熔化極氣體保護焊修復導電橫臂

新鋼第一設備檢修廠 （江西新余 330028） 彭永生

新鋼第二煉鋼廠精煉爐導電橫臂在工作中，承受高度受迫振動，導致導電橫臂端部的電纜連接板與連接板及橫臂本體之間的角接頭焊縫產生嚴重疲勞裂紋，導電性能下降，并伴有火花產生，為此對其進行修復。如何保證修復質量，滿足技術要求，關鍵是制定合理的焊接工藝。

1.焊接性分析

導電橫臂是采用銅、鋼復合板焊成的箱型結構（見附圖），橫臂基層材料厚度為6mm碳鋼，覆層材料厚度為4mm的純銅板，電纜連接板厚度為30mm的純銅板，其作用是集電極支撐和向電極傳送大電流。導電橫臂在工作中產生強烈電磁振動，電纜連接板與連接板及橫臂本體之間的角接頭焊縫易產生疲勞裂紋，修復過程中保證其角焊縫質量顯得尤其重要。

導電橫臂

純銅焊接時，其焊接性較差，較難獲得優質的焊接接頭，主要有以下幾點：

第一，純銅的導熱性強，其熱導率比碳鋼大7～11倍。焊接時有大量的熱量被傳導損失，由于焊件母材獲得焊接熱輸入的不足，填充金屬和焊件母材之間，難以很好地熔合，所以容易出現未焊透和未熔合缺陷。另外，銅容易被氧化，焊接過程如果保護不好，銅的氧化物覆蓋在熔池表面，會阻礙填充金屬與母材熔液熔合。因此純銅焊接時，必須采用大功率，能量集中的強熱源進行焊接。焊前需采用預熱措施。

第二，焊接接頭的熱裂紋傾向大 純銅的線膨脹系數和收縮率較大，比鐵大1倍以上，焊接時的大功率熱源，會使焊接熱影響區加寬，冷卻凝固時變形量大，如果焊件剛度大，則焊件變形受阻，必然會產生較大的焊接應力，增大了焊接接頭的熱裂傾向。

另外，純銅能和焊縫熔池中的雜質生成多種低熔點共晶體，這些低熔點共晶體在結晶過程中，都分布在枝晶界或晶界處，使純銅焊接接頭具有明顯的熱裂傾向，在焊接應力的作用下形成熱裂紋。

2.焊接方法選擇

根據導電橫臂修復處純銅的厚度為4mm和30mm，焊接銅和銅合金需要大功率，高能束的熔焊熱源，熱效率越高，能量越集中越有利的原則，選用熔化極氬弧焊。該方法比手工鎢極氬弧焊和焊條電弧焊的熔化效率高、熔深大、焊速快，是焊接中厚板銅及銅合金較理想的焊接方法。

3.焊接材料及焊機選擇

焊絲的化學成分對焊接接頭的影響較大，焊接脫氧銅和純銅時要求焊絲中有一定質量分數的磷、錳、錫等脫氧元素。焊絲中殘存的磷有助于提高焊縫力學性能和減少氣孔，因此選用φ1.2mm，HS201焊絲。根據現場設備情況，采用SKR-500氣體保護焊機，用氬氣作為保護氣體，電源直流反接。

4.焊接工藝

（1）焊前準備 先用砂輪磨光機將裂紋清除干凈，并打磨成V形坡口，為避免焊縫出現氣孔，將坡口兩側50mm范圍內表面的油脂、水分及其他雜質，以及母材表面氧化膜清理干凈。

（2）預熱 由于純銅的導熱性很好，因此在焊接時，焊接區的熱量會迅速散失，易造成未熔合和未焊透，板材越厚，這一缺陷越嚴重。所以焊前對工件采用局部預熱和焊接過程跟蹤加熱的工藝措施。考慮到現場條件，采用操作簡便，加熱現場容易控制的氧乙炔焰加熱。為保證預熱溫度，用4把大號氧槍同時加熱。

（3）焊接 由于純銅具有熱導率高，液態流動性好的特性。焊接時，采用天車將導電橫臂翻轉吊放至平焊位置后方可施焊。

當純銅板預熱到650～700℃，火焰顏色呈亮紅色時，立即移開氧槍，在需焊接處灑上一層氣焊粉，保護熔池金屬不受空氣污染，并可改善熔池的潤濕性，增大焊縫組織的致密性。再采用多層多道焊。焊接電流控制在400A，電弧電壓為30V，氬氣流量為30L/h，層間溫度保持在650℃，跟蹤加熱的氧乙炔焰氧槍與焊接作業同時進行。

5.結語

修復后的導電橫臂自2012年8月使用至今，導電效果良好。此后利用此工藝又先后完成了3根同一類型的導電橫臂修復任務，使用正常。證明所采用的修復工藝可行，它可為今后同類型焊接作業提供借鑒。 （20130829）