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(dǎo)電性，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)率很高使其在焊接時散熱很快，升溫困難，導(dǎo)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(yù)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(dǎo)率高還使熱影響區(qū)變寬，從而使焊接變形更加嚴(yán)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(dǎo)電效率降低，發(fā)熱嚴(yán)重，使用壽命縮短。所以，必須加強對熔池的保護(hù)，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(yù)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(rèn)

（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(hù)人員。（3）所使用的焊機(jī)、磨光機(jī)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(xué)性能和理化性能與母材退火狀態(tài)下的性能相當(dāng)。焊絲應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行保護(hù)。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(hù)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(jī)械冷加工方法進(jìn)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(yù)熱

選擇使用傳統(tǒng)的電加熱的方法，即利用電加熱片進(jìn)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(yù)熱溫度進(jìn)行有效監(jiān)督與控制，可以保證銅焊接部位的預(yù)熱均勻，溫控穩(wěn)定，以克服使用火焰預(yù)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(yù)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(hù)氣體，流量為15～20L/min。（4）施焊過程中要做好防風(fēng)、防火工作，并配備專職監(jiān)護(hù)人員。嚴(yán)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(yù)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(dá)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(yù)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(fēng)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(jìn)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(zhǔn)確的供應(yīng)是保證焊接工作順利進(jìn)展的關(guān)鍵，還應(yīng)為焊接工藝評定提供充分的準(zhǔn)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(xiàn)

[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。