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      一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導率的焊接方法與流程

      文檔序號:12363354閱讀:613來源:國知局
      一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導率的焊接方法與流程

      本發(fā)明屬于鋁合金焊接技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導率的焊接方法。



      背景技術(shù):

      鋁合金管型母線主要應用于輸變電設(shè)備中導體連接、輸電線路跳線、電力設(shè)備導體連接以及融冰裝置中作過流導體,是電力輸變電系統(tǒng)中關(guān)鍵的設(shè)備之一。焊接技術(shù)是變電站鋁合金管型母線其主要安裝方法,由此形成的鋁合金管型母線焊接接頭質(zhì)量對輸變電系統(tǒng)及電力設(shè)備的安全可靠運行具有重要作用。

      隨著近年來超高壓、特高壓技術(shù)的發(fā)展,電網(wǎng)電壓等級不斷提高,鋁合金管型母線的材質(zhì)、規(guī)格也在不斷提升,大管徑厚壁管型母線管型母線逐步獲得了應用。由于鋁合金管型母線焊縫金屬一般合金元素含量較高,而且常常存在氣孔等缺陷,其電導率同母材相比一般較低。電導率較低帶來的直接影響為電能損耗,尤其對于變電站而言,鋁合金管型母線焊接接頭數(shù)量眾多,由此導致的電能損耗成為不可忽視的一點。此外電導率較低還可能給線夾等金具焊接接頭帶來發(fā)熱風險,影響鋁合金管型母線安全運行。

      對于固溶體而言ρ=χaρbaρb+Cχaχb,其中ρ為電阻率,χa,χb為原子百分比,ρa,ρb為兩種純物質(zhì)對應的電阻率,C為比例常數(shù),在鋁合金焊絲制造中Al固溶體含有的元素一般為Mg,Si等,均具有較高的電阻率,因此會增加焊縫的電阻帶來電導率的下降。而對于兩相合金電導率具有如下關(guān)系:ρ=χαραβρβ,其中ρ為合金電阻率,χα和χβ分別為α,β的相含量,可以看出合金的電導率復合線性混合定律,對于鋁合金焊縫,其物相主要為α-Al,其他可能出現(xiàn)的物相包括Mg2Si以及β’,β”強化相,該類強化相的導電能力均較低。通過上述分析可以看出對于鋁合金焊縫,較高的合金元素添加以及其他物相的產(chǎn)生均會帶來電導率的下降。此外,目前鋁合金管型母線常采用增加襯管的方式來保證根部焊接質(zhì)量,這樣勢必導致焊接工藝復雜,并增加了材料成本。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導率的焊接方法,本發(fā)明采用鎢極氬弧焊焊接工藝完成管型母線焊接,同時通過合理優(yōu)化工藝參數(shù),使得焊接接頭具有較高電導率,保證了鋁合金根部質(zhì)量,同時取消襯管使用。

      為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:

      一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導率的焊接方法,具體步驟為:

      1)將坡口加工成V形,坡口角度為80~100°,根部不留間隙,坡口角度較大,間隙大,從而克服母材易產(chǎn)生氣孔和未融合的缺陷;

      2)對焊絲表面和待焊工件表面進行清理,去除表面氧化膜、油脂和灰塵;

      3)采用鎢極氬弧焊進行焊接,焊接工藝參數(shù)為:氣體采用99.999%純度氬氣作為保護氣體,保護氣流量為8L/min-15L/min,電弧電壓為18~22V,焊接電流為140A-300A;

      4)焊后熱處理,焊接完成后立即將被焊件放置在加熱裝置內(nèi),熱處理溫度上升速度為150~300℃/h,在330-380℃溫度范圍保溫40min-2h,完成保溫后隨加熱裝置緩慢冷卻至室溫。

      優(yōu)選的,所述鋁合金管型母線為6063鋁合金管型母線,規(guī)格為Φ110mm×10mm;

      優(yōu)選的,本發(fā)明步驟(3)采用鎢極氬弧焊進行焊接前對坡口及其兩端進行預熱,加熱溫度為150~180℃,保溫時間為0.5-1h;預熱溫度過低,預熱效果差,焊接過程中易產(chǎn)生裂紋;預熱溫度過高,容易導致焊接接頭力學性能下降;

      優(yōu)選的,本發(fā)明所述焊接方法還包括:步驟(5)磨光焊縫表面,利用X光無損探傷檢驗和導電率測試;

      優(yōu)選的,所述坡口角度為90°;

      優(yōu)選的,所述焊絲表面和待焊工件表面清理方式具體為:采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進行清理,之后采用丙酮進行清洗,擦拭待焊工件鋁合金表面時需使用工業(yè)擦拭紙,防止采用其他會遺留纖維的材料,防止氧化膜產(chǎn)生,以防對焊接過程帶來不利影響;

      優(yōu)選的,所述焊接工藝參數(shù)為:氣體采用99.999%純度氬氣作為保護氣體,保護氣流量為10~13L/min,電弧電壓為19~20V,焊接電流為190~200A;上述焊接工藝參數(shù),能夠有效保證較高的輸入熱量,延長熔池的存在時間,改善根部的焊透程度,增強熔池的攪動,有效避免氣泡及裂紋產(chǎn)生,同時也避免因高溫造成焊縫成型不良,造成塌陷、燒穿等缺陷,切實保障焊接質(zhì)量;

      優(yōu)選的,選用Al-Si系焊絲作為填充材料,焊絲直徑為5~10mm;焊絲中的化學元素的質(zhì)量百分比(wt.%)如下:Si含量4%~6%,Ti,0.1%-0.25%,Mg≤0.1%,F(xiàn)e≤0.04%,Cu≤0.05%,余量為Al。本發(fā)明焊絲以Al-Si為基礎(chǔ)成分,具有良好流動性,因此可顯著提高焊接操作工藝性,改善焊縫的成形,降低焊接接頭軟化現(xiàn)象;Ti元素可以抑制Fe,Si金屬間化合物有害相的形成,細化合金晶粒,改善焊縫的力學性能;從而提高焊接接頭的電導率;

      優(yōu)選的,所述焊后熱處理具體為:采用柔性陶瓷電阻片加熱,以焊縫為中心,在兩側(cè)3~5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片,在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉;將熱電偶布置于焊縫中心位置,監(jiān)控熱處理溫度;熱處理溫度上升速度為200~250℃/h,在350-370℃溫度范圍保溫1h-1.5h,完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫,降溫速度≤100℃/h。經(jīng)過上述焊后熱處理,從而有效消除焊接殘余應力,進一步提高了鋁合金管型母線的機械性能及導電性。

      上述焊接方法焊接得到的鋁合金管型母線焊接接頭。

      由于鋁合金導熱性強,熱熔量大;線膨脹系數(shù)大,且易形成氧化膜,因此焊接時氧化膜易吸附水分,形成氣孔,進而出現(xiàn)夾渣、未熔合等缺陷,在降低焊接接頭機械性能的同時,(α+β)二元共晶相增多,導致焊接接頭電導率下降。

      基于此,本發(fā)明提出了采用鎢極氬弧焊焊接工藝完成管型母線焊接,各步驟協(xié)同配合,采用具有良好流動性以及焊接工藝性能的Al-Si系焊絲,通過調(diào)整和添加微量合金元素,配合優(yōu)化后的焊接工藝,有效可以保證鋁合金根部質(zhì)量,取消襯管使用,切實提高了管型母線的焊接質(zhì)量,有效避免氣孔、夾渣、未熔合等缺陷產(chǎn)生,從而減少(α+β)二元共晶相,有效提高了鋁合金焊接接頭的塑性延伸強度、抗拉強度等機械性能,同時鋁合金電導率也得到明顯提高。

      附圖說明

      圖1為鋁合金管型母線坡口角度示意圖;

      圖2為鋁合金管型母線焊接接頭拉伸和彎曲試樣。

      具體實施方式

      結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明,應該說明的是,下述說明僅是為了解釋本發(fā)明,并不對其內(nèi)容進行限定。

      實施例1

      焊接用母材為6063鋁合金管型母線,規(guī)格為Φ110mm×10mm,退火態(tài)。

      具體焊接方法如下:

      1)將坡口加工成V形,坡口角度為90°,根部不留間隙;

      2)采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進行清理,之后采用丙酮進行清洗,擦拭待焊工件鋁合金表面時需使用工業(yè)擦拭紙;

      3)對坡口及其兩端進行預熱,加熱溫度為170℃,保溫時間為40min;而后采用鎢極氬弧焊進行焊接,焊接工藝參數(shù)為:氣體采用99.999%純度氬氣作為保護氣體,保護氣流量為12L/min,電弧電壓為20V,焊接電流為200A,選用Al-Si系焊絲作為填充材料,焊絲直徑為5mm;焊絲中的化學元素的質(zhì)量百分比(wt.%)如下:Si含量5%,Ti,0.15%,Mg≤0.1%,F(xiàn)e≤0.04%,Cu≤0.05%,余量為Al。

      4)焊后熱處理,采用柔性陶瓷電阻片加熱,以焊縫為中心,在兩側(cè)3~5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片,在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉;將熱電偶布置于焊縫中心位置,監(jiān)控熱處理溫度;熱處理溫度上升速度為250℃/h,在370℃溫度范圍保溫1h,完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫,降溫速度≤100℃/h。。

      5)磨光焊縫表面,利用X光無損探傷檢驗和導電率測試。

      獲得6063鋁合金管型母線焊接接頭,塑性延伸強度為70MPa、抗拉強度120Mpa,經(jīng)X光無損探傷檢驗合格,焊接接頭導電率51.8IACS%,與母材(53.6IACS%)相當。

      實施例2

      焊接用母材為6063鋁合金管型母線,規(guī)格為Φ110mm×10mm,退火態(tài)。

      具體焊接方法如下:

      1)將坡口加工成V形,坡口角度為80°,根部不留間隙;

      2)采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進行清理,之后采用丙酮進行清洗,擦拭待焊工件鋁合金表面時需使用工業(yè)擦拭紙;

      3)對坡口及其兩端進行預熱,加熱溫度為150℃,保溫時間為1h;而后采用鎢極氬弧焊進行焊接,焊接工藝參數(shù)為:氣體采用99.999%純度氬氣作為保護氣體,保護氣流量為8L/min,電弧電壓為22V,焊接電流為300A,選用Al-Si系焊絲作為填充材料,焊絲直徑為10mm;焊絲中的化學元素的質(zhì)量百分比(wt.%)如下:Si含量4%,Ti,0.25%,Mg≤0.1%,F(xiàn)e≤0.04%,Cu≤0.05%,余量為Al。

      4)焊后熱處理,采用柔性陶瓷電阻片加熱,以焊縫為中心,在兩側(cè)3~5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片,在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉;將熱電偶布置于焊縫中心位置,監(jiān)控熱處理溫度;熱處理溫度上升速度為150℃/h,在330℃溫度范圍保溫2h,完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫,降溫速度≤100℃/h。。

      5)磨光焊縫表面,利用X光無損探傷檢驗和導電率測試。

      獲得6063鋁合金管型母線焊接接頭,塑性延伸強度為68MPa、抗拉強度115Mpa,經(jīng)X光無損探傷檢驗合格,焊接接頭導電率49.1IACS%,與母材(53.1IACS%)相當。

      實施例3

      焊接用母材為6063鋁合金管型母線,規(guī)格為Φ110mm×10mm,退火態(tài)。

      具體焊接方法如下:

      1)將坡口加工成V形,坡口角度為100°,根部不留間隙;

      2)采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進行清理,之后采用丙酮進行清洗,擦拭待焊工件鋁合金表面時需使用工業(yè)擦拭紙;

      3)對坡口及其兩端進行預熱,加熱溫度為180℃,保溫時間為0.5h;而后采用鎢極氬弧焊進行焊接,焊接工藝參數(shù)為:氣體采用99.999%純度氬氣作為保護氣體,保護氣流量為15L/min,電弧電壓為18V,焊接電流為180A,選用Al-Si系焊絲作為填充材料,焊絲直徑為8mm;焊絲中的化學元素的質(zhì)量百分比(wt.%)如下:Si含量6%,Ti,0.1%,Mg≤0.1%,F(xiàn)e≤0.04%,Cu≤0.05%,余量為Al。

      4)焊后熱處理,采用柔性陶瓷電阻片加熱,以焊縫為中心,在兩側(cè)3~5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片,在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉;將熱電偶布置于焊縫中心位置,監(jiān)控熱處理溫度;熱處理溫度上升速度為180℃/h,在380℃溫度范圍保溫40min,完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫,降溫速度≤100℃/h。。

      5)磨光焊縫表面,利用X光無損探傷檢驗和導電率測試。

      獲得6063鋁合金管型母線焊接接頭,塑性延伸強度為68MPa、抗拉強度115Mpa,經(jīng)X光無損探傷檢驗合格,焊接接頭導電率51.18IACS%,與母材(53.5IACS%)相當。

      上述雖然結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述,但并非對本發(fā)明保護范圍的限制,所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白,在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。

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