熔化极气体保护焊修复导电横臂

2013-10-08新钢第一设备检修厂江西新余330028彭永生

金属加工(热加工) 2013年24期

新钢第一设备检修厂（江西新余 330028）彭永生

新钢第二炼钢厂精炼炉导电横臂在工作中，承受高度受迫振动，导致导电横臂端部的电缆连接板与连接板及横臂本体之间的角接头焊缝产生严重疲劳裂纹，导电性能下降，并伴有火花产生，为此对其进行修复。如何保证修复质量，满足技术要求，关键是制定合理的焊接工艺。

1.焊接性分析

导电横臂是采用铜、钢复合板焊成的箱型结构（见附图），横臂基层材料厚度为6mm碳钢，覆层材料厚度为4mm的纯铜板，电缆连接板厚度为30mm的纯铜板，其作用是集电极支撑和向电极传送大电流。导电横臂在工作中产生强烈电磁振动，电缆连接板与连接板及横臂本体之间的角接头焊缝易产生疲劳裂纹，修复过程中保证其角焊缝质量显得尤其重要。

导电横臂

纯铜焊接时，其焊接性较差，较难获得优质的焊接接头，主要有以下几点：

第一，纯铜的导热性强，其热导率比碳钢大7～11倍。焊接时有大量的热量被传导损失，由于焊件母材获得焊接热输入的不足，填充金属和焊件母材之间，难以很好地熔合，所以容易出现未焊透和未熔合缺陷。另外，铜容易被氧化，焊接过程如果保护不好，铜的氧化物覆盖在熔池表面，会阻碍填充金属与母材熔液熔合。因此纯铜焊接时，必须采用大功率，能量集中的强热源进行焊接。焊前需采用预热措施。

第二，焊接接头的热裂纹倾向大纯铜的线膨胀系数和收缩率较大，比铁大1倍以上，焊接时的大功率热源，会使焊接热影响区加宽，冷却凝固时变形量大，如果焊件刚度大，则焊件变形受阻，必然会产生较大的焊接应力，增大了焊接接头的热裂倾向。

另外，纯铜能和焊缝熔池中的杂质生成多种低熔点共晶体，这些低熔点共晶体在结晶过程中，都分布在枝晶界或晶界处，使纯铜焊接接头具有明显的热裂倾向，在焊接应力的作用下形成热裂纹。

2.焊接方法选择

根据导电横臂修复处纯铜的厚度为4mm和30mm，焊接铜和铜合金需要大功率，高能束的熔焊热源，热效率越高，能量越集中越有利的原则，选用熔化极氩弧焊。该方法比手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的熔化效率高、熔深大、焊速快，是焊接中厚板铜及铜合金较理想的焊接方法。

3.焊接材料及焊机选择

焊丝的化学成分对焊接接头的影响较大，焊接脱氧铜和纯铜时要求焊丝中有一定质量分数的磷、锰、锡等脱氧元素。焊丝中残存的磷有助于提高焊缝力学性能和减少气孔，因此选用φ1.2mm，HS201焊丝。根据现场设备情况，采用SKR-500气体保护焊机，用氩气作为保护气体，电源直流反接。

4.焊接工艺

（1）焊前准备先用砂轮磨光机将裂纹清除干净，并打磨成V形坡口，为避免焊缝出现气孔，将坡口两侧50mm范围内表面的油脂、水分及其他杂质，以及母材表面氧化膜清理干净。

（2）预热由于纯铜的导热性很好，因此在焊接时，焊接区的热量会迅速散失，易造成未熔合和未焊透，板材越厚，这一缺陷越严重。所以焊前对工件采用局部预热和焊接过程跟踪加热的工艺措施。考虑到现场条件，采用操作简便，加热现场容易控制的氧乙炔焰加热。为保证预热温度，用4把大号氧枪同时加热。

（3）焊接由于纯铜具有热导率高，液态流动性好的特性。焊接时，采用天车将导电横臂翻转吊放至平焊位置后方可施焊。

当纯铜板预热到650～700℃，火焰颜色呈亮红色时，立即移开氧枪，在需焊接处洒上一层气焊粉，保护熔池金属不受空气污染，并可改善熔池的润湿性，增大焊缝组织的致密性。再采用多层多道焊。焊接电流控制在400A，电弧电压为30V，氩气流量为30L/h，层间温度保持在650℃，跟踪加热的氧乙炔焰氧枪与焊接作业同时进行。