脈沖MIG焊接在純銅導體中的應用

王麗輝

遼寧裝備制造職業技術學院（沈陽 110161）

高壓開關設備經常選擇純銅管、純銅棒作為其導電部件（導體）的原材料，根據設計結構的需要，導體由純銅管、棒焊接而成，多年來一直采用手工TIG焊接工藝；隨著設備電流的增大，純銅導體的管壁厚度由8mm增加到15mm，導體的坡口形式也由V型改為U型。生產中發現改型后的導體時有根部未焊透、表面熱裂紋缺陷產生，同時生產效率也在下降。經過分析，對導體進行脈沖MIG焊接試驗，并與手工TIG焊接的導體進行了比較，總結出脈沖MIG焊更適合U型坡口的厚壁純銅導體的焊接，并制定出脈沖MIG焊接工藝，有效地解決了上述問題并提高了生產效率。

1 導體的TIG焊接工藝

1.1 坡口形式及尺寸

純銅導體由φ80 mm×15 mm純銅管（序號2）、φ80 mm純銅棒（序號1）焊接而成，坡口為U型，其結構如圖1所示。

1.2 焊前準備

⑴坡口清理

將酸洗后的銅管、銅棒坡口附近用丙酮擦拭干凈。

⑵預熱定位焊

定位鉚裝后，對焊縫兩側各35 mm范圍內進行火焰加熱，待加熱處變為桔紅色時立即用鋼絲刷將氧化皮清理干凈并定位焊接。

經試驗，純銅導體TIG焊接工藝參數如表1所示。由于純銅散熱快，為保證熱輸入，焊接電流逐漸增大。

圖1 純銅導體結構

表1 厚壁純銅導體TIG焊接工藝規范

焊后經對 5件導體檢查，超聲檢驗顯示 3件導體焊縫根部未焊透，其中1件伴有表面熱裂紋。

1.3 問題分析

⑴手工 TIG焊接時，需由焊槍引弧加熱并熔化母材和焊絲，因導體壁厚坡口深度大，焊接時焊槍噴嘴與焊絲相互干擾，造成 U型坡口焊縫的根部熱輸入不足，焊絲無法達到 U型坡口根部，導致出現根部未焊透。

⑵純銅的導熱性好, 20℃時其導熱系數是鋼的7倍, 1000℃時銅的導熱系數是鋼的11倍，焊接時熱量快速從加熱區傳導出去,造成母材很難熔化,因此厚壁純銅焊接更需要較大熱輸入，而過大的焊接電流又會造成鎢極的嚴重燒損，甚至焊縫夾鎢。

⑶由于TIG焊接的熔深所限，需焊接3層方能填滿焊縫，反復多層焊接層間溫度控制不良造成焊縫的熱裂紋。

⑷高溫焊接時間長，勞動強度大，焊接操作質量不易保證。

2 脈沖MIG焊接工藝分析

綜上分析，決定對15 mm厚壁U型坡口的純銅導體嘗試改變焊接方法，首選方案為脈沖MIG焊，因MIG焊比TIG焊在焊接厚壁工件時具有優勢。

2.1 MIG焊接工藝

⑴焊接材料

焊絲：φ1.6 mm HS201。

保護氣：純度為99.99%的氬氣。

⑵焊接設備

松下AG2-500MIG焊機

⑶焊前準備

坡口清理、定位鉚裝及預熱范圍與TIG焊接相同，預熱處加熱至深紅色時立即用鋼絲刷將氧化皮清理干凈。

⑷焊接

將預熱清理干凈的導體立即進行焊接，經多次試驗，工藝參數確定為表2所示。因導體焊縫要求余高不大于1 mm，焊接操作時將槍置于“1”點的位置，略偏向“12”點，工件順時針轉，焊槍行走角度即槍行走方向與工件間夾角為 70°～80°時，焊接效果最佳。角度過小時，焊縫表面由于氣體保護不到位，會出現明顯氣孔。第一層焊接時焊槍行進同時需小幅橫向擺動，以保證坡口根部及邊緣均能焊透。

表2 MIG焊接工藝參數

2.2 焊后質量檢驗

焊后經外觀檢驗，焊縫寬度基本均勻，無咬邊、氣孔、裂紋等缺陷，個別部位焊縫余高超高，打磨處理后合格；經超聲波檢測試驗件焊縫內部無裂紋、夾雜及未焊透等缺陷，符合導體焊接質量要求。

3 結 論

⑴試驗表明，脈沖MIG焊更適合厚壁U型坡口純銅導體的焊接，可有效地避免手工 TIG焊時容易出現的表面熱裂紋、根部未焊透等焊接缺陷。

⑵厚壁純銅導體采用脈沖MIG焊接可以降低預熱溫度；同時由于脈沖MIG焊接熔深大，焊速快，焊接同樣厚度時可以減少焊接層數，生產效率較比TIG焊接提高30% 。

⑶本試驗結果對類似的厚大純銅工件焊接具有一定的借鑒意義，目前此工藝已用于產品生產并取得較好效果。

[1]周振豐.焊接冶金學.北京:機械工業出版社,1993.

[2]郭勝強,歐金齋,楊永青等.大截面純銅母線的細絲脈沖MIG焊工藝.金屬加工,2008.22:50-51.