銅母線焊接質(zhì)量控制

摘 要：文章介紹了某核電廠的銅母線焊接特點、銅母線焊接質(zhì)量控制以及焊接管理中遇到的問題等，可為同類項目的焊接工作提供較為全面的參考。

關(guān)鍵詞：銅母線；焊接；質(zhì)量控制

1 工程概況

某核電項目常規(guī)島銅母線（共箱母線）焊接包括輔助變、高廠變至至#1常規(guī)島10kV配電柜8段、至輔助鍋爐房10kV配電柜4段、至核附屬廠房4段。銅母線采用手工TIG焊，主要焊接材料及工作量見表1。

2 銅母線焊接特點

銅母線具有很高的導電性，導熱性和良好的塑性，并具有較高的低溫強度和延伸率。但同時銅母線焊接具有以下幾個特點：（1）導熱系數(shù)大，熱散失快，熱輸入不足時可能發(fā)生未熔合或未焊透；（2）線膨脹系數(shù)大，導熱強，焊接時熱影響區(qū)寬，焊件易變形，若焊件剛性很大，易產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力；（3）容易產(chǎn)生氫氣孔。

3 銅母線焊接質(zhì)量控制

3.1 總體原則

針對純銅熱導率高、散熱快，容易出現(xiàn)低熔點共晶體等特點，采取針對性的應(yīng)對措施。

（1）由于銅熱導率很高使其在焊接時散熱很快，升溫困難，導致焊接時母材難以熔化且不易與焊縫金屬很好熔合。須采用預熱和加大焊接熱源功率等措施來保證焊縫質(zhì)量。（2）由于銅的熱導率高還使熱影響區(qū)變寬，從而使焊接變形更加嚴重。所以要采取相應(yīng)措施（如剛性夾具）以減小變形，但要注意防止因剛性過大而引起裂紋。（3）銅與很多雜質(zhì)或化合物都會形成低熔點共晶體于晶界，造成熱脆性，甚至引起結(jié)晶裂紋。裂紋的存在會使母線的電阻增大，導電效率降低，發(fā)熱嚴重，使用壽命縮短。所以，必須加強對熔池的保護，控制雜質(zhì)及合金的含量，同時在工藝上盡量減少接頭的拘束，或用預熱來減緩冷卻速度，降低焊接應(yīng)力。

3.2 焊接先決條件確認

（1）施焊人員必須根據(jù)DL/T 754-2013《母線焊接技術(shù)規(guī)程》的要求取得相關(guān)的銅焊資質(zhì)，并經(jīng)入廠考試合格后方可施焊。（2）焊接前必須經(jīng)過安全技術(shù)交底，并且配備專職安全監(jiān)護人員。（3）所使用的焊機、磨光機等電動工器具以及各種計量器具必須具有效驗合格證書，并且在有效期內(nèi)使用。

3.2.1 焊材選用

（1）焊絲的選擇：選用的焊絲應(yīng)使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后的力學性能和理化性能與母材退火狀態(tài)下的性能相當。焊絲應(yīng)符合國家標準GB/T 9460-2008《銅及銅合金焊絲》中的規(guī)定及要求。經(jīng)試驗選用S201純銅焊絲。（2）焊劑的選擇：針對較厚銅板的焊接難點和易出現(xiàn)的焊接缺陷，焊接過程中需要對熔池進行保護。利用熔劑CJ301配備無水乙醇（酒精）調(diào)成糊狀均勻涂抹于焊縫及其邊緣具有很好的保護效果。

3.2.2 坡口制備

坡口的表面形狀、尺寸和清潔度應(yīng)符合圖紙、規(guī)范或工藝文件的要求。坡口采用機械冷加工方法進行，坡口不應(yīng)有分層、折疊、裂紋、撕裂等缺陷。焊接前清理掉焊絲表面和銅板坡口兩側(cè)30mm 以內(nèi)的油脂、水分、氧化物及其他夾雜物。焊縫采用V型坡口，具體參數(shù)詳見圖1。

3.2.3 預熱

選擇使用傳統(tǒng)的電加熱的方法，即利用電加熱片進行加熱，使用保溫棉保溫，并利用熱電偶測溫使用傳感器在集中控制室對預熱溫度進行有效監(jiān)督與控制，可以保證銅焊接部位的預熱均勻，溫控穩(wěn)定，以克服使用火焰預熱時造成的一些問題。通過購買符合尺寸要求的加熱器，經(jīng)過多次試驗證明電加熱方法可以用于銅排預熱。

3.3 焊接過程

（1）將焊縫坡口及其周圍涂抹上糊狀焊劑，保證其均勻、用量適中。（2）將加熱器通電升溫，溫度控制在450℃左右。（3）選用Φ3.0 S201純銅焊絲，采用TIG焊直流正接，電流控制在220～250A，以氬氣作為保護氣體，流量為15～20L/min。（4）施焊過程中要做好防風、防火工作，并配備專職監(jiān)護人員。嚴格控制層間溫度，并以小擺幅、小線能量焊接。焊接中由于溫度高所產(chǎn)生的黑斑應(yīng)及時清理干凈，層間清理應(yīng)選用專用鋼絲刷。

4 現(xiàn)場中存在的問題

（1）最初，施工單位對銅母線焊前預熱采用氧乙炔火焰加熱，人為主觀影響因素較多，同時無良好的保溫措施，溫度散失較快，焊接前難以達到施工方案中要求的350-500℃。焊后某些焊口的收弧部位出現(xiàn)了表面裂紋，施工單位通過焊后緩冷，降低冷卻速度等措施，消除了上述缺陷的再次發(fā)生。后來經(jīng)過試驗采用了電加熱片預熱的方式。（2）銅母線施工現(xiàn)場腳手架搭設(shè)密集，母線相鄰焊縫間距離較短，施工空間狹小、位置困難不利于焊接質(zhì)量控制。同時施工區(qū)域為露天作業(yè)，風速較大，圍擋困難，并且夏季雷雨天氣較多，空氣潮濕，加劇了焊縫氣孔傾向。（3）共箱母線供貨時間延遲、供貨順序不對、廠家設(shè)計及制造問題均影響共箱母線安裝進度，致使施工周期偏長。

5 結(jié)束語

共箱母線的焊接工作是電廠建設(shè)中一項主要內(nèi)容，材料的及時、準確的供應(yīng)是保證焊接工作順利進展的關(guān)鍵，還應(yīng)為焊接工藝評定提供充分的準備時間和所需的材料。為保證焊工的焊接質(zhì)量，現(xiàn)場的施工條件必須滿足工藝試驗確定的要求。

參考文獻

[1]國家能源局.DL/T 754.母線焊接技術(shù)規(guī)程[S].2013.

作者簡介：李濤（1978，4-），男，陜西，工程師，現(xiàn)一直從事核電工程管理合作。