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磁极线圈铜排钨极氩弧焊焊接工艺改进

We1dingTechno1oV01.39No.6Jun.2010?

工艺与新技术?

39

文章编号:

1002—025X（2010）06—0039—03

磁极线圈铜排钨极氩弧焊焊接工艺改进

肖凌

（东芝水电设备（杭州）有限公司,浙江杭州311504）

摘要:

通过对1,2纯铜进行焊接性分析,对厚截面磁极线圈T2铜排的’rig焊X-r-艺进行合理的改进.通过改进,实现了厚截面T2铜排

不需高温预热就可进行TIG焊接.并经外观检查,渗透探伤及力学性能检验,各项指标均合格,达到标准要求.

关键词:

T2铜排;TIG焊接:

工艺改进

中图分类号:

TG444.74文献标志码:

B

T2铜排连接在发电设备及冶金装置中被大量应

用,其主要连接方式有螺栓紧固连接,焊接等.目前

发电设备中’I2铜排的连接方法主要以焊接为主.T2

铜排的焊接操作方法主要有火焰钎焊,碳弧焊,埋弧

焊,钨极氩弧焊及中频电阻焊等.但对于厚截面q’2

铜排的焊接,目前较适合并且应用比较广泛的焊接方

法是钨极氩弧焊,其焊接时均需高温预热300℃以

上,故导致焊工操作环境恶劣,生产效率低,生产过

程能耗加大.为此,笔者详细介绍了通过焊接工艺条

件的优化及改进,实现了采用非预热方式对T2铜排

进行钨极氩弧焊的工艺方法.

1T2纯铜焊接性分析

工业纯铜rr2的化学成分及物理性能见文献[1].

由于铜和铁的物理性能有较大的差别,因而焊接性较

差,主要体现在以下几个方面:

收稿日期:

2010—01—14

（1）散热快,难熔合工业纯铜rr2在20c【=时其

热导率是碳钢的7倍,因此焊接时热量散失大,焊接

区母材与填充金属很难熔合.极易造成未熔合及未熔

透缺陷,这在导电用铜排焊缝中是不允许存在的.为

此,焊前在母材焊接区域部位预热要充分.还需采用

较大功率的热源.

（2）裂纹倾向严重焊接时,铜能与其中的杂质

生成熔点为270oC的（Cu+Bi）及熔点为326oC的

（Cu+Pb）多种低熔点共晶.它们在结晶过程中都分

布在晶界间或晶界处,表现出明显的热脆性.在焊接

应力的作用下易造成热裂纹缺陷.针对这些特点.在

制定焊接工艺时宜采用单层单道焊,避免焊缝多次受

热,提高焊接成功率[2].

（3）气孑L倾向在铜焊接过程中,气孑L是最易产

生的焊接缺陷之一.气体一方面来源于焊接过程中的

冶金化学反应,还有少量是在焊接气氛中卷入气体;

另一方面,在熔池冷却和凝固过程中气体溶解度下

降,因铜的导热性良好,熔池冷却速度较快,极易产

这些都是获得优质焊缝的前提和保证.

6结论

通过选择适当的焊接材料,焊接设备,确定合理

的焊接工艺参数,并对其进行分析,改进和研究.摸

索出了某电池壳体新的焊接工艺.在使用新焊接工艺

焊接的电池壳体中抽测了14只电池,分别进行了冲

击,振动,高低温,交变湿热,离心和低气压等环境

试验,所有抽测电池在激活过程中均未出现焊缝开裂

现象,说明焊接工艺改进后,完全满足了电池壳体的

强度要求.

参考文献:

[1]张振友.自动氩弧焊单面焊双面成形技术与工装[J].航天制造技

术,2002,20（5）:

35—37.

[2]吴涛.手工氩弧焊打底,手工电弧焊盖面的焊接方法在管道对

接焊中的应用[J].石油化工应用,2006,25

（2）:

51—53.

40?

工艺与新技术?

焊接技术第39卷第6期2010年6月

从上述4组焊接试验结果可知:

第1组试验合格

试样9件;第2组试验合格试样2件;第3组试验合

格试样4件;第4组试验合格试样6件:

所有试板上

裂纹产生位置均为焊缝中心.通过第1组与第2组试

验结果可以看出,采用小的焊接电流情况下即1.2

层焊接电流300A时,预热300℃进行焊接,可以得

到合格的焊缝,而不进行高温预热则无法得到合格的

焊缝.同时通过第3组与第4组试验结果可以看出.

在不进行高温预热的条件下进行焊接时,采用增大第

1层焊缝的焊接电流即增大第1层焊缝的焊接热输入

时,可以提高焊件焊接时的温度,从而降低冷却速

度,减小结晶热裂纹产生的几率,可以改善焊缝的焊

接效果.而第2层焊缝仍采用较大的焊接电流焊接

时,由于焊缝产生的附加焊接应力过大,焊缝结晶过

程仍会增加焊接热裂纹产生倾向.从以上4组对比试

验可以得出,通过增大第1层焊缝的焊接电流即增加

第1层的热输人,可以实现厚截面rI’2铜排的非高温

预热条件下的焊接,并可防止第2层焊缝的焊接应力

过高;第2层焊缝的电流要低于第1层焊接电流.通

过试验可知合理的焊接参数应为:

第1层焊接电流

380A,第2层焊接电流300A.

2.2焊接坡口形式对比试验

通过改变焊接电流,可以达到非预热条件下112

铜排的焊接,但合格率仅60%,影响生产效率和产

品品质.经笔者分析可知试焊件的坡口角度均为

6O..由于焊接坡口过小时,焊接过程中产生的夹渣

和结晶物不宜析出,会聚集在焊缝的中心处.在焊接

应力的作用下,会产生热裂纹缺陷.而通过试焊的结

果也可以看出,所有产生的裂纹缺陷分布位置均集中

在焊缝中心,表明焊接坡口对焊接效果有直接影响.

故在相同焊接工艺参数下,应对焊接坡口进行改进.

笔者通过增大坡口角度,验证是否达到在非预热焊接

条件下焊接裂纹可消除.

本次试验共进行4组,每组试板10件,T2铜板

的厚度为8mm,规格为150mm~200mm.焊接坡口

角度分别为60.,70.,80.,90..第1层焊接电流为

380A,第2层焊接电流300A,采用单层,单道焊

接,共焊接2层.具体坡口形式如图2所示.焊后对

每组试板按ZBJ04005--1987标准进行探伤.

生气孔,所以焊接时应降低熔池冷却速度.

2焊接工艺改进试验

为实现非高温预热的条件下T2铜排的焊接.需

对原铜排的焊接电流,电弧电压等工艺参数进行优

化,针对1’2铜排焊接特点制定焊接工艺改进试验方

案,进行TIG对比焊接试验.焊接试验用焊丝ERCu

规格为.0mm,其化学成分见表1,保护气体为氩

气,气体流量为15L/min.

表1ERCu焊丝化学成分（质量分数）（%）

2.1焊接参数对比试验

焊接参数对比试验,板材采用板厚为8mm的1,2

铜板,规格为150mm~200mm.焊接接头坡口角度

为60.,钝边为2mm,其坡口形式如图1所示.焊

接时采用单层,单道焊缝,共焊接2层.笔者进行了

4组参数对比试验,通过试验验证是否通过增大热输

入即增大焊接电流,降低冷却速度的方法可以实现不

进行高温预热进行焊接.具体工艺参数及试验结果见

表2.每组参数下各焊1O块试板.焊前打磨清理焊

接坡口,采用左向焊法,焊枪与焊缝中心线呈85o～

90.夹角,保持焊枪中心线和焊缝中心线重合,不进

行摆动.第1层焊接完成后,采用钢丝刷清理1次.

以防止氧化物（CuO:

）聚集产生夹渣等缺陷,焊后

按ZBJ04005—1987标准进行PT探伤.

图1焊接坡口形式殛尺寸

表2不同焊接电流试焊结果

试板试板试板试板试板试板试板试板试板试板组号工艺参数

12345678910

第1层:

300A

1第2层:

300A合格合格合格裂纹合格合格合格合格合格合格

焊前预热300℃

第1层:

300A2裂纹裂纹裂纹裂纹合格裂纹合格裂纹裂纹裂纹

第2层:

300A

第1层:

380A3合格裂纹合格裂纹合格裂纹合格裂纹裂纹裂纹

第2层:

380A

第1层:

380A4合格裂纹合格裂纹合格合格裂纹合格裂纹合格

第2层:

300A

WeldingTechnology?

工艺与新技术?

4l

一一

图2焊接坡口形式示意图

在相同工艺条件下,改变坡口角度的焊接试验结

果见表3.

表3不同坡口角度焊接试验结果

坡口角度试板试板试板试板试板试板试板试板试板试板组号

/（.）12345678910

l60裂纹合格合格裂纹合格合格裂纹合格合格合格

270合格裂纹合格合格合格裂纹合格裂纹合格合格

380裂纹合格合格合格合格裂纹合格合格合格合格

490合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格

从表3试验结果可以看出,在相同工艺参数条件

下,随着坡口角度的增大.焊缝的合格率随之提高,

在坡El角度达到90.时,焊缝合格率达到100%.增大

焊接坡口角度可以减少T2焊接时发生热裂纹的倾向.

通过以上焊接试验可以得出,钨极氩弧焊焊接

T2铜排时,采用第1层焊接电流380A,第2层焊接

电流300A,焊接坡口角度90.,可以不需高温预热.

并且焊缝探伤合格率可达100%

3焊接接头力学性能试验

按以上焊接试验得到的合理工艺参数.对焊件进

行焊接,并且焊后按锅炉及压力容器规范ASMEIX

进行焊接力学性能评定.

3.1焊缝探伤检查

焊后对焊缝按ZBJ04005--1987I级标准进行渗

透探伤,经检查焊缝质量合格,无裂纹,气孑L等超标

缺陷,焊缝质量优良

3.2拉伸试验

焊接接头拉伸试验结果见表4.

表4焊接接头拉伸试验结果

试样极限总载荷抗拉强度/MPaI断裂位置

【1340225I母材

2344226【母材

由表4可以看出,按笔者所选的焊接工艺参数,

不进行高温预热焊接的T2铜排,2个试样的断裂位

置均为母材,表明焊接接头抗拉强度高于母材,并达

到标准205MPa的使用要求.

3.3弯曲试验

焊接接头弯曲试验结果见表5.

表5焊接接头弯曲试验结果

弯曲类型试验结果

面弯弯曲角度180..无裂纹

面弯弯曲角度180..无裂纹

背弯弯曲角度180o.无裂纹

背弯弯曲角度180..无裂纹

由表5可以看出.面弯及背弯试样各2件均达到

弯曲180.,并全部无裂纹,因此采用改进后的焊接

工艺焊接的厚截面T2铜排,焊接接头的塑性良好.

焊缝根部结合性能良好,焊接接头使用性能也能达到

要求.

4结语

通过对厚截面T2铜排焊接工艺改进效果及焊接

接头力学性能测定结果可以得出,采用第1层焊接电

流380A,第2层焊接电流300A,焊接坡口为90.的

工艺,可实现厚截面T2铜排在非高温预热条件下进

行的钨极氩弧焊焊接.应用此方法进行了后续机组产

品的制作,焊接后产品经检验均无裂纹缺陷.通过批

量产品的制作验证,改进后的工艺是可行的.改善了

操作作业环境,降低了生产成本及能耗.

参考文献:

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2卷）[M].北京:

机械

工业出版社.2001.

[2]陈祝年.焊接lr程师手册[M].北京:

机械工业出版社,2002.

[3]申有才.大截面紫铜母线钨极氩弧焊焊接丁艺[J].化lT建设工程,

2001,23（4）:

25—26.

[4]王焱,梁朝旭,周清.纯铜的T/G单面焊双面成形工艺[J].

焊接技术,2006,35

（1）:

47—48.

[5]高新勇,杨勇.紫铜的TIG单面焊双面成形T艺[J].安装,

2004.24（5）:

13—14.

作者简介:

肖凌（1982一）,男,硕士,工程师,主要从事发电设

备制造,焊接新技术开发及管理T作.