纯铜导体的TIG焊接工艺.doc

纯铜导体的TIG焊接工艺长江大学(自科版)理工卷2007年12月第4卷第4期JournalofYanzeun-versity(NatSciEdH)Sci&EngVDec.2007.Vol.4No4纯铜导体的TIG焊接工艺孔祥明,胡广林,熊爱华(河南平高电气股份有限责任公司,河南平顶山467001)摘要通过对纯铜金属(T2)焊接性的研究分析,采取预热和对称焊接等工艺措施,并对采用TIG焊接后的纯铜焊缝接头进行工艺性能评定.与火焰焊接纯铜的焊缝接头相比较,其力学性能,焊缝电阻率等都有很大的提高和改善,采用TIG焊接纯铜,更能获得综合性能优良的焊缝.关键词纯铜导体;TIG非熔化极钨极氩弧焊;预热;焊缝电阻率中图分类号TG444;TG146.22文献标识码A文章编号16731409(ZOOT)04一N10803在输配电工程中,导体焊装是高压开关产品气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的重要导电部件.为了使导体具备优良的导电性能,纯铜管(T)是导体焊装的常用材料.由于导体焊装的形状和长度要根据电站对高压开关设备的具体要求而定,因此,导体焊装需要由不同规格,加工成不同形状的纯铜工件焊接成一体.为此,笔者对焊接过程中纯铜的化学成分,组织和性能的变化规律,以及各种焊接缺陷的形成机理及影响因素等进行了详细研究,旨在结合生产实际,对纯铜焊接获得优质接头的焊接方法及工艺进行探讨,以提高产品的焊接质量.1纯铜导体焊接工艺存在的问题1)焊缝难熔合纯铜的导热性好,20时铜的导热系数是钢的7倍多,1000时铜的导热系数是钢的儿倍多,焊接肘热量快速从加热区传导出去,造成母材很难熔化,使得填充金属与母材不能很好地熔合,容易产生未焊透或熔合不良等焊接缺陷1.2)焊件易变形纯铜的线膨胀系数和收缩率也都比较大,再加上纯铜的导热性好,使焊缝热影响区加宽,因此焊接时,易产生较大的焊接变形.3)焊接接头性能不易保证纯铜在常温时不易氧化,但是,随着温度的升高,当温度超过300,其氧化能力很快增大,当温度接近熔点时,纯铜氧化能力最强,氧化结果生成氧化亚铜(Cu.O).在焊缝结晶过程中,氧化亚铜和铜形成(Cu+CuO)低熔点共晶组织(其共晶温度为1064),分布在铜的晶界上,大大降低了焊接接头的力学性能.再加上焊接过程中合金元素的氧化烧损,有害杂质的侵入,焊缝金属和热影响区组织的粗大,以及焊接缺陷等问题,所以,焊接接头的机械性能(如强度,塑性,导电率,耐蚀性等)一般低于纯铜母材J.2纯铜导体的焊接方法2.1焊接方法的选择关于纯铜的焊接有多种方法,如真空扩散焊,熔焊,火焰钎焊等.真空扩散焊虽可获得优质接头,但设备昂贵,对工艺要求苛刻,生产效率不高;手工焊条电弧焊虽能使焊缝强度达到要求,但焊接过程中,对焊缝的污染较大.对于纯铜导体的焊接,一直采用的是火焰钎焊,焊接过程中操作不方便,焊接接头强度太低,不利于保证焊接质量;火焰钎焊过程中所使用的熔剂(CJ301)加热熔化时四处流动,冷却后形成硬脆的玻璃体,需要进行清洗并烘干处理等.最为重要的是,火焰钎焊焊接接头电阻率较大,影响其导电性能.通过综合分析和对比,非熔化极钨极氩弧焊(TIG)属于功率大,热输人大和热量集中的熔焊热源,采用TIG焊接铜导体,不仅能弥补上述几种方法的不足,而且可以大大提高铜导体焊接接头的机械性能,导电性能和生产效率.采用TIG,再采取必要的预热等工艺措施,焊接效果会更佳.收稿日期2007一O828作者简介孔祥明(1972一),男,2000年大学毕业,工程师,现主要从事压力容器焊接工艺性及焊接生产服务方面的研究工作.第4卷第4期孔祥明等:纯铜导体的TIG焊接工艺2.2工装及夹具的设计纯铜导体的TIG焊接,焊前需要采取预热,对称焊接等工艺措施.预热后的工件温度较高,且在焊接过程中需要转动.为了便于焊接过程中高温导体的转动,方便于焊接,保证焊接质量和提高生产效率,依据工件的形状特点,设计并制造了一套特殊滚轮架转动工装,如图l.其辊子选择材质较软的黄铜材料制作,辊子的宽度较大,与纯铜导体接触面积大,可避免在纯铜导体上产生压痕,影响导体焊装的导电性能和外观质量.同时,在高温状态下的焊接过程中,让纯铜导体在特制滚轮架上可以自由地收缩,以减小焊接应力,有效控制焊接变形,保证导体的直线度.3焊接工艺及过程图1特殊滚轮架转动工装图3.1坡口型式的设计纯铜导体采用搭接接头,如见图2,预留45.坡口,lmm钝边,2ram装配间隙.装配导体时,采用对称点焊,焊点不小于20mm.3.2焊丝的选择选用特制纯铜TIG焊丝,型号为HSCu,焊丝牌号HS201.焊丝本身具有清理和去除氧化物的作用.焊接使用之前,用砂纸彻底清理焊丝表面的氧化物,油,锈等脏物,使焊丝露出金属光泽.3.3保护气体的质量控制图2搭接接头在对紫铜的焊接过程中,氢和水分对焊缝产生氢气孔的敏感性比较强n.焊接后,焊缝容易产生气孔.因此,严格控制氩气中水分的含量,纯铜TIG焊接过程中,氩气的纯度应在99.99,6以上.3.4焊接工艺措施1)焊前预热由于纯铜导体壁厚较厚,导热系数大,难以只通过TIG焊电弧热达到母材快速熔化的目的,为此,焊接之前,需要采用氧一乙炔火焰对焊接接头预热,预热温度为500600C.同时,预热后,也能达到降低熔池的冷却速度,使氢气体易于析出,减少或消除扩散气孔的目的.2)坡口的清理和焊缝的保护预热后,用钢丝刷认真清理导体坡口及附近的氧化物和其他脏物,使其露出金属光泽.焊接时,在导体坡口处预置由硼酸,硼砂和水玻璃按l:l:2的比例配合做成的粘糊状混合物.这种混合物具备高温不挥发,并能与熔池中的氧化膜等杂质相互作用生成熔渣,敷盖在熔池表面,使熔池与空气隔离,因而能有效防止熔池金属的继续氧化.同时也具有改善焊接工艺性能,提高焊缝成形的功能.3)对称焊接焊接过程中,采用TIG直流正接法对称焊接(如图2所示),以减小导体的焊接变形.3.5焊接工艺参数选用5ram铈钨极,钨极端部磨成球形,由于铜散热较快,故采用了较大的焊接电流,使焊接过程稳定并获得良好的焊缝成形.焊接工艺参数如表1所示.长江大学(自科版)理工卷2007年12月表1焊接工艺参数焊接过程中,随着预热温度的降低,焊接电流要不断调大,以保证整道环焊缝焊接过程中电弧稳定燃烧,焊接稳定进行,以保证焊缝质量.4工艺性能评定按上述焊接工艺,焊接出工艺评定试板,经X射线无损检测,焊缝达到级片引.同时,对焊缝进行机械性能试验和焊缝粤阻率检测,拉伸试验其结果见表2,试件均断于热影响区,焊缝的抗拉强度大于母材退火状态下的最低值(200MPa);弯曲试验结果见表3,冷弯角达到180.后焊缝仍未开裂等异常现象,合格.表2拉伸试验结果纯铜TIG焊接后的焊缝电阻率为159.6X10一.Q?mm./m,其导电能力可达到纯铜母材的9196%,远远高于火焰钎焊后的纯铜焊缝接头的导电能力(约为母材的7z879,6)引.避免了导体通电运行中电阻热超标这一现象,满足了产品的使用要求.5结语对紫铜导体预热后,采用TIG焊焊接,焊缝成形良好,基本无焊接缺陷,焊缝强度接近母材,强