王丽辉

辽宁装备制造职业技术学院（沈阳 110161）

高压开关设备经常选择纯铜管、纯铜棒作为其导电部件（导体）的原材料，根据设计结构的需要，导体由纯铜管、棒焊接而成，多年来一直采用手工TIG焊接工艺；随着设备电流的增大，纯铜导体的管壁厚度由8mm增加到15mm，导体的坡口形式也由V型改为U型。生产中发现改型后的导体时有根部未焊透、表面热裂纹缺陷产生，同时生产效率也在下降。经过分析，对导体进行脉冲MIG焊接试验，并与手工TIG焊接的导体进行了比较，总结出脉冲MIG焊更适合U型坡口的厚壁纯铜导体的焊接，并制定出脉冲MIG焊接工艺，有效地解决了上述问题并提高了生产效率。

1 导体的TIG焊接工艺

1.1 坡口形式及尺寸

纯铜导体由φ80 mm×15 mm纯铜管（序号2）、φ80 mm纯铜棒（序号1）焊接而成，坡口为U型，其结构如图1所示。

1.2 焊前准备

⑴坡口清理

将酸洗后的铜管、铜棒坡口附近用丙酮擦拭干净。

⑵预热定位焊

定位铆装后，对焊缝两侧各35 mm范围内进行火焰加热，待加热处变为桔红色时立即用钢丝刷将氧化皮清理干净并定位焊接。

经试验，纯铜导体TIG焊接工艺参数如表1所示。由于纯铜散热快，为保证热输入，焊接电流逐渐增大。

图1 纯铜导体结构

表1 厚壁纯铜导体TIG焊接工艺规范

焊后经对 5件导体检查，超声检验显示 3件导体焊缝根部未焊透，其中1件伴有表面热裂纹。

1.3 问题分析

⑴手工 TIG焊接时，需由焊枪引弧加热并熔化母材和焊丝，因导体壁厚坡口深度大，焊接时焊枪喷嘴与焊丝相互干扰，造成 U型坡口焊缝的根部热输入不足，焊丝无法达到 U型坡口根部，导致出现根部未焊透。

⑵纯铜的导热性好, 20℃时其导热系数是钢的7倍, 1000℃时铜的导热系数是钢的11倍，焊接时热量快速从加热区传导出去,造成母材很难熔化,因此厚壁纯铜焊接更需要较大热输入，而过大的焊接电流又会造成钨极的严重烧损，甚至焊缝夹钨。

⑶由于TIG焊接的熔深所限，需焊接3层方能填满焊缝，反复多层焊接层间温度控制不良造成焊缝的热裂纹。

⑷高温焊接时间长，劳动强度大，焊接操作质量不易保证。

2 脉冲MIG焊接工艺分析

综上分析，决定对15 mm厚壁U型坡口的纯铜导体尝试改变焊接方法，首选方案为脉冲MIG焊，因MIG焊比TIG焊在焊接厚壁工件时具有优势。

2.1 MIG焊接工艺

⑴焊接材料

焊丝：φ1.6 mm HS201。

保护气：纯度为99.99%的氩气。

⑵焊接设备

松下AG2-500MIG焊机

⑶焊前准备

坡口清理、定位铆装及预热范围与TIG焊接相同，预热处加热至深红色时立即用钢丝刷将氧化皮清理干净。

⑷焊接

将预热清理干净的导体立即进行焊接，经多次试验，工艺参数确定为表2所示。因导体焊缝要求余高不大于1 mm，焊接操作时将枪置于“1”点的位置，略偏向“12”点，工件顺时针转，焊枪行走角度即枪行走方向与工件间夹角为 70°～80°时，焊接效果最佳。角度过小时，焊缝表面由于气体保护不到位，会出现明显气孔。第一层焊接时焊枪行进同时需小幅横向摆动，以保证坡口根部及边缘均能焊透。

表2 MIG焊接工艺参数

2.2 焊后质量检验

焊后经外观检验，焊缝宽度基本均匀，无咬边、气孔、裂纹等缺陷，个别部位焊缝余高超高，打磨处理后合格；经超声波检测试验件焊缝内部无裂纹、夹杂及未焊透等缺陷，符合导体焊接质量要求。

3 结 论

⑴试验表明，脉冲MIG焊更适合厚壁U型坡口纯铜导体的焊接，可有效地避免手工 TIG焊时容易出现的表面热裂纹、根部未焊透等焊接缺陷。

⑵厚壁纯铜导体采用脉冲MIG焊接可以降低预热温度；同时由于脉冲MIG焊接熔深大，焊速快，焊接同样厚度时可以减少焊接层数，生产效率较比TIG焊接提高30% 。

⑶本试验结果对类似的厚大纯铜工件焊接具有一定的借鉴意义，目前此工艺已用于产品生产并取得较好效果。

[1]周振丰.焊接冶金学.北京:机械工业出版社,1993.

[2]郭胜强,欧金斋,杨永青等.大截面纯铜母线的细丝脉冲MIG焊工艺.金属加工,2008.22:50-51.