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1、封闭铝母线氩弧焊工法中国水利水电第八工程局（主要完成人：李建军 肖可畏 曾辉）1 前言由于铝元素的化学性质较为活泼，还原性较强，容易被氧化，所以在这类材料的焊接施工当中通常都采用惰性气体保护焊。目前，工业上通常采用的惰性气体有氩气和氦气，在这两种惰性气体之中，氩气的价格较为便宜，使用也更加广泛，因而对于封闭铝母线的焊接，一般均采用氩弧焊进行焊接。随着焊接设备、焊接应用水平、焊接操作水平的提高，封闭母线的焊接经历了TIG焊、MIG焊到熔化极脉冲氩弧焊的演变过程，实践证明，熔化极脉冲氩弧焊具有易操作、质量好、效率高、飞溅小等优点，因而越来越广泛地应用到封闭母线的焊接施工中。2 工法特点TIG焊、M
2、IG焊、脉冲MIG焊都属于氩弧焊的范畴，其中TIG焊的实际应用最早，设备亦最简单，效率最低，而MIG焊、脉冲MIG焊均属于半自动焊，设备较为复杂，尤其是脉冲弧焊电源，设备更加复杂，价格也较昂贵，但是与TIG焊、普通的气体保护焊电源相比，其优势十分明显，具体表现在以下方面：1） 更加适合于全位置焊接；2） 由于采用了脉冲电源，容易实现喷射过渡，飞溅极小，而采用短路过渡时飞溅较大，电弧燃烧不稳定；3） 熔池温度低，体积小，容易控制熔池的体积与温度，焊缝成型美观，焊接质量好；4） 操作更加容易掌握，尤其是在焊接仰焊位置时，其优势十分明显；5） 与TIG焊相比，由于采用焊丝作电极，焊接电流大大增加，因
3、而熔深大，熔敷速度快，焊接效率高，施工周期短；6） 采用直流反接，焊接铝及其合金时有良好的阴极雾化作用；7） 电弧加热集中，热影响区小，焊接应力与变形较小。3 适用范围1）适用于电力行业制作、安装和检修35kV及以下发电设备、500kV及以下送、配电设备各类（矩形、槽形、管形等）铝母线焊接。2）适用于纯铝、铝镁合金、铝锰合金等材料制成的母线焊接工作。3）其它铝合金材料制成的母线可参照执行。4 工艺原理熔化极脉冲氩弧焊是采用焊丝作为电极及填充金属，利用焊丝和工件之间的电弧热，将工件和焊丝加热至熔化状态，使焊件达到原子间结合，并且用氩气作为电弧介质和保护气体，来保护电弧和焊接区，并采用脉冲弧焊电源
4、作为焊接电源的一种电弧焊方法。熔化极脉冲氩弧焊的电流由两部分组成：维弧电流和脉冲电流。只要脉冲峰值电流大于临界电流，即能实现喷射过渡，而其平均电流大大低于临界电流，因而焊接热输入量低，对工件加热程度小，焊接变形小。5 工艺流程及操作要点5.1 工艺流程封闭母线焊接施工流程为：坡口清理焊前加固预热焊接检验返修（如有）质量评定。5.2 操作要点5.2.1在铝母线拼装就位后，首先进行坡口清理：对于氧化膜可用角磨机装上抛光球进行清除，而如果坡口面及其两侧有油污，则可用酒精或丙酮进行擦拭，可较好地清除焊接区域的氧化膜和油垢，为焊接质量打下良好的基础。清理后的焊件应立即进行焊接工作，其间隔时间不应超过24
5、小时。5.2.3按照焊接工艺评定确定的预热温度对母材进行预热和烘干焊材，以减少氢的来源。5.2.4按照焊接工艺评定和规范参数进行焊接。焊接时先焊导体，导体焊接完毕且外观检查和无损检测符合安装说明书和有关国家标准要求后再进行外壳焊接，最后进行短路板焊接。1 采用脉冲MIG 焊接，直流反接，电弧阴极雾化作用好，清理氧化膜十分有效。2 选用与母材化学成分相同相似的焊丝。3 采用高纯度氩气（Ar99.99%，严格控制杂质水含量）保护。4 选用大号喷嘴、层流气态保护。5 根据焊接位置和板厚选择适当的规范参数：焊接电流、电弧电压、焊丝干伸长、气体流量等。根据焊接条件选定相应板厚的焊接电流，然后根据下列公式
6、计算焊接电压：当焊接电流300A时：焊接电压=（0.04倍焊接电流+202）伏。6 熔化极脉冲氩弧焊的工作过程按焊枪开关提前送气慢送丝引弧成功后正常送丝（根据收弧工作方式焊接）停止焊接瞬间，焊机继续工作0.10.2秒将焊丝进行回烧，焊机输出低电压（1214V）消融球以利再次引弧滞后停气。7 由于铝及其合金硬度低，刚性小，容易出现焊丝打折现象，应特别注意导电咀堵塞。8 由于铝及其合金熔点低，熔深大，应注意控制熔池温度，尤其焊接薄板时应预防烧穿。5.2.4焊接完成后按照图纸和设计要求进行焊缝检验和质量评定。6 材料与设备6.1焊接材料1） 保护气体：高纯氩，纯度 99.99%（其他杂质不得超过GB
7、4842-1995的规定）。2） 焊接前必须确认所焊铝材的牌号，了解其化学成分、物理和力学性能，以便正确的选定焊接材料和制定合理的焊接工艺。3） 铝材必须符合国家标准（或行业标准、技术条件），引进国外的铝材必须符合引进国国家标准或合同规定的技术条件）6.2机具设备名称型号/规格单位数量温控柜LWKB，180KW台1加热片110V/5KW片10远红外线测温仪个1射吸式焊炬把2逆变焊机ZX7-400S台2脉冲弧焊电源YM350（500）AG台4干燥箱J2FN101-4A台1射线探伤仪XXQ-3005台1超声波探伤仪EPOCH MODEL 2300台1角磨机台2砂轮片180箱1钢丝刷把10活动扳手1
8、0把47 质量控制本工法焊接质量控制标准按GB/T8349-2000金属封闭母线执行。7.1 焊缝外观检查7.1.1焊缝表面应光洁，呈细致的鱼鳞状，宽度、厚度均匀一致。7.1.2导体及外壳焊缝截面应不小于被焊截面的1.25倍，焊缝电阻应不大于同断面的导体电阻。7.1.3焊缝不允许有裂纹，烧穿，咬边，弧坑，焊瘤，未熔合，气孔等表面缺陷。未焊透长度不得超过焊缝长度的10%，深度不超过被焊金属厚度的5%。7.2 焊缝内部质量检查焊缝应经X射线或超声波探伤检验合格。导体及伸缩节抽样探伤长度不少于焊缝长度的25%，外壳不少于焊缝长度的10%。7.3 接头强度要求厚度焊缝的平均抗拉强度应不低于母线的平均抗
9、拉强度；焊缝强度能够承受重量、正确的安装、正常的搬动、及外壳热膨胀所产生的应力。7.4 焊接变形控制要求按照安装尺寸控制要求控制。7.5 焊缝返修7.5.1对于外观缺陷，一般可采取打磨方式修整；对于出现缩小导电面积情况时应予以补焊；7.5.2对于裂纹或内部缺陷，应采取挖补方式返修，同一位置上的挖补次数一般不超过3次。7.6 焊接质量控制要点7.6.1铝母线正式焊接前，应首先进行焊接工艺试验，确认焊接接头性能符合相应技术条件后，方可组织焊工培训和技术考核。7.6.2施焊前必须按照DL/T 754-2001附录A的规定，对从事铝母线焊接的焊工进行考核，取得相应的资质证书后，方可参加正式焊接工作。7
10、.6.3严禁在焊件非焊接区域引燃电弧、试验电流；7.6.4严格控制氢的来源，母材、焊材应按要求烘干，保护气体中的水分含量不得超过标准要求。8 安全措施8.0.1焊接铝金属及其合金时，焊接气氛和强弧光对人体有一定的危害，必须对焊工加强安全教育和劳动保护。8.0.2从事铝母线焊接工作的人员必须遵守安全、环保、防火等规程和有关规定。8.0.3 焊接母线时，焊工必须佩戴防毒面具，处在焊工下风位置的施工人员同样佩戴防毒面具。8.0.4 易燃品如酒精、丙酮等由专人保管，使用完毕随即回收。8.0.5 2m以上的高空施工，必须系好安全带，并将安全带固定在符合规定的位置。在脚手架四周及底边悬挂安全网。8.0.6
11、 对施工用电设备采取防雷接地、漏电保护等安全措施。在施工场所布置足够数量的消防器具。9 环保措施按照环境保护法和原国家电力公司2000162号文国家电力公司水电建设工程安全文明生产管理规定、国电电源200249号文电力建设安全健康与环境管理工作规定文件规定及发包人有关环境保护的具体要求。根据具体的施工计划制定出与工程同步的防止施工环境污染的措施，妥善解决由于施工或生活活动而产生的环境问题，承担应负的责任。10 效益分析10.0.1 由于熔化极脉冲氩弧焊采用了脉冲电源，容易实现喷射过渡，与普通的气体保护焊电源相比，操作简单，降低了对操作者的技能水平要求，并降低了劳动强度。10.0.2 焊缝成形美
12、观，飞溅小，尤其在焊接仰焊缝时，其优势十分明显，更加适合于全位置焊接。10.0.3 焊接效率高，比普通的MIG焊提高2030%。10.0.4 可提高焊缝质量，减少焊缝返修，减少生产成本，提高经济效益。11 应用实例熔化极脉冲氩弧焊已经在国内外多座水电站的封闭母线焊接中成功应用，如湖南五强溪水电站、贵州三板溪水电站、巴基斯坦巴罗塔水电站、湖北三峡水电站、重庆彭水水电站等。实践证明：采用该技术加快了焊接施工进度，提高了焊接质量，节约了大量的能源和材料，产生了明显的经济效益和社会效益。应用实例见下表：工程名称五强溪水电站巴罗塔水电站三板溪水电站三峡水电站彭水水电站机组数量5240MW5300MW4250MW6700MW5350MW接头部位导体、外壳导体、外壳导体、外壳导体、外壳导体、外壳接头规格17510501751050175105017515101751050接头数量约660个约900个约200个约1200个约2200个施工时间199419992002200320042006200320042007.1 图一：焊前坡口清理 图二：焊前预热 图三：焊接
