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摘要：通过对紫铜的焊接特性及焊接方法分析，进过多组焊接试验、检验，总结形成厚壁紫铜管焊接工艺，并对焊接工艺操作要点，质量控制进行描述。
关键词：厚壁紫铜管、焊接工艺、焊接控制
中图分类号：P755.1文献标识码： A
1、前言
黄磷炉铜短网由Φ60×16厚壁紫铜管弯制焊接而成，在黄磷冶炼过程中的作用是将变压器降压后大电流传输给电极，在运行过程中，传导电流会让铜管发热，需对铜管通高压冷却水，在这个发热和冷却的过程中，铜管会产生应力。因此，要能保证正常的生产工作需要，则必须保证铜管焊接接头质量，否则在大电流通过和有应力的情况下，必然会产生不好的效果，如接头断裂、漏水等。但是紫铜由于其自身的一些物理特性，导致它的焊接性较差，不易形成优良的焊接接头，要想获得能达到生产需求的焊接接头，则需采用一些先进的焊接工艺来进行焊接。
2、焊接原理分析
2.1 紫铜的焊接性特点：
2.1.1它的热导率大，20℃时比铁大7倍，1000℃时大11倍多，焊接时有大量的热量被传导散失，使得填充金属和母材难以熔合，容易发生未熔合和未焊透。
2.1.2 它的线胀系数大（比铁大15%），同时其收缩率也大（比铁大1倍多），在焊接时，熔池由液态变为固态的时候，因层间温度差较大而产生焊接裂缝，同时焊接区域变形较大。
2.1.3 紫铜的吸气性强，在液态铜中，氢的熔解度大，凝固后熔解度又降低，焊接时焊缝冷却过快，氢来不及从熔池中逸出，而产生气孔。
2.1.4 紫铜易氧化，其氧化物及杂质与铜生成低熔点共晶体，分部于晶粒边界，易产生热裂。
2.1.5 紫铜在熔焊过程中，晶粒会严重长大，使接头塑性和韧性显著下降。
2.2 焊接方法分许：
2.2.1 采用大功率热源和焊前预热，焊后热处理等措施，使焊接时，层间温度能保持在一定范围内，有效的改善了铜的热导系数大，传热快，易产生未熔合未焊透的情况。
2.2.2 因为氩气即不熔于水也不与金属发生反应，对熔池进行有效保护，使熔池变化稳定，不易产生气孔、飞溅少、金属元素烧损小。
2.2.3 采用钨极氩孤焊热源集中，热影响区窄，能有效控制焊接变形，加上预热的手段，可防止焊接裂纹产生。
2.2.4 焊后热处理可细化接头的晶粒，提高接头塑性和韧性。
2.2.5 手工钨极氩弧焊是明弧焊，便于观察熔池的情况由于热量集中，也便于控制熔池的尺寸和形态，从而易得优质的焊接接头和美观的外部成形。
2.3 焊材的选择
钨极氩弧焊在焊接厚壁紫铜管时，需对V型坡口添加必要的金属，其主要作用是填满坡口，并调整焊缝成分，改善焊接性能，选择焊丝时，按照“等成分匹配”原则选择，因此正确地选择填充金属，是紫铜氩弧焊获得优质焊缝的必要条件。为了保证焊接接头的力学性能及致密性，通常选用含脱氧元素（锰、硅、磷、钛等）的焊丝。手工钨极氩弧焊焊接时，采用的焊丝有HS201焊丝、SH202焊丝和T2紫铜焊丝。HS201、HS202焊丝通常用于脱氧或电解韧铜的焊接，但与氢反应和氧化铜偏析时，会降低焊接接头的性能，用于焊接质量要求不高的母材。T2紫铜焊丝，化学成分与母材相同，符合焊丝选择原则，焊接性能良好，故选T2紫铜焊丝，同时在焊丝上涂上焊剂。
4、焊接工艺流程
工艺流程图
5.2 操作要点：
5.2.1结合紫铜焊接特性和各种焊接方法的特点，查询相关资料初步确定焊接方法。
5.2.2根据选定的焊接方法，选择焊接设备并调试，按初步拟定的焊接工艺制备焊接试件，同时准备焊接保护屏和加热设备及温度检测控制设备。
5.2.3根据拟定的焊接工艺对试件进行焊接，经过对多组试件的焊接试验、检验，并对试件进行焊接工艺评定最终选定焊接方法，编制焊接工艺并按焊接工艺在工程中实施。
5.2.4 焊前准备，焊前准备包括以下几个程序：1、坡口加工和打磨符合技术要求；2、采用丙酮或酒精对坡口进行清理并符合技术要求；3、焊丝上按技术要求涂焊剂；4、焊机调试；5、防护屏准备；6、水路系统准备；7、加热系统准备。
5.2.5 管口组对、固定：1、管口组对错边量、间隙符合工艺要求；2、定位焊固定，要求在三个点定位，用一个时点来表示管口位置的话，则定位焊点在4点、8点、12点三点位置，如图5.2.5—1所示。
图5.2.5—1 管口组对示意图
5.2.6 焊前预热：用氧乙炔气加热，加热温度600℃—700℃之间，加热范围为接头两侧各50mm以上，并用红外线测温仪控制。
5.2.7 焊接过程：
1）打底层，采用Φ3.0T2焊丝焊接。整个管口接头分两个半圆来焊接，即从6点位置顺时针、逆时针两个方向焊到12点位置。如图5.2.7-1所示。
图5.2.7-1 焊接顺序示意图
焊接开始时，先在6点位置坡口的任意一边开始熔化坡口，接着填丝并将熔化的铜水引向另一侧坡口，这样形成了第一个熔池，接着采用“进退填丝”法保持熔池均匀向前，焊至12点位置定位点接合，“进退填丝”法即每向熔池递进焊丝熔化一滴后，立即退出焊丝，然后再接着递进，又退出，依次反复动作，要求递进点准确，间隔时间均匀，这样能保证形成的焊缝平整，厚度适宜，熔合良好。第一个半圆完成后，需将6点位置准确与第二个半圆焊接接头的那部份焊肉打磨成一个斜坡口，与向第二个半圆焊接时此处熔合好。第二层焊到12点位置与定位点焊接合，完成打底层焊接，这一层焊肉厚度要控制在3—4mm左右。
2）、填充层：采用Φ4.0 T2焊丝填充，也像打底层一样分两个半圆进行，注意第二个半圆焊接时在6点位置需将第一个半圆的焊肉打磨出一个斜口，这样接头熔合才好。另外填充时，要注意每到坡口两侧位置时，电弧要稍停一会儿，同时向熔池内填丝，这样才能保证两侧熔合良好、焊透。焊接速度在保证熔合良好的情况下，应稍快一些，焊道控制在4—5mm左右，最后一道填充完好，尽量保证焊道要比管表面凹1—2mm.
3）、盖表层：用Φ3.0焊丝，同样是从6点钟位置分两个半圆焊接，盖表层要注意的是由于坡口角度大，管壁厚，所以表面焊缝变宽，因此电弧要注意在坡口两侧和中间部分1至2个点稍作停留，这样既保证两侧熔透和光滑过度，又能使整个焊缝外表饱满美观。
5.2.8焊缝质量检测：焊接完后需对焊缝进行外观检查、處理，清除焊缝周围的飞溅物等,然后按比例进行焊缝射线探伤检查。
5.2.9焊后热处理：焊后热处理可细化接头的晶粒，提高接头塑性和韧性。因现场条件，方法是采用氧乙炔火焰加热，加热温度680℃—720℃之间。
图5.2.9-1 焊前预热及焊后热处理曲线图
6、质量控制
6.1工序质量控制
6.1.1坡口尺寸控制 如图7.1.1—1。
a=65o±5°b=5mm p=1—2mmδ=20mm
图 6.1.1—1 坡口尺寸示意图
6.1.2 对接口错边量不得大于0.5mm。
6.1.3 预热温度：500℃——600℃。
6.1.4 焊后热处理温度：680℃～720℃
6.1.5 焊枪与焊点角度，焊丝与焊点角度。如图7.1.5—1
图6.1.5—1 焊接角度示意图
6.1.6 焊接工艺参数
表6-1焊接工艺参数表
6.2 质量控制措施
6.2.1 坡口两侧各20mm范围内必须清理干净，去除油、污、铜锈、水份等（可用机械加工法或用化学加工法）。
6.2.2 定位焊时必需对母材进行预热，温度：600℃—700℃。
6.2.3 焊接时，要严格按照：提前送气——→引弧——→焊接熄弧——→ 延迟送气的顺序执行。
6.2.4 地线和铜管接触要紧密，不能随意在坡口外的管表面上引燃电弧，防止电弧擦伤管表面。
6.2.5焊接时在保证熔合良好的情况下，焊速应稍快，尽量多焊长一些，但若发现熔合困难，则说明温度已不够了，就应立即停止焊接，重新加温到500℃—600℃之间再接着焊接。
6.2.6 填丝时要注意进丝点位置，如图7.2.6—1所示。
图6.2.6-1 进丝点位置示意图
焊丝进入保护罩刚好被电弧熔化即可，不要向内伸入太多，以免接触到钨极。
6.2.7 在施焊过程中一定要防止“夹钨”现象发生，即钨极不能与熔池或焊丝发生接触，若有接触时必须用角向磨光机把接触点打磨干净再进行焊接，不然夹钨处因两者接触产生的金属烟气进入熔池会产生密集气孔或裂纹。
6.2.8 施工现场要放置防护屏，因为现场一般要求通风好，宽阔，因此有时风速过大，影响焊接，所以要设置防护屏。
结语：随着工业的不断发展，新材料、新工艺不断推广应用，采用手工钨极氩弧焊来焊接紫铜管，接头质量可达到2级焊缝标准，使用周期要长，焊接铜管时排放的烟气量比用其它方法焊接时要小，对操作人员的身体及周围环境伤害不大，可进行全位置焊接。
关键词：厚壁紫铜管、焊接工艺、焊接控制
中图分类号：P755.1文献标识码： A
1、前言
黄磷炉铜短网由Φ60×16厚壁紫铜管弯制焊接而成，在黄磷冶炼过程中的作用是将变压器降压后大电流传输给电极，在运行过程中，传导电流会让铜管发热，需对铜管通高压冷却水，在这个发热和冷却的过程中，铜管会产生应力。因此，要能保证正常的生产工作需要，则必须保证铜管焊接接头质量，否则在大电流通过和有应力的情况下，必然会产生不好的效果，如接头断裂、漏水等。但是紫铜由于其自身的一些物理特性，导致它的焊接性较差，不易形成优良的焊接接头，要想获得能达到生产需求的焊接接头，则需采用一些先进的焊接工艺来进行焊接。
2、焊接原理分析
2.1 紫铜的焊接性特点：
2.1.1它的热导率大，20℃时比铁大7倍，1000℃时大11倍多，焊接时有大量的热量被传导散失，使得填充金属和母材难以熔合，容易发生未熔合和未焊透。
2.1.2 它的线胀系数大（比铁大15%），同时其收缩率也大（比铁大1倍多），在焊接时，熔池由液态变为固态的时候，因层间温度差较大而产生焊接裂缝，同时焊接区域变形较大。
2.1.3 紫铜的吸气性强，在液态铜中，氢的熔解度大，凝固后熔解度又降低，焊接时焊缝冷却过快，氢来不及从熔池中逸出，而产生气孔。
2.1.4 紫铜易氧化，其氧化物及杂质与铜生成低熔点共晶体，分部于晶粒边界，易产生热裂。
2.1.5 紫铜在熔焊过程中，晶粒会严重长大，使接头塑性和韧性显著下降。
2.2 焊接方法分许：
2.2.1 采用大功率热源和焊前预热，焊后热处理等措施，使焊接时，层间温度能保持在一定范围内，有效的改善了铜的热导系数大，传热快，易产生未熔合未焊透的情况。
2.2.2 因为氩气即不熔于水也不与金属发生反应，对熔池进行有效保护，使熔池变化稳定，不易产生气孔、飞溅少、金属元素烧损小。
2.2.3 采用钨极氩孤焊热源集中，热影响区窄，能有效控制焊接变形，加上预热的手段，可防止焊接裂纹产生。
2.2.4 焊后热处理可细化接头的晶粒，提高接头塑性和韧性。
2.2.5 手工钨极氩弧焊是明弧焊，便于观察熔池的情况由于热量集中，也便于控制熔池的尺寸和形态，从而易得优质的焊接接头和美观的外部成形。
2.3 焊材的选择
钨极氩弧焊在焊接厚壁紫铜管时，需对V型坡口添加必要的金属，其主要作用是填满坡口，并调整焊缝成分，改善焊接性能，选择焊丝时，按照“等成分匹配”原则选择，因此正确地选择填充金属，是紫铜氩弧焊获得优质焊缝的必要条件。为了保证焊接接头的力学性能及致密性，通常选用含脱氧元素（锰、硅、磷、钛等）的焊丝。手工钨极氩弧焊焊接时，采用的焊丝有HS201焊丝、SH202焊丝和T2紫铜焊丝。HS201、HS202焊丝通常用于脱氧或电解韧铜的焊接，但与氢反应和氧化铜偏析时，会降低焊接接头的性能，用于焊接质量要求不高的母材。T2紫铜焊丝，化学成分与母材相同，符合焊丝选择原则，焊接性能良好，故选T2紫铜焊丝，同时在焊丝上涂上焊剂。
4、焊接工艺流程
工艺流程图
5.2 操作要点：
5.2.1结合紫铜焊接特性和各种焊接方法的特点，查询相关资料初步确定焊接方法。
5.2.2根据选定的焊接方法，选择焊接设备并调试，按初步拟定的焊接工艺制备焊接试件，同时准备焊接保护屏和加热设备及温度检测控制设备。
5.2.3根据拟定的焊接工艺对试件进行焊接，经过对多组试件的焊接试验、检验，并对试件进行焊接工艺评定最终选定焊接方法，编制焊接工艺并按焊接工艺在工程中实施。
5.2.4 焊前准备，焊前准备包括以下几个程序：1、坡口加工和打磨符合技术要求；2、采用丙酮或酒精对坡口进行清理并符合技术要求；3、焊丝上按技术要求涂焊剂；4、焊机调试；5、防护屏准备；6、水路系统准备；7、加热系统准备。
5.2.5 管口组对、固定：1、管口组对错边量、间隙符合工艺要求；2、定位焊固定，要求在三个点定位，用一个时点来表示管口位置的话，则定位焊点在4点、8点、12点三点位置，如图5.2.5—1所示。
图5.2.5—1 管口组对示意图
5.2.6 焊前预热：用氧乙炔气加热，加热温度600℃—700℃之间，加热范围为接头两侧各50mm以上，并用红外线测温仪控制。
5.2.7 焊接过程：
1）打底层，采用Φ3.0T2焊丝焊接。整个管口接头分两个半圆来焊接，即从6点位置顺时针、逆时针两个方向焊到12点位置。如图5.2.7-1所示。
图5.2.7-1 焊接顺序示意图
焊接开始时，先在6点位置坡口的任意一边开始熔化坡口，接着填丝并将熔化的铜水引向另一侧坡口，这样形成了第一个熔池，接着采用“进退填丝”法保持熔池均匀向前，焊至12点位置定位点接合，“进退填丝”法即每向熔池递进焊丝熔化一滴后，立即退出焊丝，然后再接着递进，又退出，依次反复动作，要求递进点准确，间隔时间均匀，这样能保证形成的焊缝平整，厚度适宜，熔合良好。第一个半圆完成后，需将6点位置准确与第二个半圆焊接接头的那部份焊肉打磨成一个斜坡口，与向第二个半圆焊接时此处熔合好。第二层焊到12点位置与定位点焊接合，完成打底层焊接，这一层焊肉厚度要控制在3—4mm左右。
2）、填充层：采用Φ4.0 T2焊丝填充，也像打底层一样分两个半圆进行，注意第二个半圆焊接时在6点位置需将第一个半圆的焊肉打磨出一个斜口，这样接头熔合才好。另外填充时，要注意每到坡口两侧位置时，电弧要稍停一会儿，同时向熔池内填丝，这样才能保证两侧熔合良好、焊透。焊接速度在保证熔合良好的情况下，应稍快一些，焊道控制在4—5mm左右，最后一道填充完好，尽量保证焊道要比管表面凹1—2mm.
3）、盖表层：用Φ3.0焊丝，同样是从6点钟位置分两个半圆焊接，盖表层要注意的是由于坡口角度大，管壁厚，所以表面焊缝变宽，因此电弧要注意在坡口两侧和中间部分1至2个点稍作停留，这样既保证两侧熔透和光滑过度，又能使整个焊缝外表饱满美观。
5.2.8焊缝质量检测：焊接完后需对焊缝进行外观检查、處理，清除焊缝周围的飞溅物等,然后按比例进行焊缝射线探伤检查。
5.2.9焊后热处理：焊后热处理可细化接头的晶粒，提高接头塑性和韧性。因现场条件，方法是采用氧乙炔火焰加热，加热温度680℃—720℃之间。
图5.2.9-1 焊前预热及焊后热处理曲线图
6、质量控制
6.1工序质量控制
6.1.1坡口尺寸控制 如图7.1.1—1。
a=65o±5°b=5mm p=1—2mmδ=20mm
图 6.1.1—1 坡口尺寸示意图
6.1.2 对接口错边量不得大于0.5mm。
6.1.3 预热温度：500℃——600℃。
6.1.4 焊后热处理温度：680℃～720℃
6.1.5 焊枪与焊点角度，焊丝与焊点角度。如图7.1.5—1
图6.1.5—1 焊接角度示意图
6.1.6 焊接工艺参数
表6-1焊接工艺参数表
6.2 质量控制措施
6.2.1 坡口两侧各20mm范围内必须清理干净，去除油、污、铜锈、水份等（可用机械加工法或用化学加工法）。
6.2.2 定位焊时必需对母材进行预热，温度：600℃—700℃。
6.2.3 焊接时，要严格按照：提前送气——→引弧——→焊接熄弧——→ 延迟送气的顺序执行。
6.2.4 地线和铜管接触要紧密，不能随意在坡口外的管表面上引燃电弧，防止电弧擦伤管表面。
6.2.5焊接时在保证熔合良好的情况下，焊速应稍快，尽量多焊长一些，但若发现熔合困难，则说明温度已不够了，就应立即停止焊接，重新加温到500℃—600℃之间再接着焊接。
6.2.6 填丝时要注意进丝点位置，如图7.2.6—1所示。
图6.2.6-1 进丝点位置示意图
焊丝进入保护罩刚好被电弧熔化即可，不要向内伸入太多，以免接触到钨极。
6.2.7 在施焊过程中一定要防止“夹钨”现象发生，即钨极不能与熔池或焊丝发生接触，若有接触时必须用角向磨光机把接触点打磨干净再进行焊接，不然夹钨处因两者接触产生的金属烟气进入熔池会产生密集气孔或裂纹。
6.2.8 施工现场要放置防护屏，因为现场一般要求通风好，宽阔，因此有时风速过大，影响焊接，所以要设置防护屏。
结语：随着工业的不断发展，新材料、新工艺不断推广应用，采用手工钨极氩弧焊来焊接紫铜管，接头质量可达到2级焊缝标准，使用周期要长，焊接铜管时排放的烟气量比用其它方法焊接时要小，对操作人员的身体及周围环境伤害不大，可进行全位置焊接。