王麗輝

遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院（沈陽(yáng) 110161）

高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備經(jīng)常選擇純銅管、純銅棒作為其導(dǎo)電部件（導(dǎo)體）的原材料，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的需要，導(dǎo)體由純銅管、棒焊接而成，多年來(lái)一直采用手工TIG焊接工藝；隨著設(shè)備電流的增大，純銅導(dǎo)體的管壁厚度由8mm增加到15mm，導(dǎo)體的坡口形式也由V型改為U型。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)改型后的導(dǎo)體時(shí)有根部未焊透、表面熱裂紋缺陷產(chǎn)生，同時(shí)生產(chǎn)效率也在下降。經(jīng)過(guò)分析，對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行脈沖MIG焊接試驗(yàn)，并與手工TIG焊接的導(dǎo)體進(jìn)行了比較，總結(jié)出脈沖MIG焊更適合U型坡口的厚壁純銅導(dǎo)體的焊接，并制定出脈沖MIG焊接工藝，有效地解決了上述問(wèn)題并提高了生產(chǎn)效率。

1 導(dǎo)體的TIG焊接工藝

1.1 坡口形式及尺寸

純銅導(dǎo)體由φ80 mm×15 mm純銅管（序號(hào)2）、φ80 mm純銅棒（序號(hào)1）焊接而成，坡口為U型，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 焊前準(zhǔn)備

⑴坡口清理

將酸洗后的銅管、銅棒坡口附近用丙酮擦拭干凈。

⑵預(yù)熱定位焊

定位鉚裝后，對(duì)焊縫兩側(cè)各35 mm范圍內(nèi)進(jìn)行火焰加熱，待加熱處變?yōu)榻奂t色時(shí)立即用鋼絲刷將氧化皮清理干凈并定位焊接。

經(jīng)試驗(yàn)，純銅導(dǎo)體TIG焊接工藝參數(shù)如表1所示。由于純銅散熱快，為保證熱輸入，焊接電流逐漸增大。

圖1 純銅導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

表1 厚壁純銅導(dǎo)體TIG焊接工藝規(guī)范

焊后經(jīng)對(duì) 5件導(dǎo)體檢查，超聲檢驗(yàn)顯示 3件導(dǎo)體焊縫根部未焊透，其中1件伴有表面熱裂紋。

1.3 問(wèn)題分析

⑴手工 TIG焊接時(shí)，需由焊槍引弧加熱并熔化母材和焊絲，因?qū)w壁厚坡口深度大，焊接時(shí)焊槍噴嘴與焊絲相互干擾，造成 U型坡口焊縫的根部熱輸入不足，焊絲無(wú)法達(dá)到 U型坡口根部，導(dǎo)致出現(xiàn)根部未焊透。

⑵純銅的導(dǎo)熱性好, 20℃時(shí)其導(dǎo)熱系數(shù)是鋼的7倍, 1000℃時(shí)銅的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼的11倍，焊接時(shí)熱量快速?gòu)募訜釁^(qū)傳導(dǎo)出去,造成母材很難熔化,因此厚壁純銅焊接更需要較大熱輸入，而過(guò)大的焊接電流又會(huì)造成鎢極的嚴(yán)重?zé)龘p，甚至焊縫夾鎢。

⑶由于TIG焊接的熔深所限，需焊接3層方能填滿(mǎn)焊縫，反復(fù)多層焊接層間溫度控制不良造成焊縫的熱裂紋。

⑷高溫焊接時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接操作質(zhì)量不易保證。

2 脈沖MIG焊接工藝分析

綜上分析，決定對(duì)15 mm厚壁U型坡口的純銅導(dǎo)體嘗試改變焊接方法，首選方案為脈沖MIG焊，因MIG焊比TIG焊在焊接厚壁工件時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。

2.1 MIG焊接工藝

⑴焊接材料

焊絲：φ1.6 mm HS201。

保護(hù)氣：純度為99.99%的氬氣。

⑵焊接設(shè)備

松下AG2-500MIG焊機(jī)

⑶焊前準(zhǔn)備

坡口清理、定位鉚裝及預(yù)熱范圍與TIG焊接相同，預(yù)熱處加熱至深紅色時(shí)立即用鋼絲刷將氧化皮清理干凈。

⑷焊接

將預(yù)熱清理干凈的導(dǎo)體立即進(jìn)行焊接，經(jīng)多次試驗(yàn)，工藝參數(shù)確定為表2所示。因?qū)w焊縫要求余高不大于1 mm，焊接操作時(shí)將槍置于“1”點(diǎn)的位置，略偏向“12”點(diǎn)，工件順時(shí)針轉(zhuǎn)，焊槍行走角度即槍行走方向與工件間夾角為 70°～80°時(shí)，焊接效果最佳。角度過(guò)小時(shí)，焊縫表面由于氣體保護(hù)不到位，會(huì)出現(xiàn)明顯氣孔。第一層焊接時(shí)焊槍行進(jìn)同時(shí)需小幅橫向擺動(dòng)，以保證坡口根部及邊緣均能焊透。

表2 MIG焊接工藝參數(shù)

2.2 焊后質(zhì)量檢驗(yàn)

焊后經(jīng)外觀(guān)檢驗(yàn)，焊縫寬度基本均勻，無(wú)咬邊、氣孔、裂紋等缺陷，個(gè)別部位焊縫余高超高，打磨處理后合格；經(jīng)超聲波檢測(cè)試驗(yàn)件焊縫內(nèi)部無(wú)裂紋、夾雜及未焊透等缺陷，符合導(dǎo)體焊接質(zhì)量要求。

3 結(jié) 論

⑴試驗(yàn)表明，脈沖MIG焊更適合厚壁U型坡口純銅導(dǎo)體的焊接，可有效地避免手工 TIG焊時(shí)容易出現(xiàn)的表面熱裂紋、根部未焊透等焊接缺陷。

⑵厚壁純銅導(dǎo)體采用脈沖MIG焊接可以降低預(yù)熱溫度；同時(shí)由于脈沖MIG焊接熔深大，焊速快，焊接同樣厚度時(shí)可以減少焊接層數(shù)，生產(chǎn)效率較比TIG焊接提高30% 。

⑶本試驗(yàn)結(jié)果對(duì)類(lèi)似的厚大純銅工件焊接具有一定的借鑒意義，目前此工藝已用于產(chǎn)品生產(chǎn)并取得較好效果。

[1]周振豐.焊接冶金學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

[2]郭勝?gòu)?qiáng),歐金齋,楊永青等.大截面純銅母線(xiàn)的細(xì)絲脈沖MIG焊工藝.金屬加工,2008.22:50-51.