紫銅管的鎢極氬弧焊

王洪

摘 要：本文簡(jiǎn)要分析了紫銅管的焊接性及缺陷，著重指出了紫銅管鎢極氬弧焊的焊接工藝、操作要點(diǎn)與注意事項(xiàng)及效果。

關(guān)鍵詞：紫銅管;簡(jiǎn)易鎢極氬弧焊;焊接工藝;效果

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.029

0 前言

紫銅因純度較高，具有極好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、良好的常溫和低溫塑性，以及對(duì)大氣、海水和某些化學(xué)藥品的耐腐蝕性，因而在工業(yè)中被廣泛用于制造電工元件、電線電纜;以及在化工、鍋爐等方面的應(yīng)用。在某氮肥廠空分車間的空氣分餾塔的檢修過(guò)程中，有部分紫銅高壓管的焊接，材質(zhì)為T3，規(guī)格有?30×5㎜和?50×7㎜兩種，其管內(nèi)工作介質(zhì)為高壓氧氣，工作壓力為9MPa，試驗(yàn)壓力28 MPa ，焊縫100%X射線探傷，Ⅱ級(jí)合格。由于紫銅管的管壁較厚，采用傳統(tǒng)的氣焊將不易焊透，又因工期緊張，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有專用的高頻鎢極氬弧焊機(jī)，因此決定使用現(xiàn)有的簡(jiǎn)易手工鎢極氬弧焊。

1 紫銅的焊接性分析

（1）焊縫難熔合、成形能力差。由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)比普通碳鋼大得多，焊接時(shí)熱量散失快，使得母材和填充金屬難以熔合，厚度越大越嚴(yán)重。且銅的表面張力比鐵小，流動(dòng)性比鋼大，表面成形能力差，因此焊前必須預(yù)熱，采用大功率的熱源，單面對(duì)接焊時(shí)要在背面加墊板等成型裝置。由于銅管直徑較小，無(wú)法在管內(nèi)加墊板，這給我們的焊接帶來(lái)了一定的難度。

（2）焊縫熱裂紋傾向大。氧是銅中經(jīng)常存在的雜質(zhì)，銅在熔化狀態(tài)時(shí)容易氧化而生成氧化亞銅Cu2O，Cu2O與Cu可生成低熔點(diǎn)共晶物。另外，Pb、Bi、S也是銅中經(jīng)常存在的雜質(zhì)，當(dāng)含量較多時(shí)也容易形成低熔點(diǎn)共晶物。同時(shí)，由于銅的線膨脹系數(shù)和收縮率較大，而且導(dǎo)熱性好，熱影響區(qū)較寬，使得焊接應(yīng)力較大，因此，在焊縫中容易產(chǎn)生熱裂紋。所以，應(yīng)嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量。

（3）氣孔傾向嚴(yán)重。紫銅焊縫金屬中的氣孔主要是由氫氣引起的。由于銅的導(dǎo)熱性能好，焊縫結(jié)晶凝固速度很快，氫來(lái)不及析出，而使熔池被氫所飽和而形成氣泡，當(dāng)氣泡上浮速度低于結(jié)晶速度時(shí)就形成氣孔。另一方面，銅氧化后生成的Cu2O在熔池中與氫或CO反應(yīng)，生成的水蒸氣或CO2析不出來(lái)，在焊縫中形成反應(yīng)氣孔。為防止氣孔應(yīng)控制焊接時(shí)氫的來(lái)源，并采用預(yù)熱措施，使氣體易于析出。

2 焊接工藝

（1）焊前準(zhǔn)備。 由于受設(shè)備限制，施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有專用的鎢極氬弧焊機(jī)，決定采用ZXG—400型直流弧焊機(jī)，350A型簡(jiǎn)易氬弧焊槍，焊槍的電纜線和氣源膠管要分離，避免過(guò)熱而燒壞氣源膠管。焊前用不銹鋼絲輪去除坡口及兩側(cè)的氧化膜，再用丙酮清洗焊絲和工件坡口兩側(cè)30㎜范圍內(nèi)的表面油脂、水份及其它雜質(zhì)，直至露出金屬光澤為止，清理干凈后工件和焊絲要避免再次污染。

（2）焊接材料。為了避免焊縫產(chǎn)生熱裂紋和氣孔，采用HS201焊絲，氬氣的純度要求99.99%。

（3）坡口加工型式及尺寸。為了獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，坡口采用機(jī)械加工或角向磨光機(jī)加工，坡口型式如圖1所示。

（4）焊接工藝參數(shù)。如下表所示：

3 焊接要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

（1）焊前用丙酮清洗母材和焊絲后，再用氧—乙炔氣火焰加熱母材坡口兩側(cè)至略呈暗紅色（約400～450℃）時(shí)，暫停加溫，開(kāi)始施焊，采用二點(diǎn)定位焊，長(zhǎng)度約5～10㎜。定位焊前要避免管內(nèi)壁錯(cuò)口，對(duì)壁厚不同的焊件要修磨后再施焊，焊縫不留間隙，定位焊和正式焊接的焊接工藝一致。

（2）打底層焊接時(shí)，要仔細(xì)觀察熔池的熔化狀況。當(dāng)鈍邊開(kāi)始熔化時(shí)，焊絲呈滴狀加入到熔池中去，確保焊絲在氬氣的保護(hù)區(qū)內(nèi)，并根據(jù)鈍邊熔化狀況確定焊接速度，焊縫反接頭及封口時(shí)要填滿弧坑，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。

（3）由于銅導(dǎo)熱性能好，熔池流動(dòng)性好，散熱快，如加熱溫度過(guò)低，易產(chǎn)生末熔合和未焊透現(xiàn)象;加熱過(guò)高，熔池易瀉流，焊縫背面易產(chǎn)生焊瘤及超高等缺陷。因此，當(dāng)施焊過(guò)程中發(fā)現(xiàn)母材溫度過(guò)低，鈍邊不易熔化時(shí)，須暫停施焊，繼續(xù)用氧—乙炔氣火焰加熱，達(dá)到所需溫度時(shí)才繼續(xù)施焊，焊接時(shí)動(dòng)作一定要迅速。

（4）為獲得良好的焊縫成型，采用二層焊接。第一層焊接完畢，用不銹鋼絲刷子仔細(xì)清理表面殘?jiān)?，繼續(xù)加溫至所需溫度，再焊接第二層，直至焊縫全部焊完。

（5）焊件盡可能采用轉(zhuǎn)動(dòng)焊，對(duì)于水平固定位置仰焊部位的焊接，應(yīng)加大焊槍的角度，使電弧對(duì)液體金屬產(chǎn)生向上的托力，焊接電流可相對(duì)其它大一點(diǎn)，焊絲填充要迅速，這樣可防止仰焊部位背面焊縫內(nèi)凹。

（6）防止焊縫產(chǎn)生夾鎢，引弧時(shí)要采用間接引弧法，不能直接碰鎢引弧，電弧長(zhǎng)度保持在3～4mm左右。在室外施工風(fēng)力較大時(shí)，要采取擋風(fēng)保護(hù)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用上述工藝焊接的焊縫，經(jīng)過(guò)X射線100%探傷，焊縫一次性合格率98%以上，通過(guò)壓力試驗(yàn)，完全符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及工藝要求，為企業(yè)節(jié)約了成本二萬(wàn)多元，并為提前投產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

參考文獻(xiàn)：

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