淺談水電工程銅止水熔焊技術(shù)的研究

劉和平 桑文斌

中國水利水電第五工程局有限公司第一水工機(jī)械廠 四川廣元 628003

目前，國內(nèi)銅止水帶采用的連接方式主要是火焰焊或氬弧焊連接?；鹧婧冈砭褪抢脷怏w燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫，使母材和焊條同時(shí)熔化并連接在一起。氬弧焊原理就是利用焊接設(shè)備使母材與焊絲之間產(chǎn)生電弧，使母材和焊絲同時(shí)熔化并連接在一起，由于電弧溫度比火焰溫度高得多，采用氬氣隔絕空氣氧化進(jìn)行保護(hù)。這兩種方法在工廠生產(chǎn)作業(yè)時(shí)非常方便、實(shí)用，但用于水利水電工程混凝土現(xiàn)場施工卻有諸多弊端[1]。

其一，兩種焊接設(shè)備都較笨重，并要隨連接接頭位置變化而移動，操作十分不便，效率低下，當(dāng)在混凝土大壩斜面上操作時(shí)，情況更為明顯。

其二，由于銅止水帶截面結(jié)構(gòu)包括U型槽，焊接困難，對焊工的操作技能要求較高，易造成焊縫未焊透、裂紋、沙眼、焊穿等缺陷，另外受現(xiàn)場位置限制，甚至出現(xiàn)無法進(jìn)行焊接的情況，銅止水帶接頭的焊接質(zhì)量必然受到影響。

1 研究目的

根據(jù)銅止水帶現(xiàn)場對接焊接存在的問題，研究開發(fā)一種銅止水新型焊接技術(shù)——銅止水熔焊技術(shù)，主要涉及銅止水校正器校正、銅鋁熱焊劑引燃、銅止水帶放熱反應(yīng)模具成型及成熟的熔接工藝操作，解決該滲漏問題，確保工程施工質(zhì)量。

2 重點(diǎn)解決技術(shù)問題

（1）銅止水校正器，主要是消除銅止水帶首、尾端部成型尺寸誤差大和對模具U型槽擠壓破壞。

（2）銅止水熔接裝置，主要是解決在不同方位情況下，模具結(jié)構(gòu)盡可能滿足重量輕、體積小、腔體焊劑使用少，方便攜帶、操作等特點(diǎn)以及熔接模具材料的選用。

（3）銅止水熔焊工藝，主要是鋁熱焊劑試制，合理確定鋁粉的純度、活性度、粒度，氧化銅粉末的氧化度、粒度，其他合金添加物的粒度，以及他們的混合比例，解決熔融焊液的流動性、溫度及脫渣能力，從而避免熔接接頭出現(xiàn)裂紋、沙眼、焊穿、氣密性差、滲漏、松脫等缺陷。

3 研究實(shí)施路線

銅止水接頭校正→銅止水接頭安裝到熔接裝置/銅止水接頭、熔接裝置加熱去濕→鋁熱焊劑加裝→點(diǎn)火反應(yīng)焊縫成型→打磨→銅止水熔接完成

4 實(shí)施情況

4.1 銅止水校正器校正

銅止水校正器，由連接滑動螺桿、固定上支架、活動螺桿、六方扳手、活動支架、固定下支架、上壓模、下壓模等15個(gè)零部件組成（如圖1）。通過旋轉(zhuǎn)活動螺桿上的六方扳手，實(shí)現(xiàn)六方扳手帶動活動螺桿在固定上支架的螺紋套內(nèi)旋轉(zhuǎn)并作上下運(yùn)動，通過半連接法蘭的連接，實(shí)現(xiàn)活動支架及上壓模隨同活動螺桿沿連接滑動螺桿作上下運(yùn)動，對銅止水端部接頭部位進(jìn)行校正，以減小銅止水與模具之間的間隙，確保石墨模具U型槽不受銅止水?dāng)D壓破壞，實(shí)現(xiàn)擠壓校正銅止水帶功能。

圖1 銅止水校正器主視圖

4.2 銅止水熔接裝置內(nèi)熔焊

將銅止水校正器校正好的銅止水端頭放入熔接模具內(nèi),先利用瓦斯罐對反應(yīng)腔體、熔接腔上模、熔接腔下模及銅止水帶進(jìn)行預(yù)熱除濕,再加入按一定比例配置好的鋁熱焊劑裝入反應(yīng)腔,以引火方式將銅鋁熱焊劑引燃，使其產(chǎn)生氧化還原放熱反應(yīng),生成溫度高達(dá)2000℃以上的高溫銅液，高溫銅液經(jīng)流道進(jìn)入并充填熔接腔，使已預(yù)裝好的銅止水帶端部熔化，焊接接頭以金屬鍵形式連接，冷卻凝固后將銅止水帶接頭兩端熔接在一起（如圖2），最終形成氣密性好，無滲漏，不松脫，成型質(zhì)量好（無裂紋、沙眼、焊穿等缺陷）的對接接頭（如圖3），完成銅止水帶熔融對接焊。

圖2 銅止水帶熔焊裝置截面及工作示意圖

圖3 熔焊樣品正、背面

（1）連接點(diǎn)以分子熔融形式結(jié)合，是永久性的，強(qiáng)度高，不會松脫，密封性好。

（2）焊接接頭為純度高達(dá)97%的金屬銅，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在高溫和低溫的條件下表現(xiàn)也很穩(wěn)定，耐腐蝕性強(qiáng)。

（3）鋁熱焊劑，作為新型材料，具有良好的流動性，反應(yīng)釋放的熱量足，形成的焊縫內(nèi)部缺陷少。

（4）焊接結(jié)果質(zhì)量穩(wěn)定，無污染，對人體無害，施工風(fēng)險(xiǎn)小。

（5）操作簡便、安全，適用于室內(nèi)野外各種環(huán)境。

5 結(jié)語

銅止水熔焊技術(shù)目前處于研制完成階段，由于現(xiàn)場情況如空氣濕度、環(huán)境位置等因素的影響，實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用還需要進(jìn)一步優(yōu)化完善。銅止水熔焊這一新型技術(shù)，是對銅止水對接接頭焊接方法的一次革命性創(chuàng)新，有效提高了銅止水對接接頭焊接質(zhì)量，基本解決了以往方法存在的水電工程中混泥土銅止水防滲施工質(zhì)量差的問題。