河北国华沧东发电有公司 061113
【摘要】: 对电机铜条等厚大构件焊缝开裂原因、形成机理进行分析,针对焊接过程中的难点和易出现的缺陷进行模拟试验，采用TIG方法使用钎焊工艺焊接，焊前无需预热，提高了焊接生产率，改善了焊接工作条件，焊后质量好，满足设备保用要求。
【关键词】 紫铜 TIG 焊剂 银焊丝 不预热
一、情况简介
电机的铜条为纯铜，由于具有非常好的加工成形性、热导率高对转子冷却效果好、耐腐蚀性好、延展性好及具有一定的强度，在电气领域应用广泛。电机生产厂家为了保持较好的导电性，一般情况下都是采用钎焊焊接，这种方法焊缝薄、强度低、非原子状态结合，对于电机工作状态来说有时达不到使用要求。
二、焊接方法选择
1、普遍使用的火焰钎焊
紫铜具有优良的钎焊性，有着良好的润湿性，表面的氧化膜也容易去除去，但是厚大焊件的钎焊，因温度达不到要求很难实现，焊接时需要使用多个烤把辅助加热，消耗大量人力物力，在电机铜条焊接时由于加热时间长、加热范围大容易造成转子漆包线的绝缘损伤，焊缝较薄，钎焊是黏合结构而非原子间结合，整个焊缝的强度较低，在强度要求高、振动大、高速旋转的工况下易产生开裂现象。
2、钨极氢弧焊（GTAW）
钨极氢弧焊，具有电弧稳定、能量集中、保护效果好、热影响区窄、操作灵活等优点，特别适合构件的焊接和补焊。
3、焊接方法确定
根据对两种焊法进行工艺试验，氩弧焊焊缝熔合良好。气焊在焊接20mm以上的紫铜板时，焊缝有多处裂纹和气孔发生，焊件变形大，焊接时烟尘大，不利于焊工的身心健康。基于以上分析决定采用焊接质量好的氩弧焊接方法。
三、性能分析
1、紫铜的性能
紫铜在退火状态下具有高的塑性，但强度低，经冷加工变形后，强度可提高近一倍，但塑性降低，在工程中一定要避免重复受热，防止塑性急剧下降。
2、焊接缺陷产生的原因分析
难熔合及易变形。由于纯铜的热导率特别大，20℃时铜的导热系数比铁大7倍多，1000℃时大11倍多。焊接时热量迅速从加热区传导出去，使母材与填充金属难以熔合。铜的线膨胀系数比铁大15%，收缩率比铁大20%,使焊接热影响区加宽，焊接时工件刚度不够，在高温预热后产生较大的变形。
铜与铁的热物理参数：
热裂纹的产生。紫铜中的O、Pb、Bi、S则是铜中经常存在的有害杂质，特别是氧在焊接熔化状态时较容易生成Cu2O，形成低熔点共晶物，这些共晶物严重降低了焊缝金属的抗热裂纹能力。焊接时，焊缝为单相组织，导热性强，焊缝易生成粗大晶粒。这些都是加剧热裂纹生成的因素。收缩率及线膨胀系数大，也是促使热裂纹形成的原因。
紫铜合金成分:
气孔的产生。气孔是紫铜焊接时的一个主要问题，熔化焊时，气孔倾向比低碳钢严重的多。气孔主要是溶解性气体氢直接引起的扩散性气孔和氧化还原反应引起的反应气孔，由于铜自身传热快熔池存在时间短使其产生气孔倾向增大，成为焊接的主要困难。
3通过焊接试验查找应对措施
1）氩弧焊操作过程中遇到的最困难问题是焊缝无法成型。为保证导电性采用含45%银的焊丝HAG-45B，熔点为663-743℃，铜的熔点为1083℃再加上铜的散热快，热量差距大。在操作时电弧直对铜板，焊丝要离开电弧，待热量达到焊接要求时将焊丝送入电弧区，采取继续送丝方式，控制熔池大小，保证焊接过程连续。
2）焊接时遇到的第二个问题是难熔合、易变形。在焊完第一条试验焊缝后，发现焊缝表面成形差，两侧熔合不好，焊缝从起弧开始宽度逐渐增大，这是因为紫铜的热导率特别大造成的，为保证焊接区内温度，在焊件背面采取保温措施，减少热损失；焊前将电弧拉长进行10s左右的加热。用热量集中的电弧对焊口进行加热比火焰加热效果好，热影响区窄、升温快、可有效保证金属塑性、转子绝缘损伤和产生较大焊接变形。
3）防止金属蒸发。借鉴钎焊工艺，在焊前，用无水酒精将银焊剂调成糊状，涂于焊缝两侧、焊丝表面，电弧高温作用下在整个熔池表面形成保护膜，有效防止锌、锡、银的蒸发。
4）热裂纹问题。采取认真清理、打磨露出金属光泽，但必须在4h内焊接，避免氧化。控制熔池形状，避免产生粗大晶粒。采用高频引弧方式，随时控制焊接过程。
5)焊后发现焊缝存在气孔，为保证焊后截面足够大，防止发生过热现象，适当加大氩气流量并采用辅助供氩保护方式防止空气侵入；在焊口和焊丝表面涂抹焊药还对液体金属还有一定保温缓冷作用，减缓熔池冷却速度，有效防止气孔产生。
四、焊接工艺
1焊前准备
1）设备材料: 高频逆变电焊机，银焊丝，银焊剂，无水酒精，高纯氩气， 铈钨极。辅助材料:耐火砖或石棉垫板一块。
2）采用角接焊缝，间隙为0-1.5 mm。铜的表面张力小，密度大，为防止铜水流失和获得良好的焊缝成形，薄铜板焊口下方放置垫板。焊前要使用不锈钢或铜丝刷进行严格清理，用丙酮擦洗除掉有机物。
2焊接工艺
1)焊前用无水乙醇将焊剂调成糊状涂抹于焊丝、工件焊接区表面,清除焊件表面的氧化物和焊接过程中产生的氧化铜。
2)焊接时采用直流正接，必须使用高频引弧方式，不得随意在工件表面引弧。
3)采用右焊法施焊，如图所示。
一方面可以增加熔深，另一方面可以降低熔池的冷却速度减小产生气孔的倾向。喷嘴和工件距离为10mm左右，太大影响气体的保护效果，太小影响送丝的稳定性，送
丝要稳、准、匀，焊接时焊丝在钨极的前方边熔化边送丝，焊丝端头始终始终处于电弧区内，焊丝不能直接插入熔池，否则易产焊丝未熔现象。
4)严格进行层间清理，确认无缺陷后再进行下层焊接，要一气呵成避兔重复加热。
3焊接规范(厚大板件)
4操作注意事项
起弧后拉长电弧对焊口加热10-20秒，（根据工件厚度决定），焊接时采用圆圈运条法，避免产生层间未熔合。在焊接过程中焊丝要不断加焊药，避免银焊丝中银、锌、铜等金属蒸发对人体造成危害，也防止焊缝中银含量不够影响导电性和焊口质量。
氩弧焊1G 氩弧焊3G
5、检验
焊后自检无缺陷，焊缝表面光滑成型美观。进行金属检验时未发现夹渣、气孔、未熔合缺陷，符合生产需要。做电气试验时，焊缝的导电率符合标准规定的要求。
五、结语
电机铜条修复工作中采用钨极氩弧焊方法，通过焊前试验确定工艺参数和操作方法，解决了在不预热的情况下，紫铜难熔合，易变形、裂纹和气孔等关键问题，解决了工程技术难题，掌握了此项修复技术，节约了大量的人力和物力，特别是缩短检修工期，保证了设备的安全运行。
参考文献：
《火力发电厂金属材料手册》
国家职业资格鉴定焊工（技师 高级技师）
论文作者:于长江,窦学民
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
标签：焊丝论文; 气孔论文; 紫铜论文; 熔池论文; 电弧论文; 钎焊论文; 裂纹论文; 《电力设备》2018年第32期论文;