申有才， 袁黎明

（陕西化建工程有限责任公司，陕西咸阳 712100）

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。

关键词：大截面紫铜母线；钨极氩弧焊；预热温度

The Elding Technology for the Pare Cupper Conductor With the Heavy Section

Shen You-cai， Yuan Li-ming

(Shaanxi Chemical-constraction engineering CO,. Ltd Xianyan Shaanxi 712100, China)

Abstract： Welding of cupper conductor with heavy section have been finished by using TIG technology with cooling water, construction and eqipment operation show that the welding technology can overcome many lacks, suck as gas poisoning, weldment with carbaurization low plasticity and large electric resistance. It possesses many advantages, such as the stability in welding quanlity, operation easy, safy and low costs.

Keywords： cupper conductor with heavy section; tungsten argon arc welding; preheat temperature

     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。

    在商洛炼锌厂两套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，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 16.5×10－６ Ｋ－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。

    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。

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500 A。

    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 350 A 20 V Φ6铈钨极 Φ6 15～17(L/min)
填充盖面 400 A 20 V Φ6铈钨极 Φ6 15～17(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2 ｍｍ～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。

    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。

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。

    2)冷却后用钢丝刷清理熔渣，并酸洗xx焊缝热影响区氧化层。

    3)对焊缝进行外观检查。

5 机具设备

    焊接机具准备如下。

　 焊机 Z630 2台并联
　 焊枪 500 A水冷式氩弧焊把 1把
　 等离子切割机 Z200 1台
　 空压机 　 1台
　 鼓风机 200ω 1台
　 炉子 ４００×５００ 2台
　 石墨板 δ20 20道口/1块
　 吊车 8t 1台
　 倒链 2t 2个
　 红外测温枪 M130T 1个
　 防辅射劳保服 　 2套

６ 劳动力组织

　 焊工 2名
　 铆工 2名
　 司炉工 1名
　 等离子切割机操作工 1名
　 技术员 1名

７ 质量标准及检验

7.1 质量标准

    对接接头表面质量按HGJ223-1992执行，内在质量执行JB4730-1994Ⅱ级合格，电阻率采取双臂电桥测试法，应符合GBJ149-1990。

7.2 质量保证措施

    1)进行焊接工艺评定，并依评定现场试焊后，确定作业指导书。

    2)焊工经培训合格后方能上岗。

    3)焊机及氩气瓶上的计量器具必须在校验周期内，指示准确。

    4)严格工序交接检查制度，不合格部份必须处理后，方能进行下道工序。

8 焊接质量

    用于工艺试验的两块３００×２００试件，经外观检查、着色显示熔合良好、无缺陷后，进行X射线照相，经检验无夹渣缺陷，仅有一处气孔，依JB4730-1994评定Ⅱ级合格。然后，制取试，进行机械性能试验，试验结果符合HGJ223-1992要求，电阻率采用双臂电桥测试法，测定结果{zd0}电阻率0.015　Ωmm２／m，符合GBJ149-1990要求。

9 经济效益分析

    采用该焊接工艺后，焊缝外观成型良好，质量得到保证，避免了碳弧焊高温对焊工的强烈辅射，且适应场所更大，对难于采用炉子加热的场所用大焊炬气焊加热后，也可顺利施焊，同时对母线与导电片(角焊缝)、母线的软连接(对接缝)等各类型式的接头，也可在其指导下成功焊接，适用范围更广。

    相对于碳弧焊接，氩弧焊接电阻率更低，焊缝气孔更少，质量更稳定；相对于埋弧焊接，氩弧焊更易于使焊工掌握，且更适用于现场的窄幅、大长度母线焊接；相对于原母线采取的夹接连接，氩弧焊后母线的耗电更少，商炼一期装置投产表明，其每生产1吨电解锌片比原省电60度，年可减少成本支出45万元左右，经济效益明显。

10 工程应用实例

    陕西锌业公司商洛炼锌厂2套15 000吨/年电解锌工程中有80多吨紫铜母线，材质为T1，截面为300　ｍｍ×16 ｍｍ，200 ｍｍ×12 ｍｍ，200 ｍｍ×28 ｍｍ不等，单根母线长达17 ｍ，并有部分导电片(250 ｍｍ× 12 ｍｍ，间距62 ｍｍ)与母线的角连接、镶嵌连接，设计要求均为焊接。我们采用预热条件下的氩弧焊接，焊缝外观成型良好，对其试件测试，接头内在质量、机械性能及电阻率等技术指标均符合设计规定，每套装置焊接工期仅为25天，提前完成任务，保证了该厂的顺利投产。

11 结论

    1)钨极氩弧焊接对大截面紫铜母线来说是一种预热温度较低、焊接质量稳定、操作方便、施焊环境较好的方法，对δ＞12 ｍｍ的铜及其合金焊接具有一定的指导作用。但含氧铜焊接中普遍存在气孔通过使用焊粉、保证层间温度仍难以xx，从理论上讲，可通过控制氩气及周围环境中的氢、氮的含量来xx气孔，但在实际中很难达到。

    2)气孔产生的部位主要是焊接接头处，其原因为熄弧后温度降低、气体来不及析出造成。故宜接长焊条、每层连续焊完。

    3)对不同截面的紫铜母线角连接、软连接、镶嵌连接，其预热温度及工艺参数与对接时参数差别不大，宜根据截面大小及接头型式采取适当的预热方法(如船形焊)进行焊接。