紫铜管的钨极氩弧焊

王洪

摘 要：本文简要分析了紫铜管的焊接性及缺陷，着重指出了紫铜管钨极氩弧焊的焊接工艺、操作要点与注意事项及效果。

关键词：紫铜管;简易钨极氩弧焊;焊接工艺;效果

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.029

0 前言

紫铜因纯度较高，具有极好的导电性、导热性、良好的常温和低温塑性，以及对大气、海水和某些化学药品的耐腐蚀性，因而在工业中被广泛用于制造电工元件、电线电缆;以及在化工、锅炉等方面的应用。在某氮肥厂空分车间的空气分馏塔的检修过程中，有部分紫铜高压管的焊接，材质为T3，规格有?30×5㎜和?50×7㎜两种，其管内工作介质为高压氧气，工作压力为9MPa，试验压力28 MPa ，焊缝100%X射线探傷，Ⅱ级合格。由于紫铜管的管壁较厚，采用传统的气焊将不易焊透，又因工期紧张，现场没有专用的高频钨极氩弧焊机，因此决定使用现有的简易手工钨极氩弧焊。

1 紫铜的焊接性分析

（1）焊缝难熔合、成形能力差。由于铜的导热系数比普通碳钢大得多，焊接时热量散失快，使得母材和填充金属难以熔合，厚度越大越严重。且铜的表面张力比铁小，流动性比钢大，表面成形能力差，因此焊前必须预热，采用大功率的热源，单面对接焊时要在背面加垫板等成型装置。由于铜管直径较小，无法在管内加垫板，这给我们的焊接带来了一定的难度。

（2）焊缝热裂纹倾向大。氧是铜中经常存在的杂质，铜在熔化状态时容易氧化而生成氧化亚铜Cu2O，Cu2O与Cu可生成低熔点共晶物。另外，Pb、Bi、S也是铜中经常存在的杂质，当含量较多时也容易形成低熔点共晶物。同时，由于铜的线膨胀系数和收缩率较大，而且导热性好，热影响区较宽，使得焊接应力较大，因此，在焊缝中容易产生热裂纹。所以，应严格控制杂质含量。

（3）气孔倾向严重。紫铜焊缝金属中的气孔主要是由氢气引起的。由于铜的导热性能好，焊缝结晶凝固速度很快，氢来不及析出，而使熔池被氢所饱和而形成气泡，当气泡上浮速度低于结晶速度时就形成气孔。另一方面，铜氧化后生成的Cu2O在熔池中与氢或CO反应，生成的水蒸气或CO2析不出来，在焊缝中形成反应气孔。为防止气孔应控制焊接时氢的来源，并采用预热措施，使气体易于析出。

2 焊接工艺

（1）焊前准备。 由于受设备限制，施工现场没有专用的钨极氩弧焊机，决定采用ZXG—400型直流弧焊机，350A型简易氩弧焊枪，焊枪的电缆线和气源胶管要分离，避免过热而烧坏气源胶管。焊前用不锈钢丝轮去除坡口及两侧的氧化膜，再用丙酮清洗焊丝和工件坡口两侧30㎜范围内的表面油脂、水份及其它杂质，直至露出金属光泽为止，清理干净后工件和焊丝要避免再次污染。

（2）焊接材料。为了避免焊缝产生热裂纹和气孔，采用HS201焊丝，氩气的纯度要求99.99%。

（3）坡口加工型式及尺寸。为了获得优质的焊接接头，坡口采用机械加工或角向磨光机加工，坡口型式如图1所示。

（4）焊接工艺参数。如下表所示：

3 焊接要点及注意事项

（1）焊前用丙酮清洗母材和焊丝后，再用氧—乙炔气火焰加热母材坡口两侧至略呈暗红色（约400～450℃）时，暂停加温，开始施焊，采用二点定位焊，长度约5～10㎜。定位焊前要避免管内壁错口，对壁厚不同的焊件要修磨后再施焊，焊缝不留间隙，定位焊和正式焊接的焊接工艺一致。

（2）打底层焊接时，要仔细观察熔池的熔化状况。当钝边开始熔化时，焊丝呈滴状加入到熔池中去，确保焊丝在氩气的保护区内，并根据钝边熔化状况确定焊接速度，焊缝反接头及封口时要填满弧坑，防止产生弧坑裂纹。

（3）由于铜导热性能好，熔池流动性好，散热快，如加热温度过低，易产生末熔合和未焊透现象;加热过高，熔池易泻流，焊缝背面易产生焊瘤及超高等缺陷。因此，当施焊过程中发现母材温度过低，钝边不易熔化时，须暂停施焊，继续用氧—乙炔气火焰加热，达到所需温度时才继续施焊，焊接时动作一定要迅速。

（4）为获得良好的焊缝成型，采用二层焊接。第一层焊接完毕，用不锈钢丝刷子仔细清理表面残渣，继续加温至所需温度，再焊接第二层，直至焊缝全部焊完。

（5）焊件尽可能采用转动焊，对于水平固定位置仰焊部位的焊接，应加大焊枪的角度，使电弧对液体金属产生向上的托力，焊接电流可相对其它大一点，焊丝填充要迅速，这样可防止仰焊部位背面焊缝内凹。

（6）防止焊缝产生夹钨，引弧时要采用间接引弧法，不能直接碰钨引弧，电弧长度保持在3～4mm左右。在室外施工风力较大时，要采取挡风保护措施。

4 结束语

采用上述工艺焊接的焊缝，经过X射线100%探伤，焊缝一次性合格率98%以上，通过压力试验，完全符合图纸设计及工艺要求，为企业节约了成本二万多元，并为提前投产创造了条件。

参考文献：

[1]《焊接手册》第2册之《材料的焊接》[M].机械工业出版社，1992（12）.

[2]天津大学.工程焊接冶金学[M].机械工业出版社，1993（10）.