熔化极气体保护焊在变压器油箱及零部件焊接中的应用分析

2015-07-18孙鑫喆哈尔滨变压器有限责任公司黑龙江哈尔滨150078

中国新技术新产品 2015年12期

孙鑫喆（哈尔滨变压器有限责任公司，黑龙江　哈尔滨　150078）

孙鑫喆
（哈尔滨变压器有限责任公司，黑龙江哈尔滨150078）

不管在变压器设计或工艺技术等方面，都会采用到焊接技术，但是有的焊接所用材料过于细小或焊接部位太过“偏僻’，这对焊接来说是个很大的问题，但随着大型变压器各项技术的逐步完善，经过大量的焊接工艺试验多年的实践，找到了变压器油箱材料焊接办法——熔化极气体保护焊。本文通过对熔化极气体保护焊的认识，分析熔化极保护焊在变压器油箱及零部件的应用。

熔化极气体保护焊；变压器油箱及零部件；应用分析

大容量、高电压变压器中，在变压器邮箱内壁相应部位加焊一层4～6mm的铜板，可减少外壳的涡流损耗，降低变压器的发热量，但是在焊接中会出现困难；此外，将变压器油箱配件（如母线罩等）采用铝合金材料制作，同样会面临焊接的问题。随着技术的完善，出现了熔化极气体保护焊的办法。

一、熔化极气体保护焊的概念

熔化极气体保护焊（Gas Metal Arc Welding）是一种高效节能的焊接工艺，通过连接送进的焊丝与焊接工作之间产生的电弧作为热源熔化焊丝和金属母材，在焊接过程中，外加保护气体避免熔滴、熔池金属及焊接区高温金属受到周围空气的氧化作用。熔化极气体保护焊由焊丝、电弧、工件和保护性气体组成，焊接的电弧分为大电流和低电压弧柱子，两个电极（焊丝为阳极，工件为阴极）向弧柱提供并接受对应的带电粒子流来保证电流的连续。阴极区提供电子流给阳极区，阳极区提供正离子流给阴极区，两级区的导电让电能转为热能，通过这种大量的热能熔化工件和焊材，然后焊丝由送丝系统按要求的速度送出。熔化极气体保护焊的焊接方法在国内外获得了广泛的应用，它的优势在于节能、成本低、实现半自动化和自动化的焊接，焊接的适应性强和可焊的工件厚度范围大等。目前熔化极气体保护焊的焊接工作在工业发达国家占50%以上，在日本占了80%，在我国也得到了普遍应用，但也是仅占整个焊接工艺的10%。

二、熔化极保护焊在变压器油箱及零部件的应用

（一）铜板与油箱内壁的焊接

将一层4～6mm的铜板焊接到油箱内壁主要会出现一些困难：一是按照焊接要求是否将铜和铁熔焊到一起；二是在保证质量的前提下，如何将厚度为6mm的铜板在2m长的方向上对接；三是焊缝很容易出现气孔和裂纹。在面对焊接问题时，采用较传统的铜焊条电弧焊方法在药皮很难去除的前提下，焊缝的熔合很困难。而采用熔化极保护焊的方法时，可以用氩气作为保护气体保护焊机进行操作。将小块的铜板放在铁板上进行试焊时，用常规的参数焊接，熔化的焊丝不能和铜板很好的熔化，则要调整参数，将焊枪方向偏向铜板一侧让其更多受热，可焊出合格的焊缝。具体的焊接参数：焊枪与铜板的夹角约为50°，∮1.6mm焊丝，焊接电流36V；∮1.2mm焊丝，焊接电流300A，电弧电压30V。还需注意的是，因电流的原因，铁熔化量在焊缝中比例过大时会出现裂纹。在铜板上钻孔进行塞焊可使铜板与油箱内壁焊接更牢固，但会出现铜板的熔化困难，在通过多次的试验可将铜板上的直孔改造成阶梯装孔，现钻∮14mm的小孔，再将铜板上部改为深3mm的∮18mm的孔，以便提高塞焊角焊缝抗拉强度和剪贴强度。在将铜板（厚6mm）在长度方向（为2m）对接时通常要对铜板先预热再焊接。但在预热时也会出现难题：一是在预热时，考虑到铜板的高传热性，加之需加热部位距火焰的距离较长（为2m），故在短期内无法很好地使其达到预期加热温度，不利于后期焊接工作的顺利进行；二是在预热后，铜板受热易变形，难以矫正所需形态；三是反复预热不利于焊接工作效率的提高。在经过一系列的试验下，油箱内壁铺放铜板时，让相邻的铜板间留一道间隙（8～10mm），油箱内壁起弧所产生的热量可预热铜板，焊枪左右摆动并采用的分段焊法解决了变形问题。焊接时产生的气孔和热裂纹为焊接铜板的主要问题，可采取三个方法：第一，用丙酮清洗，去除油箱内壁的杂质；第二，调整焊接参数，保证气体的逸出；第三，增加纯净的氩气，防止氧和氮的进入。在对于铜和铁的焊接时，焊接出现的裂纹主要是铁过量的熔入熔池而造成。要适当调整焊枪角度和焊接参数，控制铁熔入过量的问题，以达到防止焊道出现裂纹的目的。

（二）变压器油箱配件的焊接

采用铝合金材料的变压器油箱配件的焊接工作是比较困难的。由于铝的熔点低，通常选择使用钨极氩弧焊焊接方法来解决，但是在面对大型变压器的部分配件例如：厚10mm以上的铝合金板，采用这种方法效率低也不能焊透。在使用熔化极气体保护焊焊接时，也遇到了不小的挑战：一是焊道中渗碳、氧化膜等杂质的过多；二是焊接参数调整到最佳很困难。焊接打底时，用传统方式打底不是未焊透就是烧穿。在反复试验时，决定改变原来的焊接方法：母材开坡时所留的钝边去掉，间隙越小越好，将坡度改到90°，在较小的焊接参数的前提下快速焊接完成打底工作。最后盖面焊时，为减少内部压力，让熔池更好的熔合，可将电弧电压加大，这也避免了气孔和裂纹的产生。各项指标都正常的情况下，在焊道的两端加8mm×20mm×20mm的引弧板可使焊道的形成符合标准。铝焊接成后，在室温下用丙酮擦洗冷却。在做焊接工作时，注意焊接的工艺方面：一是在焊接前，将焊道上的杂质清理，用不锈钢钢丝和铝锉打磨铝合金板表面的氧化膜，在丙酮擦洗后的24h内完成焊接工作；二是采用熔化极气体保护焊焊接，焊接气体是纯度99.99%的氩气并采用专用的铝焊机（选用∮1.2mm的铝硅焊丝）；三是焊接参数（见表1）。通过多次的试验证明和工艺评定、专家的认证，熔化极气体保护焊接方法提高了铝焊接的效率，在实际的生产生活中提供了便利。