变压器箱体中紫铜与箱壁的焊接

2018-10-12商杰

中国设备工程 2018年19期

商杰

（宝鸡石油机械有限责任公司，陕西宝鸡 721000）

图1

紫铜为有色金属，其最好的焊接方法应为氩弧焊。但实际生产中焊接量大，使用氩弧焊效率太低，成本较高，无法满足实际生产的需要。为了保证效率及质量，最终采用了气体保护焊，使用富氩气体及铜焊丝进行焊接，后又改进为采用纯氩气保护，取得了良好的焊接效果。

1 紫铜的物理特性及可焊性

紫铜因呈紫红色而得名，具有极好的导电性、导热性、良好的常温和低温塑性，对大气、海水和某些非氧化性酸、碱、盐溶液及多种有机酸中，有良好的耐蚀性，因此在工业中广泛用于制造电工器件、电缆、散热器、冷凝器、热交换器等。铜的可焊性是比较差的，焊接铜比焊接低碳钢困难得多。

1.1 难熔合及易变形

紫铜导热系数大，20℃时比铁大7倍多，1000℃时大11倍。如果采用的焊接规范和焊接同厚度低碳钢差不多，则母材就很难熔化，填充金属和母材不能很好地熔合，产生焊不透现象，需要使用大功率的热源，通常在焊前或焊接过程中还要采取预热措施。铜的线胀系数比铁大15%，而收缩率比铁大一倍以上。再加上铜的导热能力强，使焊接热影响宽，焊接时如工件刚度不大，又无防止变形的措施，会产生较大的变形。

1.2 裂纹

铜焊接时，在焊缝及近缝区可能产生裂纹，其中最常见是热裂纹，与两个因素有关：一是焊缝中杂质和合金元素的影响，氧是铜中经常存在的杂质，对焊缝热裂纹倾向影响很大；二是焊接过程中产生的应力。

2 钢与紫铜的可焊性分析

Fe与Cu的原子半径、点阵类型、晶格常数及外层电子数都比较接近，这对钢与紫铜之间的焊接比较有利。但是，熔化焊接还有一定的难度，主要如下。

（1）钢与铜的物理性能不同，熔点及线膨胀系数差异大。在焊接过程中会产生较大的焊接应力，易产生裂纹。

（2）铜的导热系数是钢的7倍多，熔池的冷却速度比钢要快得多，氢的扩散逸出和水的上浮条件更为恶劣，形成气孔的敏感性增大。

（3）在焊缝或近缝区易产生热裂纹，影响接头的强度及气密性。由于钢与紫铜中含有—定量的杂质，如氧、硫、磷等。在焊接过程中，这些杂质元素易形成各种低熔点的共晶体和脆性化合物存于焊缝晶界处，严重削弱了金属在高温时的晶间结合力，是焊缝产生热裂纹的主要原因。

3 焊接方法选择

3.1 焊接方法

由于生产中紫铜与箱壁焊接量较大，考虑到成本与效率，采用了熔化极气体保护焊，并选择了Φ1.2毫米的S201紫铜焊丝。

3.2 保护气体及流量的选择

在刚开始焊接时采用了20%CO2，80%氩气的富氩气体作为保护气体。虽然可以焊接，但是焊后焊接裂纹、缺陷较多，焊缝成形非常差，飞溅多，后期的返修打磨工作工作量大，严重影响了工作效率。

为了提高工作效率，改善焊缝成形及飞溅，通过多次进行实验，采用99.99%的纯氩气进行焊接。调整焊接参数，焊后焊缝成形质量有明显提高，裂纹、气孔、未融合等缺陷、飞溅也显著的减少，降低了砂轮片等工具、能源、器材的损耗，降低了成本，工作效率大大提高，返修打磨工序效率提高2倍以上。图2为富氩气体焊缝成形图。图3为纯氩气焊后成形图。

图2 富氩气体焊缝成形

图3 纯氩气焊后成形

气体流量过小，保护气体的挺度不足，焊缝容易产生气孔等缺陷；气体流量过大，浪费气体，而且氧化性增强。通常细丝焊接时，气体流量在15～25L/min之间。

4 组合及焊接过程中的注意事项

4.1 焊前的组合及点焊

在组合，点焊前应对变压器油箱的箱壁认真测量并核对图纸尺寸，做好紫铜板的铺焊规划，充分利用板材大小，尽量减少接料和浪费。按照图纸合理的制作塞焊孔。为了保证紫铜板与变压器箱壁的充分融合，应使两块紫铜板之间的间距最少不得小于10mm。清理焊缝周围母材上的铁锈及油污，打磨紫铜板剪裁后的焊缝端面及周围，直至露出金属光泽。点焊时由于紫铜板线膨胀系数大，强度较低，点焊焊缝容易开裂。应尽量加大点焊的密度，使其点焊牢固，减少焊接过程中的变形。

4.2 焊接的工艺参数

采用短路过渡焊接，在电弧电压与焊接电流相匹配时，飞溅少，成形良好的焊缝。

焊接电流过大，虽然可以提高生产效率，并使熔透深度增加，但易出现咬边、焊穿、增加焊件变形和金属飞溅，也会使焊接接头的组织由于热量过大而变化，并增大气孔倾向。电流过小使电弧不稳、熔深减小，易出现成型不良、未融合等缺陷。经过大量的试验，在焊接紫铜板时应采用相对于碳钢焊接更大的焊接规范：焊接电流为260～280A，焊接电压为28～31V，焊接速度35～45cm/min。焊丝干伸长度以8～15mm为宜。