125×12mm、120×10mm、80×10 mm的紫铜母线,焊口数量4100只,单条母线最长为1300m(共7900m),这种规格紫铜母线的焊接工艺在工程上尚无先例,这就给
安装上提出了新课题。
如采用以往碳弧焊、埋弧焊及钨极氩弧焊等焊接方式,存在焊工易中毒、焊缝易渗碳、塑性差、电阻大等缺点;而且很难在短工期内完成4100只焊口的工作。
通过课题研究,最终确定用熔化极氩弧焊,可以克服以上缺点,并具有焊接质量稳定、焊接速度快、操作简便、安全和施工成本较低的优点。
2 紫铜的焊接特点
2.1由于铜的导热系统特别大,常温状态下的导热系数比普通铁大7倍,1000℃时大11倍,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,因此焊接时须预热,紫铜的线膨胀系数和
收缩率较大,且因其导热能力强,在大功率热源的作用下不仅会使
焊接影响区增宽,还会引起较大的变形,对于刚性较大的工件将产
生大的应力甚至会引起热裂纹[1]。
所以紫铜母线焊缝难熔合、成
形能力差。
2.2 焊接及热影响区的热裂纹倾向大,紫铜没有固液共存的温度区间,所以产生热裂纹的倾向很小,但实际上在接头拘束度大和厚板焊接时,常会产生热裂纹。
其产生原因主要有两个方面:一是对紫铜工件的预热温度没有达到焊接要求,其次是焊缝接头处生成的柱状晶间有杂质,这些杂质可能是来自母材,也有可能与焊缝的含氧量有关,这都将促进裂纹产生。
2.3 焊缝成形处导电性下降。
焊缝导电性下降也是焊接紫铜的常见问题,当焊接方式选择不当时,这一问题特别突出,其主要原因是焊缝被杂质污染、裂纹和合金化。
鉴于以上紫铜焊接特点并结合同尺寸的紫铜工件进行多次试焊,得出熔化极氩弧焊接过程中几个关键点:焊缝采用乙炔焊枪加热,预热温度一般为400～450℃,加热时间为12～15分钟;焊缝应采用窄焊道,组对间隙宜为3mm左右,预热后间隙宜为1～2mm。
3 紫铜母线焊接工艺
3.1 铜母线工艺评定:用于工艺试验的两块120×120×12mm紫铜试件,接头形式单面坡口对接。
焊接成型的试件经外观检查、着色显示熔合良好、焊缝表面光滑、无气孔、无裂纹、无焊渣;焊缝成型饱满、无咬边、无凹坑、无焊接收弧引起的弧坑;断面检查无未融合现象;电阻率采用双臂电桥测试法,测定结果最大电阻率
0.01775ωmm2/m,符合厂家要求;拉伸试验后所得的数据符合厂家要求。
3.2 焊机选用:主机nb-630p焊机,送丝机wf-630框式,气冷焊枪yj-50cs3vta。
焊机主要参数:输入电压3-380v 50hz;额定输入电流:51a;额定输入功率:37kva;额定暂载率60%;焊丝直接
1.0-1.6mm2,送丝速度:0.3-13m/min。
此型号焊机在现场焊接过程中采用直流反接、负极性接法,保证电流平稳。
3.3 焊丝选用s201φ1.6mm,保护气体为纯ar,气体纯度为
99.99%。
具体紫铜熔化极氩弧焊工艺参数详见表1。
表1紫铜熔化极氩弧焊工艺参数
4 焊接工序
4.1 焊口对口前检查
焊接前必须将母材焊缝坡口和焊丝表面的油污、氧化膜和其他杂质清除干净。
清理范围包括:坡口部位和其两侧。
对接和角接接头清理范围为焊缝两侧各30～50mm。
坡口处母材无裂纹、褶皱、夹杂物、变形及扭曲等缺陷,且无内部损伤。
4.2焊口对口检查
对口的接触面不得有氧化膜,加工必须平整,其截面减少不得超过原截面的5%;焊件切口应平整和垂直,坡口表面应光滑、均匀、无毛刺;坡口采用刨床加工,为单面v形,坡口角度为40°左右,钝边1～2mm;焊接组对时,应将焊件垫置牢固,以防止在焊接过程中产生变形和开裂
4.3 焊口组对及点固
对口检查完成后对焊口进行组对,预热前组对间隙宜为3mm,预热后使焊缝间隙为2mm;组对完成后对焊口进行点固;点固焊是正式焊缝的一部分,施焊时不必铲除,但必须进行修理,经检查无缺陷后,方可再行施焊。
4.4 焊口预热
用乙炔焊枪对焊口进行加热,焊缝温度必须达到400～450℃(采用测温仪检测预热温度,紫铜颜色变成暗黑色),对焊缝停止加温并用钢丝刷对焊口上的氧化铜进行清理;预热前应用石棉布包裹焊缝两边400mm宽范围,在对焊缝加热过程中为防止损坏铜母线的支柱绝缘子及热缩套,对石棉布用冷水进行冷却。
4.5 焊口焊接
4.5.1 120×12mm的单面v形对接焊口采用打底焊、盖面焊,打底焊的参数电流280～300a,电压35v,氩气保护气体流量30l/min;120×12mm的单面v形对接焊口盖面焊参数电流240-260a,电压30v,氩气保护气体流量30l/min[2];焊接过程中焊枪应均匀、平稳的向前做直线运动,并保持恒定的电弧长度,当填充或盖面时,焊丝应做轻微的横向摆,在接头填满后,逐渐拉长电弧灭弧;
4.5.2 根据现场施工经验预热温度为400℃(120×12mm的单面v 形对接焊口焊接一层的所需时间为3min左右,当焊口温度达到600℃左右时,焊丝就不能与焊件融合,如果预热温度过高,焊口就不能一次性成型)。
4.5.3 盖面层焊接起始温度为350℃左右,盖面层从350℃开始焊
接到完成后,用测温仪检测的焊口温度刚好为600℃左右。
4.6 焊口焊后自检
打底焊接结束后应进行检查,检查合格后才能进行次层焊接;对
外观缺陷,一般可采取打磨方式修整,对出现缩小导电面积情况时
应予以补焊;对于裂纹或内部缺陷,应采取挖补方式返修;应彻底清除缺陷,并向缺陷两端各延伸30～50mm,确认缺陷消除后再进行补焊,返修中同一位置上的挖补次数一般不超过3次;焊口做100%的着色试验;试验合格后在焊缝附近打上焊工本人的代号钢印,或做上
永久标记;如果必要的话还需对焊口做直流电阻测定结果。
5 结论
在华能玉环电厂1000mw机组中6kv共相母线截面为125×12mm、120×10mm、80×10 mm的紫铜母线焊接中,采用了上述焊接工艺参数进行焊接,成功解决了解决紫铜母线难熔合,易产生裂纹和气泡
的问题;最终结果表明焊接接头熔合良好、焊缝表面光滑、无气孔、无裂纹、焊缝成型饱满,并对部分焊缝电阻率采用双臂电桥测试法,测试结果均符合厂家要求,解决了工程技术难题,节约了人力和物力,保证了设备的安全运行。
参考文献:
[1] 葛兆祥. 焊接工艺及原理[m].北京:中国电力出版社
1997.11
[2] gb/t 985—1988,气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸[s].
[3] gb4191-1984,惰性气体保护元件电弧焊和等离子焊接[s].
[4] gbj149-1990,电气装置安装工程母线装置施工及验收规范[s].
作者简介:
顾海波(1978.01—),大专, 助工,主要从事与发电厂电气设备安装检修。