铜母线焊接质量控制

摘 要：文章介绍了某核电厂的铜母线焊接特点、铜母线焊接质量控制以及焊接管理中遇到的问题等，可为同类项目的焊接工作提供较为全面的参考。

关键词：铜母线；焊接；质量控制

1 工程概况

某核电项目常规岛铜母线（共箱母线）焊接包括辅助变、高厂变至至#1常规岛10kV配电柜8段、至辅助锅炉房10kV配电柜4段、至核附属厂房4段。铜母线采用手工TIG焊，主要焊接材料及工作量见表1。

2 铜母线焊接特点

铜母线具有很高的导电性，导热性和良好的塑性，并具有较高的低温强度和延伸率。但同时铜母线焊接具有以下几个特点：（1）导热系数大，热散失快，热输入不足时可能发生未熔合或未焊透；（2）线膨胀系数大，导热强，焊接时热影响区宽，焊件易变形，若焊件刚性很大，易产生很大的焊接应力；（3）容易产生氢气孔。

3 铜母线焊接质量控制

3.1 总体原则

针对纯铜热导率高、散热快，容易出现低熔点共晶体等特点，采取针对性的应对措施。

（1）由于铜热导率很高使其在焊接时散热很快，升温困难，导致焊接时母材难以熔化且不易与焊缝金属很好熔合。须采用预热和加大焊接热源功率等措施来保证焊缝质量。（2）由于铜的热导率高还使热影响区变宽，从而使焊接变形更加严重。所以要采取相应措施（如刚性夹具）以减小变形，但要注意防止因刚性过大而引起裂纹。（3）铜与很多杂质或化合物都会形成低熔点共晶体于晶界，造成热脆性，甚至引起结晶裂纹。裂纹的存在会使母线的电阻增大，导电效率降低，发热严重，使用寿命缩短。所以，必须加强对熔池的保护，控制杂质及合金的含量，同时在工艺上尽量减少接头的拘束，或用预热来减缓冷却速度，降低焊接应力。

3.2 焊接先决条件确认

（1）施焊人员必须根据DL/T 754-2013《母线焊接技术规程》的要求取得相关的铜焊资质，并经入厂考试合格后方可施焊。（2）焊接前必须经过安全技术交底，并且配备专职安全监护人员。（3）所使用的焊机、磨光机等电动工器具以及各种计量器具必须具有效验合格证书，并且在有效期内使用。

3.2.1 焊材选用

（1）焊丝的选择：选用的焊丝应使在正常焊接工艺下的焊缝在焊后的力学性能和理化性能与母材退火状态下的性能相当。焊丝应符合国家标准GB/T 9460-2008《铜及铜合金焊丝》中的规定及要求。经试验选用S201纯铜焊丝。（2）焊剂的选择：针对较厚铜板的焊接难点和易出现的焊接缺陷，焊接过程中需要对熔池进行保护。利用熔剂CJ301配备无水乙醇（酒精）调成糊状均匀涂抹于焊缝及其边缘具有很好的保护效果。

3.2.2 坡口制备

坡口的表面形状、尺寸和清洁度应符合图纸、规范或工艺文件的要求。坡口采用机械冷加工方法进行，坡口不应有分层、折叠、裂纹、撕裂等缺陷。焊接前清理掉焊丝表面和铜板坡口两侧30mm 以内的油脂、水分、氧化物及其他夹杂物。焊缝采用V型坡口，具体参数详见图1。

3.2.3 预热

选择使用传统的电加热的方法，即利用电加热片进行加热，使用保温棉保温，并利用热电偶测温使用传感器在集中控制室对预热温度进行有效监督与控制，可以保证铜焊接部位的预热均匀，温控稳定，以克服使用火焰预热时造成的一些问题。通过购买符合尺寸要求的加热器，经过多次试验证明电加热方法可以用于铜排预热。

3.3 焊接过程

（1）将焊缝坡口及其周围涂抹上糊状焊剂，保证其均匀、用量适中。（2）将加热器通电升温，温度控制在450℃左右。（3）选用Φ3.0 S201纯铜焊丝，采用TIG焊直流正接，电流控制在220～250A，以氩气作为保护气体，流量为15～20L/min。（4）施焊过程中要做好防风、防火工作，并配备专职监护人员。严格控制层间温度，并以小摆幅、小线能量焊接。焊接中由于温度高所产生的黑斑应及时清理干净，层间清理应选用专用钢丝刷。

4 现场中存在的问题

（1）最初，施工单位对铜母线焊前预热采用氧乙炔火焰加热，人为主观影响因素较多，同时无良好的保温措施，温度散失较快，焊接前难以达到施工方案中要求的350-500℃。焊后某些焊口的收弧部位出现了表面裂纹，施工单位通过焊后缓冷，降低冷却速度等措施，消除了上述缺陷的再次发生。后来经过试验采用了电加热片预热的方式。（2）铜母线施工现场脚手架搭设密集，母线相邻焊缝间距离较短，施工空间狭小、位置困难不利于焊接质量控制。同时施工区域为露天作业，风速较大，围挡困难，并且夏季雷雨天气较多，空气潮湿，加剧了焊缝气孔倾向。（3）共箱母线供货时间延迟、供货顺序不对、厂家设计及制造问题均影响共箱母线安装进度，致使施工周期偏长。

5 结束语

共箱母线的焊接工作是电厂建设中一项主要内容，材料的及时、准确的供应是保证焊接工作顺利进展的关键，还应为焊接工艺评定提供充分的准备时间和所需的材料。为保证焊工的焊接质量，现场的施工条件必须满足工艺试验确定的要求。

参考文献

[1]国家能源局.DL/T 754.母线焊接技术规程[S].2013.

作者简介：李涛（1978，4-），男，陕西，工程师，现一直从事核电工程管理合作。