變壓器油箱銅板屏蔽埋弧焊工藝圖解

變壓器油箱銅板屏蔽的結構形式如圖1所示，變壓器油箱箱壁內部鋪焊銅板屏蔽，銅板周邊與箱壁為搭接焊。通常銅板屏蔽為4mm~6mm的紫銅板（T2），箱壁為8mm~12mm的碳素鋼鋼板（Q235-Q345）。
圖1 油箱銅板屏蔽的結構型式

銅板焊接時常產生的問題由於銅和大多數銅合金的熱導率比普通碳鋼大7倍～11倍，熔焊時大量的熱從母材上散失，焊接區難以達到熔化溫度，造成難熔合。又因銅的 線脹係數及收縮率比普通碳鋼大，因此焊接時在無拘束條件下易變形。由於銅及銅合金中合金元素及有害雜質的作用，焊接時易形成低熔共晶體和脆性化合物，易產 生偏析，使接頭產生熱裂紋。銅與鋼焊接時易出現氣孔，其主要原因是過量的氫存在。在焊接過程中熱作用之下，晶粒嚴重長大，雜質和合金元素的摻入，有用合金 元素的氧化，各種脆性的低熔共晶體出現於晶界或產生脆性相，使接頭的塑性、韌性等顯著下降。
銅板焊接方法的選擇采用自動埋弧焊，與手工焊條焊、氣體保護焊等常規焊接方法相比較具有如下優勢。
（1）生產效率高。埋弧自動焊的生產率可比手工焊提高5倍～10倍，並能連續送進而無需更換焊條。電弧熱量大，焊絲熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多。板厚30mm以下的自動焊可不開坡口，而且焊接變形小。
（2）焊劑層對焊縫金屬的保護好，且焊機始終工作在固定好的小車上，較手工焊穩定許多，所以焊縫質量好。
（3）節約鋼材和電能。鋼板厚度一般在30mm以下時，埋弧自動焊可不開坡口，這就大大節省了鋼材，而且由於電弧被焊劑保護著，使電弧的熱得到充分利用，從而節省了電能。
（4）改善了勞動條件。除減少勞動量之外，由於埋弧自動焊時看不到弧光，焊接過程中無氬氣，這對保護焊工眼睛和身體健康是很有益的。
紫銅板與低碳鋼的焊接，采用埋弧焊的方法目前國內並不常見，其應用情況及出現的問題很少有報導。變壓器油箱上焊接大麵積的銅板屏蔽，導熱快，如果采取普通的焊接方法，不增加局部預熱等措施，焊接線能量很難滿足焊接質量的要求，綜上，埋弧焊的方法可作為銅板屏蔽焊接的首選。
焊接材料的選擇
傳統的銅板焊接基本都采用與母材相同材質的焊絲，即銅焊絲，但銅焊絲與鋼焊絲廂壁成本較高，目前市麵上銅焊絲＞1000元/盤，而鋼焊絲在100元/盤左 右，如果使用鋼焊絲，采用同樣的焊接線能量焊每米可以節約焊絲大約十倍的成本。另外，鋼焊絲與銅焊絲相比具有很好的韌性和強度、抗裂性好的特點。鋼焊絲與 銅焊絲相比熔點低，在配以同一電源的情況下，焊接工藝性好，焊線成型好。
焊接試件工藝方案
根據銅板屏蔽的結構型式，擬定埋弧焊鋼焊絲、焊劑匹配工藝方案，並賦予工藝參數製作焊接試件。
表1 焊接試件工藝方案

根據銅板屏蔽與油箱箱壁焊接結構，采用4mm厚的銅板與鋼板進行搭接焊接。采用了如下的焊接工藝。由於鋼—銅本身物理性能上的差異，在焊縫位置容易出現裂紋，所以所采用的焊接方式是將焊縫設置在銅板上，通過將銅板直接焊透，使其與鋼板融合到一起。搭接結構與焊縫位置示意圖見圖2。
圖2 銅板與鋼板搭接形式示意圖

這種焊接方式的焊縫沒有裂紋；同時，截斷焊縫後發現，銅板已被焊透，並與鋼板融合在一起。這是由於銅板直接焊透而焊接到鋼板上，其中不涉及鋼板與銅板對接 所存在的物理性能差異問題，這種方法隻有銅板與鋼板的結合處產生縱向的合力，其主要應力不會對焊縫產生破壞，所以不會產生裂紋。優化後的H08MnA焊絲 配合焊劑SJ101銅與銅對焊焊接工藝參數，見表2。
表2 H08MnA焊絲配合焊劑SJ101銅與銅對焊焊接工藝參數

由此可見，本文中筆者采用的這種搭接焊接方式，既可以保焊縫質量，又能保證焊透；同時，這種搭接焊接方法適於銅與鋼板的搭接焊接，且焊接效果較好。滲透探傷檢測結果為焊縫不滲漏。
H08MnA焊絲配合焊劑SJ101對6mm銅板與箱壁的焊接根據產品結構需要，同樣也對6mm的銅板與鋼板之間進行搭接焊接（圖3）。采用了4mm厚的焊接接頭方式。結果多次試驗，得到了優化後的H08MnA焊絲配合焊劑SJ101銅與銅對焊焊接工藝參數，所采用的焊接參數見表3。
圖3 H08MnA 配合SJ101 焊接焊縫
(a) 焊縫起點處

(b) 正常焊縫處

表3 H08MnA焊絲配合焊劑SJ101對6mm銅進行搭接焊焊接工藝參數

同樣結果，這種焊接獲得的焊縫形態和表麵質量較好，無裂紋，同時，焊縫截斷後可以觀察到銅板與鋼板實現了很好的熔合，無缺陷，見圖4。此焊接工藝即可以保證焊縫表麵的成型美觀，又能減少在實際生產中的焊後打磨工作量，同時也能夠保證焊縫的抗拉強度。滲透探傷檢測結果為焊縫不滲漏。
圖4 H08MnA焊絲配合焊劑SJ101對6mm銅板焊接並搭接在鋼板上

傳統的油箱內部銅板屏蔽與油箱內壁焊接方法焊線成型不好，有時出現焊線不完整，焊線不連續，焊線寬窄不均、高低不一致、咬邊現象，外觀凸凹不平，修複需要再次填補焊接，焊後打磨量大，采用埋弧自動焊方法，焊縫寬窄一致，焊線飽滿，焊縫與母材過渡光滑圓潤，一次成型，不需修複打磨。
埋弧自動焊方法與傳統的手工氣體保護焊相比，不僅采用了較大的焊接電流，焊接熔深大，熔敷效率高，可大幅度提高焊接速度，而且，自動送進焊絲，自動送進焊劑，實現自動化焊接。從而提高油箱的焊接生產效率，可提高焊接速度3倍以上。
采用埋弧自動焊接方法取代傳統的手工氣保焊方法焊接油箱銅板屏蔽並采用鋼焊絲代替銅焊絲，焊接成本低，焊接效率高，焊線質量好，在滿足設計損耗的前提下，可以應用於變壓器油箱銅板屏蔽的焊接。並且由於埋弧自動焊通常是軌道式焊接小車自動焊接，對銅板屏蔽的長直焊縫更加方便快捷。