1、封閉鋁母線氬弧焊工法中國水利水電第八工程局（主要完成人：李建軍 肖可畏 曾輝）1 前言由于鋁元素的化學性質較為活潑，還原性較強，容易被氧化，所以在這類材料的焊接施工當中通常都采用惰性氣體保護焊。目前，工業上通常采用的惰性氣體有氬氣和氦氣，在這兩種惰性氣體之中，氬氣的價格較為便宜，使用也更加廣泛，因而對于封閉鋁母線的焊接，一般均采用氬弧焊進行焊接。隨著焊接設備、焊接應用水平、焊接操作水平的提高，封閉母線的焊接經歷了TIG焊、MIG焊到熔化極脈沖氬弧焊的演變過程，實踐證明，熔化極脈沖氬弧焊具有易操作、質量好、效率高、飛濺小等優點，因而越來越廣泛地應用到封閉母線的焊接施工中。2 工法特點TIG焊、M

2、IG焊、脈沖MIG焊都屬于氬弧焊的范疇，其中TIG焊的實際應用最早，設備亦最簡單，效率最低，而MIG焊、脈沖MIG焊均屬于半自動焊，設備較為復雜，尤其是脈沖弧焊電源，設備更加復雜，價格也較昂貴，但是與TIG焊、普通的氣體保護焊電源相比，其優勢十分明顯，具體表現在以下方面：1） 更加適合于全位置焊接；2） 由于采用了脈沖電源，容易實現噴射過渡，飛濺極小，而采用短路過渡時飛濺較大，電弧燃燒不穩定；3） 熔池溫度低，體積小，容易控制熔池的體積與溫度，焊縫成型美觀，焊接質量好；4） 操作更加容易掌握，尤其是在焊接仰焊位置時，其優勢十分明顯；5） 與TIG焊相比，由于采用焊絲作電極，焊接電流大大增加，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，焊接鋁及其合金時有良好的陰極霧化作用；7） 電弧加熱集中，熱影響區小，焊接應力與變形較小。3 適用范圍1）適用于電力行業整理、安裝和檢修35kV及以下發電設備、500kV及以下送、配電設備各類（矩形、槽形、管形等）鋁母線焊接。2）適用于純鋁、鋁鎂合金、鋁錳合金等材料制成的母線焊接工作。3）其它鋁合金材料制成的母線可參照執行。4 工藝原理熔化極脈沖氬弧焊是采用焊絲作為電極及填充金屬，利用焊絲和工件之間的電弧熱，將工件和焊絲加熱至熔化狀態，使焊件達到原子間結合，并且用氬氣作為電弧介質和保護氣體，來保護電弧和焊接區，并采用脈沖弧焊電源

4、作為焊接電源的一種電弧焊方法。熔化極脈沖氬弧焊的電流由兩部分組成：維弧電流和脈沖電流。只要脈沖峰值電流大于臨界電流，即能實現噴射過渡，而其平均電流大大低于臨界電流，因而焊接熱輸入量低，對工件加熱程度小，焊接變形小。5 工藝流程及操作要點5.1 工藝流程封閉母線焊接施工流程為：坡口清理焊前加固預熱焊接檢驗返修（如有）質量評定。5.2 操作要點5.2.1在鋁母線拼裝就位后，首先進行坡口清理：對于氧化膜可用角磨機裝上拋光球進行清除，而如果坡口面及其兩側有油污，則可用酒精或丙酮進行擦拭，可較好地清除焊接區域的氧化膜和油垢，為焊接質量打下良好的基礎。清理后的焊件應立即進行焊接工作，其間隔時間不應超過24

5、小時。5.2.3按照焊接工藝評定確定的預熱溫度對母材進行預熱和烘干焊材，以減少氫的來源。5.2.4按照焊接工藝評定和規范參數進行焊接。焊接時先焊導體，導體焊接完畢且外觀檢查和無損檢測符合安裝說明書和有關國家標準要求后再進行外殼焊接，最后進行短路板焊接。1 采用脈沖MIG 焊接，直流反接，電弧陰極霧化作用好，清理氧化膜十分有效。2 選用與母材化學成分相同相似的焊絲。3 采用高純度氬氣（Ar99.99%，嚴格控制雜質水含量）保護。4 選用大號噴嘴、層流氣態保護。5 根據焊接位置和板厚選擇適當的規范參數：焊接電流、電弧電壓、焊絲干伸長、氣體流量等。根據焊接條件選定相應板厚的焊接電流，然后根據下列公式

6、計算焊接電壓：當焊接電流300A時：焊接電壓=（0.04倍焊接電流+202）伏。6 熔化極脈沖氬弧焊的工作過程按焊槍開關提前送氣慢送絲引弧成功后正常送絲（根據收弧工作方式焊接）停止焊接瞬間，焊機繼續工作0.10.2秒將焊絲進行回燒，焊機輸出低電壓（1214V）消融球以利再次引弧滯后停氣。7 由于鋁及其合金硬度低，剛性小，容易出現焊絲打折現象，應特別注意導電咀堵塞。8 由于鋁及其合金熔點低，熔深大，應注意控制熔池溫度，尤其焊接薄板時應預防燒穿。5.2.4焊接完成后按照圖紙和設計要求進行焊縫檢驗和質量評定。6 材料與設備6.1焊接材料1） 保護氣體：高純氬，純度 99.99%（其他雜質不得超過GB

7、4842-1995的規定）。2） 焊接前必須確認所焊鋁材的牌號，了解其化學成分、物理和力學性能，以便正確的選定焊接材料和制定合理的焊接工藝。3） 鋁材必須符合國家標準（或行業標準、技術條件），引進國外的鋁材必須符合引進國國家標準或合同規定的技術條件）6.2機具設備名稱型號/規格單位數量溫控柜LWKB，180KW臺1加熱片110V/5KW片10遠紅外線測溫儀個1射吸式焊炬把2逆變焊機ZX7-400S臺2脈沖弧焊電源YM350（500）AG臺4干燥箱J2FN101-4A臺1射線探傷儀XXQ-3005臺1超聲波探傷儀EPOCH MODEL 2300臺1角磨機臺2砂輪片180箱1鋼絲刷把10活動扳手1

8、0把47 質量控制本工法焊接質量控制標準按GB/T8349-2000金屬封閉母線執行。7.1 焊縫外觀檢查7.1.1焊縫表面應光潔，呈細致的魚鱗狀，寬度、厚度均勻一致。7.1.2導體及外殼焊縫截面應不小于被焊截面的1.25倍，焊縫電阻應不大于同斷面的導體電阻。7.1.3焊縫不允許有裂紋，燒穿，咬邊，弧坑，焊瘤，未熔合，氣孔等表面缺陷。未焊透長度不得超過焊縫長度的10%，深度不超過被焊金屬厚度的5%。7.2 焊縫內部質量檢查焊縫應經X射線或超聲波探傷檢驗合格。導體及伸縮節抽樣探傷長度不少于焊縫長度的25%，外殼不少于焊縫長度的10%。7.3 接頭強度要求厚度焊縫的平均抗拉強度應不低于母線的平均抗

9、拉強度；焊縫強度能夠承受重量、正確的安裝、正常的搬動、及外殼熱膨脹所產生的應力。7.4 焊接變形控制要求按照安裝尺寸控制要求控制。7.5 焊縫返修7.5.1對于外觀缺陷，一般可采取打磨方式修整；對于出現縮小導電面積情況時應予以補焊；7.5.2對于裂紋或內部缺陷，應采取挖補方式返修，同一位置上的挖補次數一般不超過3次。7.6 焊接質量控制要點7.6.1鋁母線正式焊接前，應首先進行焊接工藝試驗，確認焊接接頭性能符合相應技術條件后，方可組織焊工培訓和技術考核。7.6.2施焊前必須按照DL/T 754-2001附錄A的規定，對從事鋁母線焊接的焊工進行考核，取得相應的資質證書后，方可參加正式焊接工作。7

10、.6.3嚴禁在焊件非焊接區域引燃電弧、試驗電流；7.6.4嚴格控制氫的來源，母材、焊材應按要求烘干，保護氣體中的水分含量不得超過標準要求。8 安全措施8.0.1焊接鋁金屬及其合金時，焊接氣氛和強弧光對人體有一定的危害，必須對焊工加強安全教育和勞動保護。8.0.2從事鋁母線焊接工作的人員必須遵守安全、環保、防火等規程和有關規定。8.0.3 焊接母線時，焊工必須佩戴防毒面具，處在焊工下風位置的施工人員同樣佩戴防毒面具。8.0.4 易燃品如酒精、丙酮等由專人保管，使用完畢隨即回收。8.0.5 2m以上的高空施工，必須系好安全帶，并將安全帶固定在符合規定的位置。在腳手架四周及底邊懸掛安全網。8.0.6

11、 對施工用電設備采取防雷接地、漏電保護等安全措施。在施工場所布置足夠數量的消防器具。9 環保措施按照環境保護法和原國家電力公司2000162號文國家電力公司水電建設工程安全文明生產管理規定、國電電源200249號文電力建設安全健康與環境管理工作規定文件規定及發包人有關環境保護的具體要求。根據具體的施工計劃制定出與工程同步的防止施工環境污染的措施，妥善解決由于施工或生活活動而產生的環境問題，承擔應負的責任。10 效益分析10.0.1 由于熔化極脈沖氬弧焊采用了脈沖電源，容易實現噴射過渡，與普通的氣體保護焊電源相比，操作簡單，降低了對操整理的技能水平要求，并降低了勞動強度。10.0.2 焊縫成形美

12、觀，飛濺小，尤其在焊接仰焊縫時，其優勢十分明顯，更加適合于全位置焊接。10.0.3 焊接效率高，比普通的MIG焊提高2030%。10.0.4 可提高焊縫質量，減少焊縫返修，減少生產成本，提高經濟效益。11 應用實例熔化極脈沖氬弧焊已經在國內外多座水電站的封閉母線焊接中成功應用，如湖南五強溪水電站、貴州三板溪水電站、巴基斯坦巴羅塔水電站、湖北三峽水電站、重慶彭水水電站等。實踐證明：采用該技術加快了焊接施工進度，提高了焊接質量，節約了大量的能源和材料，產生了明顯的經濟效益和社會效益。應用實例見下表：工程名稱五強溪水電站巴羅塔水電站三板溪水電站三峽水電站彭水水電站機組數量5240MW5300MW4250MW6700MW5350MW接頭部位導體、外殼導體、外殼導體、外殼導