摘 要:文章介紹了某核電廠的銅母線焊接特點(diǎn)、銅母線焊接質(zhì)量控制以及焊接管理中遇到的問題等,可為同類項(xiàng)目的焊接工作提供較為全面的參考。
關(guān)鍵詞:銅母線;焊接;質(zhì)量控制
1 工程概況
某核電項(xiàng)目常規(guī)島銅母線(共箱母線)焊接包括輔助變、高廠變至至#1常規(guī)島10kV配電柜8段、至輔助鍋爐房10kV配電柜4段、至核附屬廠房4段。銅母線采用手工TIG焊,主要焊接材料及工作量見表1。
2 銅母線焊接特點(diǎn)
銅母線具有很高的導(dǎo)電性,導(dǎo)熱性和良好的塑性,并具有較高的低溫強(qiáng)度和延伸率。但同時(shí)銅母線焊接具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)導(dǎo)熱系數(shù)大,熱散失快,熱輸入不足時(shí)可能發(fā)生未熔合或未焊透;(2)線膨脹系數(shù)大,導(dǎo)熱強(qiáng),焊接時(shí)熱影響區(qū)寬,焊件易變形,若焊件剛性很大,易產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力;(3)容易產(chǎn)生氫氣孔。
3 銅母線焊接質(zhì)量控制
3.1 總體原則
針對純銅熱導(dǎo)率高、散熱快,容易出現(xiàn)低熔點(diǎn)共晶體等特點(diǎn),采取針對性的應(yīng)對措施。
(1)由于銅熱導(dǎo)率很高使其在焊接時(shí)散熱很快,升溫困難,導(dǎo)致焊接時(shí)母材難以熔化且不易與焊縫金屬很好熔合。須采用預(yù)熱和加大焊接熱源功率等措施來保證焊縫質(zhì)量。(2)由于銅的熱導(dǎo)率高還使熱影響區(qū)變寬,從而使焊接變形更加嚴(yán)重。所以要采取相應(yīng)措施(如剛性夾具)以減小變形,但要注意防止因剛性過大而引起裂紋。(3)銅與很多雜質(zhì)或化合物都會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶體于晶界,造成熱脆性,甚至引起結(jié)晶裂紋。裂紋的存在會(huì)使母線的電阻增大,導(dǎo)電效率降低,發(fā)熱嚴(yán)重,使用壽命縮短。所以,必須加強(qiáng)對熔池的保護(hù),控制雜質(zhì)及合金的含量,同時(shí)在工藝上盡量減少接頭的拘束,或用預(yù)熱來減緩冷卻速度,降低焊接應(yīng)力。
3.2 焊接先決條件確認(rèn)
(1)施焊人員必須根據(jù)DL/T 754-2013《母線焊接技術(shù)規(guī)程》的要求取得相關(guān)的銅焊資質(zhì),并經(jīng)入廠考試合格后方可施焊。(2)焊接前必須經(jīng)過安全技術(shù)交底,并且配備專職安全監(jiān)護(hù)人員。(3)所使用的焊機(jī)、磨光機(jī)等電動(dòng)工器具以及各種計(jì)量器具必須具有效驗(yàn)合格證書,并且在有效期內(nèi)使用。
3.2.1 焊材選用
(1)焊絲的選擇:選用的焊絲應(yīng)使在正常焊接工藝下的焊縫在焊后的力學(xué)性能和理化性能與母材退火狀態(tài)下的性能相當(dāng)。焊絲應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9460-2008《銅及銅合金焊絲》中的規(guī)定及要求。經(jīng)試驗(yàn)選用S201純銅焊絲。(2)焊劑的選擇:針對較厚銅板的焊接難點(diǎn)和易出現(xiàn)的焊接缺陷,焊接過程中需要對熔池進(jìn)行保護(hù)。利用熔劑CJ301配備無水乙醇(酒精)調(diào)成糊狀均勻涂抹于焊縫及其邊緣具有很好的保護(hù)效果。
3.2.2 坡口制備
坡口的表面形狀、尺寸和清潔度應(yīng)符合圖紙、規(guī)范或工藝文件的要求。坡口采用機(jī)械冷加工方法進(jìn)行,坡口不應(yīng)有分層、折疊、裂紋、撕裂等缺陷。焊接前清理掉焊絲表面和銅板坡口兩側(cè)30mm 以內(nèi)的油脂、水分、氧化物及其他夾雜物。焊縫采用V型坡口,具體參數(shù)詳見圖1。
3.2.3 預(yù)熱
選擇使用傳統(tǒng)的電加熱的方法,即利用電加熱片進(jìn)行加熱,使用保溫棉保溫,并利用熱電偶測溫使用傳感器在集中控制室對預(yù)熱溫度進(jìn)行有效監(jiān)督與控制,可以保證銅焊接部位的預(yù)熱均勻,溫控穩(wěn)定,以克服使用火焰預(yù)熱時(shí)造成的一些問題。通過購買符合尺寸要求的加熱器,經(jīng)過多次試驗(yàn)證明電加熱方法可以用于銅排預(yù)熱。
3.3 焊接過程
(1)將焊縫坡口及其周圍涂抹上糊狀焊劑,保證其均勻、用量適中。(2)將加熱器通電升溫,溫度控制在450℃左右。(3)選用Φ3.0 S201純銅焊絲,采用TIG焊直流正接,電流控制在220~250A,以氬氣作為保護(hù)氣體,流量為15~20L/min。(4)施焊過程中要做好防風(fēng)、防火工作,并配備專職監(jiān)護(hù)人員。嚴(yán)格控制層間溫度,并以小擺幅、小線能量焊接。焊接中由于溫度高所產(chǎn)生的黑斑應(yīng)及時(shí)清理干凈,層間清理應(yīng)選用專用鋼絲刷。
4 現(xiàn)場中存在的問題
(1)最初,施工單位對銅母線焊前預(yù)熱采用氧乙炔火焰加熱,人為主觀影響因素較多,同時(shí)無良好的保溫措施,溫度散失較快,焊接前難以達(dá)到施工方案中要求的350-500℃。焊后某些焊口的收弧部位出現(xiàn)了表面裂紋,施工單位通過焊后緩冷,降低冷卻速度等措施,消除了上述缺陷的再次發(fā)生。后來經(jīng)過試驗(yàn)采用了電加熱片預(yù)熱的方式。(2)銅母線施工現(xiàn)場腳手架搭設(shè)密集,母線相鄰焊縫間距離較短,施工空間狹小、位置困難不利于焊接質(zhì)量控制。同時(shí)施工區(qū)域?yàn)槁短熳鳂I(yè),風(fēng)速較大,圍擋困難,并且夏季雷雨天氣較多,空氣潮濕,加劇了焊縫氣孔傾向。(3)共箱母線供貨時(shí)間延遲、供貨順序不對、廠家設(shè)計(jì)及制造問題均影響共箱母線安裝進(jìn)度,致使施工周期偏長。
5 結(jié)束語
共箱母線的焊接工作是電廠建設(shè)中一項(xiàng)主要內(nèi)容,材料的及時(shí)、準(zhǔn)確的供應(yīng)是保證焊接工作順利進(jìn)展的關(guān)鍵,還應(yīng)為焊接工藝評定提供充分的準(zhǔn)備時(shí)間和所需的材料。為保證焊工的焊接質(zhì)量,現(xiàn)場的施工條件必須滿足工藝試驗(yàn)確定的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]國家能源局.DL/T 754.母線焊接技術(shù)規(guī)程[S].2013.
作者簡介:李濤(1978,4-),男,陜西,工程師,現(xiàn)一直從事核電工程管理合作。