熔化極氣體保護(hù)焊在變壓器油箱及零部件焊接中的應(yīng)用分析

孫鑫喆（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江　哈爾濱　150078）

熔化極氣體保護(hù)焊在變壓器油箱及零部件焊接中的應(yīng)用分析

孫鑫喆
（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150078）

不管在變壓器設(shè)計(jì)或工藝技術(shù)等方面，都會(huì)采用到焊接技術(shù)，但是有的焊接所用材料過于細(xì)小或焊接部位太過“偏僻’，這對焊接來說是個(gè)很大的問題，但隨著大型變壓器各項(xiàng)技術(shù)的逐步完善，經(jīng)過大量的焊接工藝試驗(yàn)多年的實(shí)踐，找到了變壓器油箱材料焊接辦法——熔化極氣體保護(hù)焊。本文通過對熔化極氣體保護(hù)焊的認(rèn)識(shí)，分析熔化極保護(hù)焊在變壓器油箱及零部件的應(yīng)用。

熔化極氣體保護(hù)焊；變壓器油箱及零部件；應(yīng)用分析

大容量、高電壓變壓器中，在變壓器郵箱內(nèi)壁相應(yīng)部位加焊一層4～6mm的銅板，可減少外殼的渦流損耗，降低變壓器的發(fā)熱量，但是在焊接中會(huì)出現(xiàn)困難；此外，將變壓器油箱配件（如母線罩等）采用鋁合金材料制作，同樣會(huì)面臨焊接的問題。隨著技術(shù)的完善，出現(xiàn)了熔化極氣體保護(hù)焊的辦法。

一、熔化極氣體保護(hù)焊的概念

熔化極氣體保護(hù)焊（Gas Metal Arc Welding）是一種高效節(jié)能的焊接工藝，通過連接送進(jìn)的焊絲與焊接工作之間產(chǎn)生的電弧作為熱源熔化焊絲和金屬母材，在焊接過程中，外加保護(hù)氣體避免熔滴、熔池金屬及焊接區(qū)高溫金屬受到周圍空氣的氧化作用。熔化極氣體保護(hù)焊由焊絲、電弧、工件和保護(hù)性氣體組成，焊接的電弧分為大電流和低電壓弧柱子，兩個(gè)電極（焊絲為陽極，工件為陰極）向弧柱提供并接受對應(yīng)的帶電粒子流來保證電流的連續(xù)。陰極區(qū)提供電子流給陽極區(qū)，陽極區(qū)提供正離子流給陰極區(qū)，兩級區(qū)的導(dǎo)電讓電能轉(zhuǎn)為熱能，通過這種大量的熱能熔化工件和焊材，然后焊絲由送絲系統(tǒng)按要求的速度送出。熔化極氣體保護(hù)焊的焊接方法在國內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用，它的優(yōu)勢在于節(jié)能、成本低、實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化和自動(dòng)化的焊接，焊接的適應(yīng)性強(qiáng)和可焊的工件厚度范圍大等。目前熔化極氣體保護(hù)焊的焊接工作在工業(yè)發(fā)達(dá)國家占50%以上，在日本占了80%，在我國也得到了普遍應(yīng)用，但也是僅占整個(gè)焊接工藝的10%。

二、熔化極保護(hù)焊在變壓器油箱及零部件的應(yīng)用

（一）銅板與油箱內(nèi)壁的焊接

將一層4～6mm的銅板焊接到油箱內(nèi)壁主要會(huì)出現(xiàn)一些困難：一是按照焊接要求是否將銅和鐵熔焊到一起；二是在保證質(zhì)量的前提下，如何將厚度為6mm的銅板在2m長的方向上對接；三是焊縫很容易出現(xiàn)氣孔和裂紋。在面對焊接問題時(shí)，采用較傳統(tǒng)的銅焊條電弧焊方法在藥皮很難去除的前提下，焊縫的熔合很困難。而采用熔化極保護(hù)焊的方法時(shí)，可以用氬氣作為保護(hù)氣體保護(hù)焊機(jī)進(jìn)行操作。將小塊的銅板放在鐵板上進(jìn)行試焊時(shí)，用常規(guī)的參數(shù)焊接，熔化的焊絲不能和銅板很好的熔化，則要調(diào)整參數(shù)，將焊槍方向偏向銅板一側(cè)讓其更多受熱，可焊出合格的焊縫。具體的焊接參數(shù)：焊槍與銅板的夾角約為50°，∮1.6mm焊絲，焊接電流36V；∮1.2mm焊絲，焊接電流300A，電弧電壓30V。還需注意的是，因電流的原因，鐵熔化量在焊縫中比例過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋。在銅板上鉆孔進(jìn)行塞焊可使銅板與油箱內(nèi)壁焊接更牢固，但會(huì)出現(xiàn)銅板的熔化困難，在通過多次的試驗(yàn)可將銅板上的直孔改造成階梯裝孔，現(xiàn)鉆∮14mm的小孔，再將銅板上部改為深3mm的∮18mm的孔，以便提高塞焊角焊縫抗拉強(qiáng)度和剪貼強(qiáng)度。在將銅板（厚6mm）在長度方向（為2m）對接時(shí)通常要對銅板先預(yù)熱再焊接。但在預(yù)熱時(shí)也會(huì)出現(xiàn)難題：一是在預(yù)熱時(shí)，考慮到銅板的高傳熱性，加之需加熱部位距火焰的距離較長（為2m），故在短期內(nèi)無法很好地使其達(dá)到預(yù)期加熱溫度，不利于后期焊接工作的順利進(jìn)行；二是在預(yù)熱后，銅板受熱易變形，難以矯正所需形態(tài)；三是反復(fù)預(yù)熱不利于焊接工作效率的提高。在經(jīng)過一系列的試驗(yàn)下，油箱內(nèi)壁鋪放銅板時(shí)，讓相鄰的銅板間留一道間隙（8～10mm），油箱內(nèi)壁起弧所產(chǎn)生的熱量可預(yù)熱銅板，焊槍左右擺動(dòng)并采用的分段焊法解決了變形問題。焊接時(shí)產(chǎn)生的氣孔和熱裂紋為焊接銅板的主要問題，可采取三個(gè)方法：第一，用丙酮清洗，去除油箱內(nèi)壁的雜質(zhì)；第二，調(diào)整焊接參數(shù)，保證氣體的逸出；第三，增加純凈的氬氣，防止氧和氮的進(jìn)入。在對于銅和鐵的焊接時(shí)，焊接出現(xiàn)的裂紋主要是鐵過量的熔入熔池而造成。要適當(dāng)調(diào)整焊槍角度和焊接參數(shù)，控制鐵熔入過量的問題，以達(dá)到防止焊道出現(xiàn)裂紋的目的。

（二）變壓器油箱配件的焊接

采用鋁合金材料的變壓器油箱配件的焊接工作是比較困難的。由于鋁的熔點(diǎn)低，通常選擇使用鎢極氬弧焊焊接方法來解決，但是在面對大型變壓器的部分配件例如：厚10mm以上的鋁合金板，采用這種方法效率低也不能焊透。在使用熔化極氣體保護(hù)焊焊接時(shí)，也遇到了不小的挑戰(zhàn)：一是焊道中滲碳、氧化膜等雜質(zhì)的過多；二是焊接參數(shù)調(diào)整到最佳很困難。焊接打底時(shí)，用傳統(tǒng)方式打底不是未焊透就是燒穿。在反復(fù)試驗(yàn)時(shí)，決定改變原來的焊接方法：母材開坡時(shí)所留的鈍邊去掉，間隙越小越好，將坡度改到90°，在較小的焊接參數(shù)的前提下快速焊接完成打底工作。最后蓋面焊時(shí)，為減少內(nèi)部壓力，讓熔池更好的熔合，可將電弧電壓加大，這也避免了氣孔和裂紋的產(chǎn)生。各項(xiàng)指標(biāo)都正常的情況下，在焊道的兩端加8mm×20mm×20mm的引弧板可使焊道的形成符合標(biāo)準(zhǔn)。鋁焊接成后，在室溫下用丙酮擦洗冷卻。在做焊接工作時(shí)，注意焊接的工藝方面：一是在焊接前，將焊道上的雜質(zhì)清理，用不銹鋼鋼絲和鋁銼打磨鋁合金板表面的氧化膜，在丙酮擦洗后的24h內(nèi)完成焊接工作；二是采用熔化極氣體保護(hù)焊焊接，焊接氣體是純度99.99%的氬氣并采用專用的鋁焊機(jī)（選用∮1.2mm的鋁硅焊絲）；三是焊接參數(shù)（見表1）。通過多次的試驗(yàn)證明和工藝評定、專家的認(rèn)證，熔化極氣體保護(hù)焊接方法提高了鋁焊接的效率，在實(shí)際的生產(chǎn)生活中提供了便利。

結(jié)語

總而言之，熔化極氣體保護(hù)焊的方法在實(shí)際應(yīng)用中得到了有效的體現(xiàn)，它不僅能夠焊接普通的鋼板，而且也很好的焊接了有色金屬（銅鋁等）。所以，熔化極氣體保護(hù)焊應(yīng)得到廣泛的推廣。

表1　焊接的部分參數(shù)

[1]張濤.熔化極氣體保護(hù)焊熔滴過渡控制策略研究與應(yīng)用[D].中南大學(xué)，2010.

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