GIS變徑筒體一次焊接工藝研究

胡永輝 孟祥喜 周海雄 張全民

（河南平高電氣股份有限公司，河南平頂山 467001）

GIS變徑筒體一次焊接工藝研究

胡永輝 孟祥喜 周海雄 張全民

（河南平高電氣股份有限公司，河南平頂山 467001）

針對氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備所用變徑筒體焊接結(jié)構(gòu)，選用ER4043焊絲，使用氬氣作為保護氣體，選擇合適的焊接工藝參數(shù)，配合專用鉚裝工裝，對ZL101A鑄鋁硅合金變徑筒體和6063-T6鋁合金擠壓管進行焊接。按JB/T 4730《承壓設(shè)備無損檢測》的要求對獲得的焊接接頭進行射線檢測和超聲檢測，并使用三維劃線機對筒體尺寸進行檢測，合格后對產(chǎn)品進行水壓試驗和氣密性試驗，保證一次焊接完成的筒體滿足產(chǎn)品使用性能要求。

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備；焊接；變徑筒體

高壓開關(guān)設(shè)備中的管道母線是一種鋁合金焊接筒體，傳統(tǒng)制造方式整個工藝流程環(huán)節(jié)多、效率低、生產(chǎn)成本高，焊接、鉗修工作量巨大，能源消耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重，嚴(yán)重制約河南平高電氣股份有限公司產(chǎn)品走向國際市場［1-3］。為有效解決這一生產(chǎn)難題，河南平高電氣股份有限公司設(shè)計了一種簡潔、高效的焊接結(jié)構(gòu)變徑母線筒體。該筒體采用變徑鑄造鋁合金端頭與鋁合金擠壓管焊接形式的母線筒，該結(jié)構(gòu)可以有效降低使用鋁合金材料重量，減小母線筒體氣室容積，減少六氟化硫氣體使用重量，減少焊接和檢測工藝環(huán)節(jié)，同時提高生產(chǎn)效率。但由于變徑筒體兩端密封面平面度及平行度要求較高，鑄件焊接時容易產(chǎn)生氣孔、裂紋，且鑄件密封面加工時容易出現(xiàn)夾渣、氣孔等缺陷。因此需要改進加工工藝，將變徑筒體一次焊接完成，無需對端法蘭進行機加工，提高焊接效率，降低成本。

1 焊接結(jié)構(gòu)

1.1 筒體結(jié)構(gòu)

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switch?gear，GIS）所用變徑筒體焊接結(jié)構(gòu)由兩端ZL101A鑄鋁硅合金變徑筒體和6063-T6鋁合金擠壓管焊接組成，最終產(chǎn)品要求平面度、平行度及同軸度較高。變徑筒體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 坡口結(jié)構(gòu)及鉚裝工裝

鑄造變徑筒體壁厚為14mm，而與之焊接的6063-T6鋁合金管規(guī)格為φ600mm×8mm，兩者之間壁厚存在差異。如果采用2塊厚度相差較大的金屬材料進行焊接，則接頭處會造成應(yīng)力集中，而且接頭兩邊受熱不勻易產(chǎn)生焊不透等缺陷。于是設(shè)計變徑筒體端部坡口和6063-T6筒體接頭結(jié)構(gòu)形式為單邊坡口角度35°，鈍邊2mm，保證焊接的2種零件厚度差值合理，減小接頭處應(yīng)力集中，保證接頭兩邊受熱均勻，避免產(chǎn)生焊不透等缺陷。

鉚裝定位采用專用工裝，盡最大努力保證兩端端法蘭焊接后平行度和同軸度。減小兩端端法蘭加工量，避免鑄件加工量過大，密封面出現(xiàn)影響密封性能的鑄造缺陷。

2 焊接工藝及過程

2.1 焊絲的選擇

選用鋁硅合金焊絲，型號為ER4043，該種焊絲含硅5%，適合焊接鑄造鑄鋁合金。焊接使用之前，用砂紙徹底清理焊絲表面的氧化物、油等雜質(zhì)。

2.2 保護氣體的質(zhì)量控制

對鑄件變徑筒體和鋁合金擠壓管焊接過程中，氫和水分對焊縫產(chǎn)生氫氣孔的敏感性較強［4］。焊接后，焊縫容易產(chǎn)生氣孔。因此，要使用氬氣氣氛進行保護，嚴(yán)格控制氬氣中水分含量。焊接過程中，氬氣純度應(yīng)保證在99.9%以上。

2.3 焊接工藝過程

定位焊前，使用激光對工裝精確定位，并使用T形塊將鉚裝工裝固定在鉚裝平臺。采用鋼絲刷對鑄件變徑筒體筒體和鋁合金擠壓管焊縫坡口兩側(cè)的氧化膜等雜質(zhì)進行打磨去除。使用定位銷將鑄件變徑筒體精確地固定在鉚裝工裝，調(diào)整鋁合金擠壓管支撐架高度，使鋁合金擠壓管和鑄件端頭中心高度保持一致。使用撐圓工裝對鋁合金擠壓管圓度進行調(diào)節(jié)，保證圓度在2mm之內(nèi)。

定位時鉚裝總長預(yù)留量8～10mm，焊接坡口錯邊量不超過0.15t（t為鋁合金擠壓管壁厚）。潮濕時采用小火對焊縫周圍進行烘烤，以減小熱量的輸入。使用φ1.2mm的ER4043焊絲，采用小電流進行對稱點焊固定，定位焊長度約50mm，焊點不少于4個。定位焊完成后應(yīng)盡快焊接，避免坡口污染帶來的二次清理。

焊接前，對點焊部位焊瘤、裂紋等缺陷徹底清理，消除焊縫質(zhì)量隱患。之后對待焊部位用小火緩慢均勻預(yù)熱，溫度70～100℃。加熱部位靠近鑄件側(cè)，避免應(yīng)力不均造成焊點崩開。

焊接時，首先采用較大電流，φ3.2mm焊絲進行第1層打底焊接。其次，采用相同焊絲和參數(shù)進行第2層填充焊接。再次采用小電流，φ3.2mm焊絲進行第3層蓋面焊接。焊接時要一次焊接完成，盡量避免中途中斷作業(yè)，焊槍擺動寬度和速度要均勻，焊縫寬度1.0～2.0t，余高0～2mm。最后，采用大電流對內(nèi)焊縫進行重熔處理。鑄件與成型管邊緣打磨平滑過渡，消除耐壓放電隱患。

3 焊后效果檢驗

焊后對焊縫進行鉗修，焊縫按公司標(biāo)準(zhǔn)檢查，按NB/ T47013-2015承壓設(shè)備無損檢測Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)進行X探傷檢查。著色探傷（內(nèi)外焊縫無氣孔、裂紋）Ⅰ級；X射線探傷Ⅱ級及以上。探傷后使用三維劃線機對變徑筒體各類尺寸進行檢查，合格后對產(chǎn)品進行水壓試驗和氣密性試驗，要求水壓0.86MPa時間5min，無變形和泄漏，24h后定量檢漏（充SF6氣體0.5MPa，20℃表壓），漏率小于0.5Pa·cm3/s。

4 結(jié)語

本文針對氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備用母線變徑筒體的結(jié)構(gòu)，考慮影響焊接變形和焊縫質(zhì)量的原因，對主要加工節(jié)點有針對性的改進工藝。經(jīng)過實踐驗證，可以有效地保證產(chǎn)品質(zhì)量，并且可以提高產(chǎn)品的加工效率，降低制造成本。

［1］Zheng SB，Zhang YM.Efflux Plasma Charge-based Sens?ing and Control of Joint Penetration during Keyhole Plasma Arc Welding［J］.Welding Journal，2001（7）：157-162.

［2］陸成虹，羅志強，楊學(xué)勤，等.2219鋁合金變極性等離子弧穿孔焊接工藝研究［J］.航天制造技術(shù)，2009（6）：23-25.

［3］薛根奇.VPPAW在鋁合金焊接生產(chǎn)上的應(yīng)用［J］.電焊機，2006（2）：22-26.

［4］周振豐.焊接冶金學(xué)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1993.

Research on a Welding Process of GIS Adjustable Cylinder

Hu YonghuiMeng XiangxiZhou HaixiongZhang Quanmin
（Henan Ping Gao Electric Co.Ltd.，Pingdingshan Henan 467001）

In this paper,according to the welding structure of variable diameter cylinder used in Gas Insulated Switchgear(GIS),we select ER4043 welding wire,use argon gas as protective gas,select appropriate welding parame?ters,cooperate with special riveting equipment,ZL101A cast aluminum alloy cylinder and 6063-T6 aluminum alloy extruded tube for welding.According to JB/T 4730"Nondestructive testing of pressure equipment"requirements of the welded joints for radiation detection and ultrasonic testing,and using three-dimensional marking machine to de?tect the cylinder size,water pressure test and air tightness test were carried out after qualified,to ensure that the cyl?inder meets the performance requirements of the product.

GIS；welding；variable diameter cylinder

TG457

A

1003-5168（2016）12-0081-02

2016-11-03

胡永輝（1988-），男，碩士，助理工程師，研究方向：高壓開關(guān)加工制造工藝。