熔化極氣體保護焊在變壓器油箱及零部件焊接中的應用分析

孫鑫喆（哈爾濱變壓器有限責任公司，黑龍江　哈爾濱　150078）

熔化極氣體保護焊在變壓器油箱及零部件焊接中的應用分析

孫鑫喆
（哈爾濱變壓器有限責任公司，黑龍江哈爾濱150078）

不管在變壓器設計或工藝技術等方面，都會采用到焊接技術，但是有的焊接所用材料過于細小或焊接部位太過“偏僻’，這對焊接來說是個很大的問題，但隨著大型變壓器各項技術的逐步完善，經過大量的焊接工藝試驗多年的實踐，找到了變壓器油箱材料焊接辦法——熔化極氣體保護焊。本文通過對熔化極氣體保護焊的認識，分析熔化極保護焊在變壓器油箱及零部件的應用。

熔化極氣體保護焊；變壓器油箱及零部件；應用分析

大容量、高電壓變壓器中，在變壓器郵箱內壁相應部位加焊一層4～6mm的銅板，可減少外殼的渦流損耗，降低變壓器的發熱量，但是在焊接中會出現困難；此外，將變壓器油箱配件（如母線罩等）采用鋁合金材料制作，同樣會面臨焊接的問題。隨著技術的完善，出現了熔化極氣體保護焊的辦法。

一、熔化極氣體保護焊的概念

熔化極氣體保護焊（Gas Metal Arc Welding）是一種高效節能的焊接工藝，通過連接送進的焊絲與焊接工作之間產生的電弧作為熱源熔化焊絲和金屬母材，在焊接過程中，外加保護氣體避免熔滴、熔池金屬及焊接區高溫金屬受到周圍空氣的氧化作用。熔化極氣體保護焊由焊絲、電弧、工件和保護性氣體組成，焊接的電弧分為大電流和低電壓弧柱子，兩個電極（焊絲為陽極，工件為陰極）向弧柱提供并接受對應的帶電粒子流來保證電流的連續。陰極區提供電子流給陽極區，陽極區提供正離子流給陰極區，兩級區的導電讓電能轉為熱能，通過這種大量的熱能熔化工件和焊材，然后焊絲由送絲系統按要求的速度送出。熔化極氣體保護焊的焊接方法在國內外獲得了廣泛的應用，它的優勢在于節能、成本低、實現半自動化和自動化的焊接，焊接的適應性強和可焊的工件厚度范圍大等。目前熔化極氣體保護焊的焊接工作在工業發達國家占50%以上，在日本占了80%，在我國也得到了普遍應用，但也是僅占整個焊接工藝的10%。

二、熔化極保護焊在變壓器油箱及零部件的應用

（一）銅板與油箱內壁的焊接

將一層4～6mm的銅板焊接到油箱內壁主要會出現一些困難：一是按照焊接要求是否將銅和鐵熔焊到一起；二是在保證質量的前提下，如何將厚度為6mm的銅板在2m長的方向上對接；三是焊縫很容易出現氣孔和裂紋。在面對焊接問題時，采用較傳統的銅焊條電弧焊方法在藥皮很難去除的前提下，焊縫的熔合很困難。而采用熔化極保護焊的方法時，可以用氬氣作為保護氣體保護焊機進行操作。將小塊的銅板放在鐵板上進行試焊時，用常規的參數焊接，熔化的焊絲不能和銅板很好的熔化，則要調整參數，將焊槍方向偏向銅板一側讓其更多受熱，可焊出合格的焊縫。具體的焊接參數：焊槍與銅板的夾角約為50°，∮1.6mm焊絲，焊接電流36V；∮1.2mm焊絲，焊接電流300A，電弧電壓30V。還需注意的是，因電流的原因，鐵熔化量在焊縫中比例過大時會出現裂紋。在銅板上鉆孔進行塞焊可使銅板與油箱內壁焊接更牢固，但會出現銅板的熔化困難，在通過多次的試驗可將銅板上的直孔改造成階梯裝孔，現鉆∮14mm的小孔，再將銅板上部改為深3mm的∮18mm的孔，以便提高塞焊角焊縫抗拉強度和剪貼強度。在將銅板（厚6mm）在長度方向（為2m）對接時通常要對銅板先預熱再焊接。但在預熱時也會出現難題：一是在預熱時，考慮到銅板的高傳熱性，加之需加熱部位距火焰的距離較長（為2m），故在短期內無法很好地使其達到預期加熱溫度，不利于后期焊接工作的順利進行；二是在預熱后，銅板受熱易變形，難以矯正所需形態；三是反復預熱不利于焊接工作效率的提高。在經過一系列的試驗下，油箱內壁鋪放銅板時，讓相鄰的銅板間留一道間隙（8～10mm），油箱內壁起弧所產生的熱量可預熱銅板，焊槍左右擺動并采用的分段焊法解決了變形問題。焊接時產生的氣孔和熱裂紋為焊接銅板的主要問題，可采取三個方法：第一，用丙酮清洗，去除油箱內壁的雜質；第二，調整焊接參數，保證氣體的逸出；第三，增加純凈的氬氣，防止氧和氮的進入。在對于銅和鐵的焊接時，焊接出現的裂紋主要是鐵過量的熔入熔池而造成。要適當調整焊槍角度和焊接參數，控制鐵熔入過量的問題，以達到防止焊道出現裂紋的目的。

（二）變壓器油箱配件的焊接

采用鋁合金材料的變壓器油箱配件的焊接工作是比較困難的。由于鋁的熔點低，通常選擇使用鎢極氬弧焊焊接方法來解決，但是在面對大型變壓器的部分配件例如：厚10mm以上的鋁合金板，采用這種方法效率低也不能焊透。在使用熔化極氣體保護焊焊接時，也遇到了不小的挑戰：一是焊道中滲碳、氧化膜等雜質的過多；二是焊接參數調整到最佳很困難。焊接打底時，用傳統方式打底不是未焊透就是燒穿。在反復試驗時，決定改變原來的焊接方法：母材開坡時所留的鈍邊去掉，間隙越小越好，將坡度改到90°，在較小的焊接參數的前提下快速焊接完成打底工作。最后蓋面焊時，為減少內部壓力，讓熔池更好的熔合，可將電弧電壓加大，這也避免了氣孔和裂紋的產生。各項指標都正常的情況下，在焊道的兩端加8mm×20mm×20mm的引弧板可使焊道的形成符合標準。鋁焊接成后，在室溫下用丙酮擦洗冷卻。在做焊接工作時，注意焊接的工藝方面：一是在焊接前，將焊道上的雜質清理，用不銹鋼鋼絲和鋁銼打磨鋁合金板表面的氧化膜，在丙酮擦洗后的24h內完成焊接工作；二是采用熔化極氣體保護焊焊接，焊接氣體是純度99.99%的氬氣并采用專用的鋁焊機（選用∮1.2mm的鋁硅焊絲）；三是焊接參數（見表1）。通過多次的試驗證明和工藝評定、專家的認證，熔化極氣體保護焊接方法提高了鋁焊接的效率，在實際的生產生活中提供了便利。

結語

總而言之，熔化極氣體保護焊的方法在實際應用中得到了有效的體現，它不僅能夠焊接普通的鋼板，而且也很好的焊接了有色金屬（銅鋁等）。所以，熔化極氣體保護焊應得到廣泛的推廣。

表1　焊接的部分參數

[1]張濤.熔化極氣體保護焊熔滴過渡控制策略研究與應用[D].中南大學，2010.

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